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Steuerung für Verbrennungskraftmaschinen, insbesondere für Viertaktmaschinen
mit einem einzigen Ventil. Gegenstand der Erfindung ist eine Steuerung für Verbrennungskraftmaschinen,
insbesondere für Viertaktmaschinen, mit einem einzigen Ventil, das sowohl zum Auspuffen
als auch zum Ansaugen dient und zwischen diesen beiden Perioden offen bleibt. Die
Erfindung besteht darin, daß das Ventil während des Auspuffens ein wenig weiter
geöffnet ist als während des Ansaugens. Dies hat den Zweck, die Aus- und Eintrittsgeschwindigkeiten
der
Gase aus bzw. in den Zylinder möglichst gleichzumachen. Der Hub des Ventils sowie
die Eröffnungsdauer können hierbei in beliebiger Weise geregelt werden, wie bereits
vorgeschlagen wurde.
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Die Erfindung ist auf der Zeichnung dargestellt, in welcher Abb. I
der Ouerschnitt durch die Haube eines Einzelzylinders ist, während Abb.2 bis d drei
Ausführungsformen von Einzelheiten erläutern.
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Von einer nicht dargestellten Nockenwelle aus wird eine Stange 2 in
genau vorgeschriebener Weise in auf und niedergehende Bewegung versetzt. Die Bewegung
der Stange 2 überträgt sich durch einen zweiarmigen Hebel 3 auf ein Ventil d., welches
die einzige an der Zylinderhaube vorgesehene Öffnung abschließt. Das Ventil 4 öffnet
sich in das Innere des Zylinders 5 und wird durch eine Feder 6 gegen seinen Sitz
7 gepreßt. Die u m dieVentilffihrung 8 herum frei bleibenden Kanäle 9 können beispielsweise
ins Freie münden. Gegen die vom Zylinder abgekehrte Ventilfläche Io mündet ein B°nzinspritzventil
i i, welches durch eine Zuleitung I2 an eine Betriebsstoffpunpe angeschlossen ist.
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Die Wirkungsweise der beschriebenen Einrichtung ist die folgende:
Während des Auspufftaktes befindet sich das Ventil in der in der linken Hälfte der
Abb. I mit gestrichelten Linien angedeuteten Lage 4a. Bei dieser Lage treten die
infolge Erhitzung stark ausgedehnten und anfänglich auch unter hohem Überdruck stehenden
Verbrennungsgase durch den verhältnismäßig weiten Ringquerschnitt bei a aus. Ungefähr
bei Erreichung der Totlage des Kolbens, wenn also das Auspuffen im wesentlichen
beendet ist, kann das Ventil4 seine Lage ändern, indem es sich seinem Sitz etwas
nähert; ohne sich aber zu schließen. Es kann also nunmehr die strichpunktierte,
rechts in Abb. I dargestellte Lage 4b einnehmen, so daß nur noch ein Durchschnittsquerschnitt
von der Weite b frei bleibt.
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Zu einem gewissen Zeitpunkt, der nicht genau mit der Totlage des Kolbens
übereinstimmt und auch nicht genau mit der Lagenänderung des Ventils übereinzustimmen
braucht, jedenfalls aber erst nach Überschreitung der oberen bzw. äußeren Totlage
des Kolbens, ändern sich die Druckverhältnisse in dem Sinne,daß im Zylinderinnern
nicht mehr Überdruck, sondern Unterdruck herrscht. Bei den gebräuchlichen Nerbrennungskraftmaschinen
mit zwei Ventilen verursacht es die größten Schwierigkeiten, diesen Zeitpunkt genau
zu erfassen, d. h. das Auspuffventil nicht vorzeitig zu schließen und das Saugventil
nicht vorzeitig zu öffnen, aber auch nicht den richtigen Zeitpunkt zu verpassen
oder zwischen dem Schluß des Auspuffventils und der Eröffnung des Saugventils keine
Zwischenzeit verstreichen zu lassen. Beim beschriebenen Einventilmotor regelt sich
die Grenze zwischen Auspuffen und Ansaugen selbsttätig; denn in dem Augenblick,
wenn im Zylinder unabhängig von der genauen Kolbenstellung und auch unabhängig von
der genauen Stellung des offen bleibenden Ventils der innere Überdruck verschwunden
und an seiner Stelle innerer Unterdruck eingetreten ist, ergibt sich zwanglos und
ohne Ventilwechsel der Übergang vom Auspuffen zum Ansaugen.
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Die Änderung des Ventilhubes beim Übergang vom Auspuffen zum Ansaugen
hat nur den Zweck, annähernd gleiche Geschwindigkeiten der verbrannten Gase und
der Frischluft beim Durchtritt durch Iden Ventilspalt herbeizuführen.
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Während des Ansaugens wird in die eintretende Luft durch das Ventil
i i Benzin gespritzt. Dieses Benzin wird vom Luftstrom mitgerissen, zerstäubt und
verteilt. Die Wärme, die ,das Ventil q. infolge der vorgängigen Berührung mit Iden
hocherhitzten Auspuffgasen aufgenommen hat, gibt es teils an die eintretende Frischluft,
teils an das eingespritzte Benzin ab. Dieses Benzin wird also auch noch verdampft,
während das Ventil durch Abgabe :der Verdampfungswärme sich stark abkühlt, was eine
besondere Ventilkühlung unnötig macht.
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Am Ende :des Ansaughubes oder etwas früher schließt sich :das Ventil
q.. Während des Verdichtungstaktes und während des Arbeitstaktes bleibt es geschlossen.
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Im Vergleich zu den gebräuchlichen Viertaktmaschinen ergibt sich für
das Ansaugen der frischen Ladung beim beschriebenen Einventikmotor ein größerer
volumetrischer Wirkungsgrad., weil der Zeitpunkt, zu welchem das Ansaugen beginnt,
lediglich von der Änderung ,der -Druckverhältnisse (Unterdruck statt Überdruck innen)
und nicht von einer Ventilbewegung abhängt.
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.F,ür jeden Zylinder wird nur ein einziges Ventilantriebsgestänge
und -dementsprechend auch nur ein einziger Antriebsnocken benötigt. Im Vergleich
zu .den gebräuchlichen Zweiventilmotoren wird @ also die Hälfte der Antriebsstangen
und die Hälfte der Steuernocken gespart, was nicht nur eine Gewichtsverminderung
bedeutet, sondern auch der Maschine ein übersichtliches Aussehen verleiht, und idie
Zugänglichkeit insbesondere zum. Ventil d. verbessert. Da das Ventil während vier
Takten im ganzen nur einmal sich öffnet und nur einmal sich schließt, ergeben sieh
langsame und ruhige Ventilbewegungen, ein Ventilbewegungen, einfache Lockenform
und kleine Massenbeschleunigung.
Der Motor läuft also verhältnismäßig
ruhig.
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Natürlich ist es wichtig, daß während des Saugtaktes durch die Kanäle
j nicht die soeben ausgetriebenenAuspufgase zurückgeholt wenden, sondern Frischluft
eintritt. Ist der beschriebene Motor in ein Fahrzeug oder Flugzeug eingebaut, so
werden die Abgase während der Fahrt bzw. während des Fluges durch den Gegenwind
sehr rasch weggeblasen. Die gleiche Wirkung ergibt sich bei Motoren mit umlaufenden
Zylindern auch im Stand. Bei Motoren mit reihenförmig angeordneten ruhenden Zylindern
kann es empfehlenswert sein, durch besondere Hilfsmittel dafür Sorge zu tragen,
daß die ausgetriebenen Abgase sehr rasch aus dem Ansaugbereich weggeschafft wenden.
Z. B. kann jedes Ventil mit einem Gehäuse umkleidet sein, das zwei gesonderte Wege
zur Außenluft enthält, derart, daß durch den einen Weg die verbrannten Gase entweichen
und durch den anderen Weg die Frischluft eintritt. Am besten ist es, dabei die Anordnung
so zu treffen, daß der Auspuffweg ,die Fortsetzung des Ansaugweges bildet, so daß
gleiche Strömungsrichtung sich wenigstens in unmittelbarer Nähe des Ventils ergibt.
Dabei ist es Bernar möglich, entweder die Frischluftzuführungswege 14 mehrerer Zylinder
in einer gemeinschaftlichen Rohrleitung I5 (Abt. 2) oder die Auspuffwege I6 mehrerer
Zylinder in einer gemeinschaftlichen Rohrleitung I7 (Abb.3) zu vereinigen oder beide
Anordnungen zusammen zu treffen (Abb.4). In der gemeinschaftlichen Leitung I5 (bzw.
I7 kann künstlich (unter Anwendung eines Gebläses o. (dgl.) oder durch den natürlichen
Gegenwind eines bewegten Fahrzeuges oder Flugzeuges ein ständiger Luftstrom erzeugt
werden, so daß, wenn sich das eine oder das andere der Ventile 4 öffnet bzw. schließt,
stets nur die sehr kleine Luftmenge zwischen dem ständigen Luftstrom und dem Ventil
zu beschleunigen bzw. zu verzögern ist, was wegen der äußerst kurzen zur Verfügung
stehenden Zeit eine Rolle spielt. Durch diese Anordnung wird erreicht, daß sowohl
die Frischluft als auch ,die Auspuffgase sidh stets in der gleichen Richtung (der
Fahrt entgegen) bewegen. Daher werden weder die Frischluft noch die Auspuffgase
in ihrer Bewegung durch einen entgegengerichteten Luftstrom gehemmt. Schließlich
bringt die Zusammenführung der Auspuffgase die Möglichkeit, sie an eine beliebige
Stelle zu leiten, wo sie weder durch ihre Hitze, noch durch ihren Geruch, noch durch
Geräusch stören. Zur Regelung der Motorleistung stehen verschiedene Hilfsmittel
zur Verfügung. Z. B. ist es möglich, die Anordnung so zu treffen, daß das Ventil
4 sich schließt, noch bevor der Kolben seinen Ansaughub vollendet hat. In diesem
Falle wind also durch Verminderung der Luftfüllung geregelt. Es kann aber auch durch
Verkleinerung des Brennstoffgehaltes der Ladung geregelt werden, indem entweder
die in den Frischluftstrom während gleichbleibender Dauer eingespritzte Benzinmenge
oder ,bei unveränderter Stärke des Benzinstromes die Dauer des Einspritzens verkleinert
wird. Schließlich ist es möglich, beide Hilfsmittel (Verkleinerung der Ladung und
Verkleinerung des Betriebsstoffgehaltes der Ladung) zusammen anzuwenden, was den
sparsamsten Betriebsstoffverbrauch ergibt.