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Ventilantriebsvorrichtung für Verbrennungskraftmaschinen mit Drehschieber.
Die Erfindung-bezieht sich auf Vorrichtungen zum Antreiben der Ventile von Verbrennungs-1Lraftmascliinen
o. dgl. Es ist bekannt, daß i bei Viertaktverbrennungskraftmaschinen im allgemeinen
das Ventil von einer Daumenwelle i angetrieben wird, die sich mit einer Winkelgeschwindigkeit
dreht, die halb so groß ist wie die der Kurbelwelle, oder, wenn das Ventil ein Drehventil
ist, so ist es mit einem Teil verbunden, welcher sich mit einer Geschwindigkeit
dreht, die halb so groß ist wie die der Kurbelwelle. Dies bedingt ein verhältnismäßig
langsames Öffnen und Schließen des Ventiles, und es könnte ein besserer Nutzeffekt
erzielt werden, wenn die Bewegung nach der Stellung, i bei welcher das Ventil ganz
offen ist, und nach der, bei welcher es geschlossen ist, -; schneller bewirkt werden
könnte, obgleich der Arbeitskreislauf des Ventiles natürlich mit demjenigen der
Maschine synchronisieren muß.
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Gemäß der Erfindung ist der Ventilantrieb für eine Viertaktverbrennungkräftsmaschine
mit einem Drehventil oder einem ein solches antreibenden Teil, einer Daumenwelle
o. dgl., und einem Teil, welcher sich fortgesetzt mit derselben Winkelgeschwindigkeit
wie die Kurbelwelle dreht, dadurch gekennzeichnet, daß selbsttätig eine starre Verbindung
zwischen dem Ventil und dem genannten, beständig sich drehenden Teile hergestellt
wird, um das Ventil schnell in die Offen- oder die Schließstellung zu bewegen, worauf
die Verbindung zwischen dem Ventil und dem beständig rotierenden Teile für die Ruheperiode
selbsttätig unterbrochen wird, wodurch der Arbeitskreislauf ein besserer und vollkommenerer
wird.
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Der beständig sich drehende Teil kann so angeordnet werden, daß er
den Ventilkörper zuerst beispielsweise um =q.° behufs Öffnung des Einlasses vorwärts
bewegt, daß er sich dann frei ohne den Ventilkörper um eine große Strecke, ungefähr
um 18o', während der Saugperiode dreht, und hierauf den Ventilkörper wieder aufgreift
und ihn beispielsweise um 3q.6° während des Kompressions- und des Zündhubes vorwärts
bewegt. Hierauf gibt der beständig sich drehende Teil das Ventil wieder frei und
bewegt sich ohne dasselbe um ungefähr 18o° während der Auspuffperiode vorwärts,
um schließlich wieder mit dem Ventil in Eingriff zu treten und es wiederum um eine
kurze Strecke, beispielsweise =q.°, vorwärts zu bewegen, so daß es wieder an dem
Punkte anlangt, von welchem es ausging. Dieser Arbeitszyklus wird beständig wiederholt.
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Die vorliegende Erfindung kann auf einen Ventilkörper und Ventilantriebskörper
Anwendung finden, mit welchem, wie bei bekannten Mechanismen, zwei Antriebszapfen
beständig in Antriebseingriff sind. Diese Zapfen werden hintereinander durch einen
treibenden Daumen vorwärts bewegt und dann von diesem wieder freigegeben. Bei diesem
Mechanismus wurde der treibende -Daumen mit einer Winkelgeschwindigkeit
angetrieben,
die halb so groß war wie die der Kurbelwelle, und die Zapfen wurden, wenn sie von
dem Daumen freigegeben wurden, durch Fedarn zurückbewegt, derart, daß das Ventil
oder der das Ventil antreibende Körper eine Schwingbeweg ing ausführt. Bei Anwendung
der vorliegenden Erfindung auf Mechanismen dieser Art für Verbrennungskraft- o.
dgl. Maschinen ist dieser Mechanismus in der Weise geändert worden, daß dei Daumen
mit derselben W.nkelgeschwindigkeit wie die Kurbelwelle getrieben wird und die Führungsmittel
derart sind, daß d :e Zapfen sich. vollkommen um die Achse des Daumens herumbewegen
können, und jeder Zapfen wird von dem Daumen in bestimmten Zwischenräumen aufgegriffen
und wieder f -eigegeben. Die Anordnung der Zapfen zu den Führungsmitteln und den
Daumen ist herbei derart, daß, wenn ein Zapfen von dem Daumen mit im Krehe herumbewegt
worden ist und dann freigegeben wird, der andere Zapfen in die Bahn des Daumens
durch die Bewegung des Ventilkörpers gebracht wird, die du. ch Vermittlung des ersten
Zapfens hervorgebracht wurde. Auf diese Weise wird der Ventilkörper mit Unterbrechungen
gedreht, und es ist eine Feder zum Zurückführen des Ventilkörpers nicht erforde.
lich, da seine Bewegung stets in derselben Richtung erfolgt.
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Die Führung für die Zapfen hat die Form eines den Daumen umgebenden
Kanals und es sind zwei oder mehr zur Aufnahme der Zapfen dienende Taschen in derjenigen
Wandung des Kanals vorgesehen, welche dem Daumen gegenüberliegt. Die Taschen oder
die Zapfen sind an solchen Punkten um die Achse des Daumens angeordnet, die nicht
um i8o° voneinander entfe_nt sind, so daß, wenn einer der Zapfen in eine Tasche
oder Aussparung gestoßen ist, der andere Zapfen von dem Daumen aufgegriffen werden
kann.
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Ein weiteres Merkmal der Erfindung in ihrer Anwendung auf eine Ausführungsart,
bei welcher der Daumen selbst die eine Wandung des die Zapfen führenden Kanales
und eine feststehende Platte die andere Wandung bildet, besteht darin, daß eine
Wölbung auf dem Teile des Daumens, welcher nach der Treibfläche hinaufführt, vorgesehen
ist, und daß eine entsprechende Wölbung in der anderen Wandung, die durch die feststehende
Platte gebildet ist, vorgesehen ist, so daß der Daumen jeden der Zapfen aufgreift
und in Bewegung setzt, bevor die treibende Fläche in Berührung mit dem Zapfen gebracht
ist, wodurch ein Schlagen verhindert wird.
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Eine der Taschen und einer der Zapfen können so angeordnet sein, daß
dieser Zapfen niemals in diese besondere Tasche eintreten kann, wodurch der Daumen
veranlaßt wird, praktisch eine vollkommene Umdrehung des Ventilkörpers in bestimmten
Zeitintervallen hervorzubringen.
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Fig. i zeigt einen Teil eines Maschinenzylinders mit zwei Drehschiebern,
den einen im Aufriß und den anderen im Querschnitt. Eine äußere Platte; welche die
in Fig. i links gezeigten Teile verdecken würde, ist weggelassen.
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Fig. 2 ist ein Schnitt nach Linie 2-2 der Fig. z. Fig. 3 ist eine
Ansicht von links auf Fig. 2. F'g. q. ist eine Einzelheit.
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Fig. 5 ist ein Schnitt nach Linie 2-2 der Fig. i, wobei der Sch-eberkörper
weggenommen und als Ersatz dafür eine. Daumenhülse angeordnet ist.
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Der Zylinder A hat zwei einander gegenüberliegende Kanäle
A1, A2. In dem Zyl nderkopf ist ein Auslaß As vorgesehen, der zwei Abzweigkanäle
A4, AS hat. An den Seiten der Zylinder befinden sich zwei Gehäuse As und A° mit
je einem seitlichen Ausschnitt A 9, in deren Bohrung A3 sich rotierende Schieber
B befinden. Nur ein Drehschieber und eine Antriebsvorrichtung ist für den Zylinder
erforderlich, in einigen Fällen jedoch, beispielsweise für Äropläne, ist es wünschenswert,
zwei Sätze von Drehschiebern zu haben, so daß, wenn der eine außer Ordnung gerät,
der andere sofort an seiner Stelle arbeiten kann.
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Der Drehschieberkörper B ist in der Stellung gezeigt, welche er einnehmen
würde, wenn die Antriebsvorrichtung in der links der Fig. i gezeigten Stellung ist,
wenn dieser Mechanismus ihn antreiben würde. Der Drehschieber kann irgendeine Form
haben, beispielsweise kann er einen Kanal Bl enthalten, der die Kanäle Cl und AZ
(Fig. i) miteinander verbinden kann. Eine Aushöhlung BI von genügender Größe kann
die Kanäle A2 und A5 miteinander verbinden.
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In der Vorderfläche des DrehschieberkörpersB oder in einer an diesem
befestigten Platte sind zwei radiale Schlitze B3, B4 vorgesehen, in welchen Schuhe
öder Gleitstücke Dl und El liegen, die Zapfen D und E tragen, und von welchen der
erstere Dl kürzer ist als der letztere El. Die Federn D2 und E2 suchen die Gleitstücke
nach .auswärts zu stoßen.
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Über den Gleitstücken Dl, El ist starr an dem Schiebergehäuse mittels
einer Stellschraube F o. dgl. ein Rahmen befestigt, der zwei Teile G, G1 umfaßt.
Der Teil G hat' die Form eines Ringes, an dessen Innenfläche ein Flanscli G2 sitzt.
An dem Teil G sind zwei Aussparungen oder Taschen G3, G4 vorgesehen. Die
Tasche G4 befindet sich in der gleichen Winkelstellung wie der Ausschnitt A9 zum
Drehschieber gelegen. Der Flansch G2 liegt an derjenigen Seite des Ringes, welche
dem Drehschieber am nächsten liegt, so daß die- Taschen weiter von dem
Drehschieber
entfernt sind als der Flansch. De: Teil G1 hat ebenfalls die Form eines Ringes,
ist an dem Teile G mittels Schrauben G3 befest#gt und hat an seiner Innenfläche
Ausschnitte G5, GO, die den Taschen oder Auschnitten G3, G4
entsprechen.
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Die Antriebswelle H, welche konzentrisch zum Drehschieberkörper liegt,
aber nicht an diesem befestigt ist, ragt in die Rahmen G, GI
hinein.
Auf ihr ist ein Daumen Hl befestigt, der innerhalb des Teiles G und zwischen dem
Flansch G2 und dem Teile G1 liegt. Die Zapfen D, E tragen Rollen
d und e von solcher Breite, daß sie den Raum zwischen dem Flansch
G2 und dem Ringe G1 ausfüllen; sie werden auf diese Weise geführt und in Lage ,gehalten.
Die Rollen d,, e tragen daher dazu bei, die Zapfen D und E zu unterstützen; als
weitere Führung dient eine die Welle H umgebende Unterlegscheibe G1, die von derselben
Dicke ist wie der Flansch Gz, und eine auf dem vorderen Stirnende der Welle H befestigte
Scheibe Ga von derselben Dicke wie die Scheibe G1. Die Rollen d, e laufen
zwischen dem Hauptteile des Ringes G und dem Daumen Hl.
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Die Wirkungsweise der Vorrichtung ist wie folgt Wenn die Vorrichtung
in der in Fig. i links gezeigten Stellung ist, so ist der Drehschieberkörper in
derselben Stellung wie es rechts in Fig. i angedeutet ist, d. h. es wird Gemisch
durch den Kanal Al nach dem Zylinder A zugelassen. Zum leichteren Verständnis soll
angenommen werden, daß der Mechanismus auf der linken Seite über den auf der rechten
Seite befindlichen Drehschieber gesetzt ist, welcher, wie bereits erwähnt, mit einem
Antriebsmechanismus von genau derselben Konstruktion versehen ist. Das Gemisch gelangt
durch die Kanäle Cl, B1 und A2 nach dem Zylinde:, beide Kanäle Cl und A2 sind ganz
geöffnet: Die Daumenscheibe H wird in- der Richtung des Pfeiles (Fig. i) mit derselben
Geschwindigkeit wie die Maschinenwelle angetrieben. Da der Zapfen D durch seine
Feder D2 in die Tasche G3 gestoßen worden ist, so kann d& Daumen Hl, ohne ihn
zu verstellen, an ihm vorübergehen. Der Drehschieber bleibt daher nach einer halben
Umdrehung stehen, bis die Antriebsfläche H2 des Daumens gegen die in ihrer Bahn
liegende Rolle e des Zapfens E stößt. Der Zapfen E wird dann vorwärtsbewegt. An
die_cer Bewegung nimmt der Zapfen D teil, welcher dabei aus der Tasche G3 ausgehoben
wird. Dadurch wird der Drehschieber in Richtung des Uhl -zeigers gedreht und da
sich die Welle H mit der Maschinengeschwindigkeit dreht, so ist nur eine kleine
Winkelverstellung von ungefähr 1o° erforderlich, um den Schieber in die Stellung
zu bringen, in welcher der Einlaß geschlossen ist. Bei seiner Weiterbewegung nimmt
der Daumen Hl den Zapfen E mit im Kreise herum und dreht den Schieber B in Richtung
des Uhrzeigers um nahezu eine vollständige Umdrehung, nämlich ungefähr 3q.6°. Während
dieser Bewegung werden die Kompressions- und die Zündhübe ausgeführt. Der Schuh
El des Zapfens E ist länger als der Schuh Dl. Wenn der Zapfen E daher dem Ausschnitte
G3 gegenübertritt, so -kann er in diesen nicht eintreten, da das äußere Ende seines
Schuhes gegen die Wandung des Gehäuses A 7 stößt. Infolgedessen kann der Daumen
nahezu eine volle Umdrehung ausführen, bis der Zapfen Ein die Aussparung G4 eintritt,
da an dieser Stelle das Gehäuse bei A9 ausgeschnitten und eine Auswärtsbewegung
des Schuhes möglich ist. Der Daumen Hl läßt den Zapfen E in dem Ausschnitte G4,
und der Drehschieber ist nun nach der Stellung gebracht worden, in welcher die Aussparung
B2 die Kanäle A2 und A6 miteinander verbindet und daher einen vollen Auspuff ermöglicht.
Der Auslaßkanal beginnt sich zu öffnen, wenn der Schieber um ungefähr 30° von seiner
Ruhestellung entfernt ist, in welcher der Zapfen E in dem Ausschnitt G4 ist, ist
aber vollständig offen, wenn der Zapfen nach dieser Ruhestellung .gebracht worden
ist. Der Zapfen D liegt jetzt in der Bahn des Daumens Hl. Nachdem ungefähr eine
halbe Umdrehung (um 18o°) ausgeführt worden ist, trifft die Antriebsfläche des Daumens
auf die Rolle d und dreht den Drehschieber weiter, bis der Zapfen D der Aussparung
G3 gegenüber ist. Der Schuh Dl, welcher der kürzere ist, wird nunmehr von der Feder
vorgerückt, so daß der Zapfen D in die Aussparung G3' eintritt und der Daumen Hl
frei ist. Während dieser Bewegung ist der Drehschieber B wieder in die Einlaßstellung
gebracht und der Zapfen E aus dem Ausschnitt G4 herausbewegt worden. Der Zapfen
E liegt nun wieder in der Bahn des Daumens. Hl, der nunmehr wieder auf den Zapfen
E treffen und ibn behufs Schließens des Einlaßkanales vor der Kompression vorwärtsbewegen
kann. Dieser Arbeitszyklus wird ununterbrochen fortgesetzt, und da der Daumen Hl
mit Maschinengeschwindigkeit bewegt. wird, so wird die Offnungs- und Schließbewegung
des Ventiles eine sehr schnelle sein. Der Schieber kann dadurch für das Einlassen
von Gemisch oder zum Auspuff für eine solche Zeit offen gehalten werden, welche
die besten Ergebnisse ergibt.
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Dadurch, daß die Ausschnitte Ga, G4 nicht diametral einander gegenüberliegen,
sondern um einen anderen Winkel als i8o° voneinander entfernt sind, wird erreicht,
daß die Bewegung des Drehschiebers in die Stellung, in welcher ein Zapfen in eine
der Taschen eintreten kann, den anderen Zapfen in die Bahn
des Daumens
überführen muß. Außerdem wird der Abstand, in welchem die Taschen angeordnet sind,
den Zeitabschnitt bestimmen, welcher zwischen dem Schließen des Einlaßkanales und
dem Öffnen des Auslaßkanales verstreicht. Dadurch, daß der ganze Rahmen G, G1 in
seinem Gehäuse in der Weise angeordnet ist, daß er sich in demselben drehen und
mittels Stellschrauben F in verschiedenen. Stellungen befestigt werden kann, wird
ermöglicht. die Antriebsvorrichtung so einzustellen, daß sie mehr oder weniger der
Kurbelwelle voreilt.
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Damit die Antriebsfläche des Daumens H nicht heftig gegen die Rollen
d, e der Zapfen D, E trifft, wird der Daumen im allgemeinen kreisrund ausgestaltet
und von dem Punkte 1a (Fig. x) nach der Antriebsfläche H2 hin etwas ausgespart.
Die Größe der Aussparung ist in unterbrochener Linie dargestellt, welche andeutet,
welches die Fortsetzung des reisrunden Teiles sein würde. In ähnlicher Weise ist
die Innenfläche des Teiles G, welche im allgemeinen kreisrund ist, bei g (Fig. i)
ausgebildet. Es folgt daraus, daß, wenn der Daumen im Begiff ist, eine Rolle aufzugreifen,
der erweiterte Teil h zuerst in Berührung mit der Rolle kommt und beginnt, sie auf
der Vorderfläche des Teiles G entlang zu rollen. Sobald aber die Rolle-dem ausgesparten
Teil g gegenüber kommt, läuft der Daumen der Rolle, obgleich er sie noch in Bewegung
hält, vor, bis die treibende Fläche H2 gegen die Rolle ohne Stoß gelangt. Der Drehschieber
wird so allmählich und ohne Erschütterung in Bewegung gesetzt.
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Der Drehschieber B steuert die drei Kanäle A 2, A 5 und C 1, von welchen
der Kanal A 2 und der Einlaßkanal Cl voneinander um nicht mehr als ungefähr i40°,
von Mitte zu Mitte genommen, getrennt sind. Der AuslaßkanalAb ist zwischen diesen
beiden (innerhalb des genannten Winkels von i40°) gelegen. Dementsprechend sind
die Kanäle in dem Drehschieber innerhalb eines Kreisbogens von 14o° seines Umfanges
angeordnet. Der Vorteil dieser Anordnung besteht darin, daß, während die Kanäle
genügend groß gemacht werden können, um sie wirksam zu machen, ein beträchtlicher
Abstand zwischen dem Auslaßkanal und dem Einlaßkanal angeordnet werden kann. Der
Hauptteil des Drehschiebers kann also dazu verwendet werden, um den Zylinderkanal
wärend der Kompression und der Zündung zu schließen.
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Diese Vorrichtung kann dazu benutzt werden, um die Daumen für die
Betätigung von Tellerventilen anstatt von drehenden Ventilen anzutreiben. Eine solche
Anpassung ist in Fig. 5 gezeigt. Hier ist ein Drehschieber B nicht vorhanden, die
-Zwischenhülse J ist an dessen Stelle getreten. Diese Hülse hat zwei Daumen J1,
gegen welche die die Ventile antreibenden Stangen J2 liegen und in der üblichen
bekannten Weise angetrieben werden.
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Obgleich die Erfindung in Anwendung auf eine Viertaktverbrennungskraftsmaschine
beschrieben ist, so kann die Erfindung, jedoch auch für eine Zweitaktmaschine Verwendung
finden. Dies kann durch Vergrößerung der Geschwindigkeit des Daumens erfolgen, derart,
daß der Drehschieber doppelt so schnell wie zuvor beschrieben betätigt wird, d.
h. er macht eine vollkommene Umdrehung bei je einer halben Umdrehung der Kurbelwelle.
Ferner kann der Mechanismus auf Corlißeventile bei Dampfmaschinen angewendet werden.
Der Daumen läuft dann mit einer Geschwindigkeit, die doppelt so groß ist als die
der Kurbelwelle.
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Obgleich die Zapfen D und E in beständiger Arbeitsverbindung mit einem
Ventilkörper dargestellt sind, so könnten konzentrische Rohr-oder andere Ventile
so angeordnet werden, daß ein Zapfen mit einem solchen Ventile und der andere Zapfen
mit dem anderen Ventile in Eingriff ist und hierbei die Zapfen abwechselnd so angetrieben
werden, daß den Ventilen die erforderlichen Bewegungen erteilt werden. Falls Rohrventile
für diesen Zweck verwendet werden, so können diese, wie üblich, konzentrisch zum
Zylinder angeordnet werden, und der Ventilmechanismus kann zu ihrer Betätigung auf
dem Zylinderkopf vorgesehen sein.