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Schiebersteuerung für Explosions- und Verbrennungskraftmaschinen.
Bei den bisher für Explosions- und Verbrennungskraftmaschinen vorgeschlagenen Schiebersteuerungen,
bei welchen ein Kolbenschieber zugleich den Zylinderboden bildet, bestand der Nachteil,
daß sich der hohe Explosionsdruck auf den Steuerungsantrieb geltend machte. Die
Erfindung bezweckt, diesen hohen Druck von dem Steuerungsantrieb fernzuhalten, und
zwar erfolgt dies dadurch, daß der Antrieb des Kolbenschiebers durch eine schwingende
Kurbelstange
erfolgt, die längs einer über dem Zylinder liegenden feststehenden Achse geführt
wird. Hierbei ist der Angriffspunkt der Schieberantriebsstange an der schwingenden
Kurbelstange so gewählt, daß er etwa in dem Augenblick in die die feststehende Achse
und seinen Angriffspunkt an dem Steuerschieber verbindende Gerade fällt, in welchem
die Explosion im Zylinder stattfindet.
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An sich ist zwar bereits vorgeschlagen worden, einen Steuerschieber
für Explosionsmotoren durch eine schwingende Kurbelstange zu bewegen, dcch waren
diese Steuerungen weder für solche Kolbenschieber verwendbar, welche den Zylinderboden
bilden, noch sind sie geeignet, den Explosionsdruck vollständig von dem Steuerungsantrieb
fernzuhalten.
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Zur weiteren Erläuterung des Erfindungsgedankens sei auf die Zeichnung
verwiesen, die jedoch, ebenso wie die nachfolgende Beschreibung, nur in großen Zügen
eine der zahlreichen möglichen Ausführungsformen als Beispiel behandelt.
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Abb. i der Zeichnung stellt in einem durch die Zylinderachse geführten
Teilschnitt einen gemäß der Erfindung ausgebildeten Motor dar.
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Abb. 2 bis 7 zeigen ganz schematisch in der gleichen Weise wie Abb.
i die Stellungen der Steuerungsteile dieses Zylinders zu verschiedenen Zeitpunkten
während des Betriebes des Motors.
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Soll gemäß der Erfindung, und zwar genauer gemäß derjenigen Ausführungsform
ihrer Einzelteile, welche, soweit sich erkennen läßt, den Vorzug verdient, beispielsweise
ein einzylindriger Viertaktmotor hergestellt werden, so kann dies etwa in der nachstehend
beschriebenen Weise erfo'gen Der Motor selbst, mit Ausnahme seiner Steuerungsteile,
wird in üblicher Weise angefertigt, die Steuerung dagegen auf die folgende Art ausgebildet
In bekannter Weise dient ein Kolben (oder ein schieberförmiger Zylindereinsatz)
a als beweglicher Deckel für den Motorzylinder b derart, daß zwischen diesem Teil
a, dem Arbeitskolben c und der Seitenwand des Zylinders der Explosionsraum für den
Motor liegt. Der Kolben a besitzt Steueröffnungen a°, die in der höchsten Stellung
des Kolbens a die Verbindung des Explosionsraumes mit der Gaszuströmleitung b° und
in der tiefsten Stellung die Verbindung mit der Auspuffleitung b°° herstellen.
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Gemäß der Erfindung dienen nun die folgenden Teile dazu, die Hin-
und Herbewegung des Kolbens a zu vermitteln. Oberhalb des Steuerkolbens a wird eine
Kurbelwelle so angeordnet, daß sich ihr Lagerzapfen d in einem Gehäuse e senkrecht
zur Achse des Zylinders b und in einem Abstand von dieser Achse dreht. j Eine weitere
Achse f ist fest indem Gehäuse e parallel zur `Felle d, und zwar in der Nähe der
Zylinderachse, angebracht. Ein Teil g umfaßt einerseits drehbar den Kurbelzapfen
dl der Welle d und kann anderseits bei der Drehung der Kurbelwelle auf der Achse
f oder zweckmäßiger auf einer Art Stein h gleiten, der lose drehbar über die Achsel'
geschoben ist. Schließlich greift noch eine kleine Pleuelstange i mit zu
den Achsen f und dem Kurbelzapfen dl parallel liegenden Achsen an ihrem einen
Ende bei il in einem Abstand unterhalb der Achse f gelenkig an dem Teil g an, während
ihr anderes Ende bei i2 mit dem Steuerkolben gelenkig verbunden ist.
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Wenn nun die Kurbel eine Umdrehung macht, so nimmt sie den Teil g
mit, welcher eine hin und her gehende Schwingbewegung unter Entlanggleiten auf dem
Stein 1a ausführt, der seinerseits etwas um die Achse f schwingt. Auf diese Weise
beschreibt der Gelenkpunkt il der Pleuelstange i als geometrischen Ort eine in sich
geschlossene Kurve, und wenn die Anordnungen und Abmessungen der einzelnen Steuerungsteile
richtig gewählt sind und die Kurbel von der Motorkurbelwelle mit halber Drehzahl
angetrieben wird, so besitzt die Kurve, welche in den Abb. 2 bis 7 dargestellt ist,
eine solche Form, daß die Pleuelstange i dem Steuerkolben a die zur Steuerung zweckmäßige
hin und her gehende Bewegung erteilt.
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Hierbei ist die Anordnung gemäß der Erfindung so eingerichtet, daß
in dem Augenblick, in welchem der Arbeitskolben c seinen oberen Totpunkt nach der
Explosion etwas überschritten hat, d. h. also die in Abb. i und 2 veranschaulichte
Stellung einnimmt, in welcher auch der Höchstdruck in dem Zylinder b auftritt, der
Mittelpunkt der festen Achse f und die Mitten der Achsen il und i2 der Pleuelstange
i vollkommen in einer geraden Linie liegen oder doch nur ganz unbeträchtlich davon
abweichen. Wenn somit die Achse f genügend widerstandsfähig ausgebildet ist, so
werden die auf den Steuerkolben während dieses Augenblicks des Arbeitsganges fallenden
Kräfte fast vollständig von dieser festen Achse aufgenommen. Sie machen sich somit
höchstens in ganz unbeachtlicher Weise auf die Steuerkurbel geltend. Ist nun der
Motor auf diese Weise eingerichtet und mit einer Zündvorrichtung versehen, welche
eine beispielsweise in dem Steuerkolben a befestigte Zündkerze i besitzt, und wenn
sich nun die Steuerwelle in der in der Zeichnung dargestellten Richtung dreht, so
ergibt sich die folgende Arbeitsweise des Motors: Zur Erläuterung des Betriebes
dienen die schematischen Abb. 2 bis 7, auf denen einzelne Punkte durch besondere
Zeichen hervorgehoben
sind, und zwar bedeuten EX, 0E,
FE, 0A und FA nacheinander die folgenden Stellen: Explosion, Eröffnung des
Auspuffs (ouverture echappement), Schluß des Auspuffs (fermeture echappement), Frischgaseröffnung
(ouverture admission) und Schluß des Frischgaszutritts (fermeture admission). Die
beiden in jeder Abbildung eingetragenen gleichen Zeichen geben einerseits die Stellung
des Kurbelzapfens dl und anderseits die Stellung der Gelenkachse il in den Zeitpunkten
an, welche durch die Zeichen zum Ausdruck kommen. Die Zeichen PMH und P1VIB, welche
in jeder Abbildung auf zwei senkrecht zueinander stehenden und sich in der Achse
der Kurbelwelle d schneidenden Linien eingetragen sind, -bedeuten die entsprechenden
Hauptkurbelstellungen in den obersten Totpunkten (points morts hauts) und den untersten
Totpunkten (points morts bas) des Arbeitskolbens c.
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Man nehme- nun an, daß der Arbeitskolben c und der Steuerkolben a
sich in den vorstehend erläuterten Stellungen befinden, d. h. daß der Arbeitskolben
auf demjenigen oberen Totpunkt steht, in welchem die Explosion erfolgt, während
der Steuerkolben seine mittlere Stellung einnimmt, in welcher sowohl die Frischgaszuleitung
b° als auch die Auspufföffnung b°° abgesperrt sind (Abb. r und 2).
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Der Steuerkolben bewegt sich nun nach abwärts und beginnt die Auspufföffnungen
b°° freizulegen (Abb. 3) und gelangt schließlich in seinen unteren Totpunkt. Zu
gleicher Zeit geht auch der Arbeitskolben nach abwärts und kommt etwas später an
seinem unteren Totpunkt an, als der Auspuff durch den Steuerschieber freigegeben
worden ist. Nun beginnt der Auspuffhub.
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Der Steuerkolben geht wieder nach aufwärts und schließt die Auspufföffnungen
b°° ab (Abb. 4). Zu gleicher Zeit bewegt sich auch der Arbeitskolben nach aufwärts
° und erreicht seinen oberen Totpunkt. Hiermit ist der Auspuffhub beendet.
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Der Steuerkolben setzt seine Aufwärtsbewegung noch fort und beginnt
nun die Frischgaszuleitungskanäle b° freizulegen (Abb. 5); er gelangt schließlich
an seinen oberen Totpunkt. Zu gleicher Zeit bewegt sich dtr Arbeitskolben nach abwärts,
um den Ansaughub auszuführen.
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Der Steuerkolben beginnt nun, sich nach abwärts zu bewegen und verdeckt
schließlich die Frischgasleitungen b° (Abb. 6). Gleichzeitig bewegt sich der Arbeitskolben
noch weiter nach abwärts und erreicht seinen unteren Totpunkt, etwas bevor die Frischgaskanäle
geschlossen werden. Hierdurch ist der Ansaughub beendet.
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Der Steuerkolben bewegt sich nun weiter -nach abwärts, wobei sowohl
die Frischgaszuleitungen wie die Auspufföffnungen geschlossen bleiben (Abb. 7).
Gleichzeitig geht der Arbeitskolben nach aufwärts und erreicht schließlich seinen
oberen Totpunkt. Damit ist der Verdichtungshub beendet.
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In diesem Augenblick erfolgt die Explosion; der Arbeitskolben geht
wieder nach abwärts, während der Steuerkolben zum mindesten beim Beginn dieser Abwärtsbewegung
des Arbeitskolbens nahezu unbeweglich stehen bleibt (Abb.z und --).
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Nun wiederholt sich der Arbeitsvorgang immer wieder von neuem.
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Auf diese Weise erhält man Explosions- oder Verbrennungskraftmaschinen,
die dem eingangs angegebenen Zweck besonders gut entsprechen. Die Motoren haben
infolge der Relativbewegungen des Arbeitskolbens c und des Steuerkolbens a außerdem
den Vorteil, daß sich der Gaszutritt und der Auspuff besonders günstig gestalten.
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Selbstverständlich, und wie dies auch bereits erwähnt worden ist,
beschränkt sich die Erfindung in keiner Weise auf diejenigen Ausführungsformen ihrer.
Einzelteile, welche im vorstehenden ausführlicher beschrieben worden sind, sondern
umfaßt auch Abänderungen derselben aller Art.