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Selbsttätige Rohrschiebersteuerung für treibende oder getriebene Kolbenniaschinen,
insbesondere für Brennkraftmaschinen, bei welchen der Kolben gle ichzeitig als Pumpenkolben
ausgebildet ist Es sind bereits Brennkraftmaschinen bekannt.. bei welchen man zur
Steuerung. des Auslaßventils Auspuffgase verwendet. Diese Vorrichtungen besitzen
jedoch den Nachteil, daß Ventile verwendet sind, welche mit unter dem Einfluß der
Auspuffgase stehenden Kolben aus einem Stück gebildet sind, was notwendig Raum beansprucht,
den Preis erheblich beeinflußt und vor allem infolge des durch die Ventilgehäuse
gebildeten toten Raumes eine hohe Kompression des Gasgemisches nicht ermöglicht.
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Die vorliegende Rolirschiebersteuerung, bei welcher der Kolben gleichzeitig
als Pumpenkolben ausgebildet ist, beseitigt diese Nachteile daduTch, daß der untere
Rand des Schiebers mit einem Kanal des Einlaßschiebers in Deckung kommt, so daß
am Ende des Explosionshubes die Verbrennungsga:se durch den Kanal des Einlaßschiebers
unter den Auslaßschleber treten und diesen in die Auslaßstellung bewegen. Durch
den Kolben wird hierbei ein Druckmittel in. eine unter dem Auslaßschieber gelegene
Kammer gepreßt. Zu diesem Zwecke steh-en, Kanäle, Nuten o.dg.l. des Kolbens mit
dien unter den Auslaßschieber mündenden Kanälen oder Kan-unem in Wechselwirlnmg
und verbinden diese bei Beendigung des Auslaßhubes mit der Außenluft, so daß das
in diesen Kanälen oder Kammern enthaltene Druckmittel entweichen und der Verschlußschieber
in seine Verschlußstellung zurück-kehren kann. Der in dem Auslaßschieber sich verschiebende
Einlaßschieber wird durch Atmosphärend'ruck bewegt, wenn in der Zylinderkammer infolge
Verschiebung des Kolbens Unterdruck entsteht. DeT Antrieb des Einlaßschiebers wird
durch den beim Ansaughub durch dien vorspringenden Kopf des Kolbens in dem ringförinigen
Zwischenraum zwischen Kolben und Zylinderwand erzeugten Unterdruck unterstützt.
Der obere Teil des Einlaßschiebers ist verdickt und luftdicht geführt, so daß bei
der Ansaugbewegung des Kolbens der auf die Verdickung des Einlaßschiebers wirkende
Überdruck den Einlaßschieber in die Offenstellung bewegt. Die Rückführung des Einlaßschiehers
in seine Verschluß- (Ruhe-) Stellung erfolgt einerseits durch die vom Explosionsgasgemisch
unabhängige, durch den Kolben unter dem Rand des Einlaßschiebers in einem Raum komprimierte
Luft, andererseits aber durch eine Rückholfeder.
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Die Zeichnungen zeigen eine Ausführungsform eines gemäß der Erfindung
ausgebildeten Explosionsinotors, und zwar Abb. i einen Axialschnitt des Motors,
Abb. 2, 3, 4 und 5 vier senkrechte Teilschnitte in den den vIer Takten
(Einlaß,
Kompression, Explosion und Auslaß) entsprechenden Stellungen
und Abb. 6 einen senkrechten schenlatischen Schnitt des Motors nach Beendigung
des Auslaßhubes.
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Der Zylinder i des Explosionsmotors, der mit Kühlwassermantel 2 und
Kopf 3 ausgerüstet ist, ist mit Einlaßkanälen 18 und Auslaßkanälen ig versehen,
deren- erstere mit einem Vergaser, deren. letztere mit der Außenluft verbunden sind.
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Das Einlaßvexschlußorgan 4 ist durch einen zylindrischen Schieber
gebildet, dessen Achse durch die Linie x-y angedeutet ist. Dieser Schieber gleitet
teilweise im ZylindeT ! und teilweise im Kopf 3.
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Der obere Teil des Schiebers 4 ist etwas verdickt und mit einer ringförmigen
Kammer 5 versehen.
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Ferner ist im oberen Teil des Schieb,exs 4 ein Vorsprung
6 angeordnet. Derselbe dient als Widerlager für eine Rückholfeder 5o1-, welche
andererseits sich auf einen das Auslaßverschlußorgan bildenden Schieber
7 stutzt. Konzentrisch zur Feder 5o' ist eine zweite Rückholfedex 5o2 angeordnet.
Dieselbe findet einerseits an Kopf 3, andererseits am Auslaßschieber
7 ihr Widerlager.
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Der Einlaßschieber 4 ist mit öffnungen io versehen, welche abwechselnd
dem Einlaß des Explosionsgemisches und dem Auslaß der verbrannten Gase dienen. Er
besitzt ferner öffnungen i i, welche das öffnen des Auslasses bewirken, und Öffnungen
12, welche das Schließen des Auslasses ermöglichen. Diese letzteren Öffnungen 12
Stehlen Mit im Zylinder i angebracliten Öffnungen 13 in Wechselwirkung.
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Der Auslaßschieber 7 ist zwischen Einlaßschieber 4 und Zylinder
i eingesetzt.' Er be-
sitzt an seinem unteren Rand eine- Schrägfläch-e 15,
welche mit den im Einlaßschieber 4 angeordneten, den Auslaß steuernden öffnungen
i i in Wechselwirkung steht.
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Ferner ist im Auslaßschieber 7 eine öffnung 16 angeordnet,
welche sich entweder mit der Einlaßöffnung 18 oder mit der Auslaßöffnung ig des
Zylinders i deckt.
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Der Schieber 7 ist in seinem oberen Teil mit einer Erweiterung
2o versehen, auf welcher die beiden Rückholfe-dei:n 5o', 5o2 aufliegen, deren eine
sich gegen den Vorsprung 6
des Einlaßschiebers 4 und deren andere sich gegen
den Kopf 3 abstützt.
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Diese beiden Federn suchen daher die beiden Schiebergegeneinanderzubewegenundsie
in ihren entgegengesetzten Endstellungen zu halten (Abb. i).
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Der obere, erweiterte Teil zo des Schiebers 7 schließt eine
unter ihm und zwischen Schieber und Zylinderwand i beefindliche Druckluftkammer
22 ab, deren Zweck später erläutert wird.
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Diese Kammer 22 ist durch eine Luftzuleitung 23 mit einem am
Zylinder i befestigten Venti-lkasten 24 verbunden. Dieser Kasten besitzt ein Saugventil
25 und ein Druckventil 26. Im Zylinder i ist eine Öffnung 27'
angeordnet,
welche den Ventilkasten 24 mit einem ringförrnigen Zwischenraum 30 zwischen
Kolben-31 und Zylinderwandi verbindet.
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Die Druckluftkammer 27- ist ferner durch eine Luftableitung
32 mit einer im Auslaßschieber 7 vorgesehenen Auslaßöffnung
33
verbunden, welch. letztere mit einer im Einlaß -schiebher 4 angebrachten
Auslaßöffnung 34 in Deckung gelangen kann.
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Der Kolben 34 welcher in bekannterWeise auf eine Kolbenstange
3g und eine Kurbel 36
wirkt, ist mit einem Kopf 37 versehen,
dessen Durchmesser größer ist als der des übrigen Kolb-enkörp-ers. Dieser Kopf gleitet
im Zy-
linder i, während der eigentliche Kolben 31 im Einlaßschieber 4 geführt
ist. Durch diesen Kopf wird die ringfönnige, durch den Kolben 3 1, die Zylinderwand-
i und den unteren Rand des Einlaßschiebers 4 begrenzte Kammer 3o abgeschlossen -und
bei der hin und her geh-enden Bewegung des Kolbens abwechselnd Luft angesaugt und
komprimiert.
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Der Körper des Kolbens 31 ist mit einer LäDgsnut 40 versehen, welche
bei einer bestimmten KolbensteUung die Öffnung 34 des Ei,nlaßschie-b-exs 4 mit,der
ebenfalls in diesem Schieher angeordneten Öffnung 41 verbindet. Diese öffnung 41
kann mit einer Öffnung 42 in Deckung gelangen, welch letztere irn Zyader
i gegenüber einem Abschlußventilkasten 43 angebracht ist. Durch diese Anordnung
wirdes somitermöglicht, die Druckluftkamnier 22 mit der Außenluft in Vexbindung
zu setzen.
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Der Kolben 31 ist außerdem mit weiteren Längsnuten 45 ausgestattet,
welche bei einer gewissen Kolbenstellung die Verbindung zwis chen den
Ö ffnungen i i und 12 herstellen.
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Der beschriebene Explosionsinotor wirkt nun auf folgende Weise: Angenommen,
der Kolben 31 befinde sich in seiner oberen. TotpunktsteUung und beginne mit sein-er
Auswärtsb,ewegung ün Sinne des Pfeiles 46. Hierbei wird in der Kammer 47 ein Unterdruck
erzeugt. Da zwischen dem Durchmesser des Einlaßschiebers 4 und dem des Kopfes
3 ein Unterschied vorhanden ist, so sucht der in der Kammer 5 herrschende
Druck den Einlaßschieber 4 ebenfalls mi Richtung,des Pfeiles 46 zu verschieben.
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Gleichzeitig wird durch den Kopf 37 des Kolbens 3 1
in der ringförmigen Kammer auch ehl Unterdruck erzeugt, welcher ebenfaEs eine
Verschiebung
., des Schiebers 4 in Richtung des Pfeiles 46 zur Folge hat.
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Infolge dieser beiden Wirkungen wird der Schieber 4 nach unten verschoben,
bis er die Stellung von Abb. 2 einnimmt, in welcher die Kanäle io, 16 und ig niiteinander
in Dekkung sind. Der Auslaßschieber 7 bleibt während dieser Verschiebung
mit seinem unteren Rand gegen den Zylinder i abgestützt.
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DL-r Kolben 31 setzt seine Abwärtsbewegung fort -und saugt Gasgemisch
aus dem Vergaser an, welches die Kammer 47 fÜllt (Ansaugperiode).
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Wenn der Kolben 31 seinen unteren Totpunkt erreicht hat und seine
Bewegungsrich-, tung ändert, werden die vorher erzeug ten Unterdrücke ausgeglichen,
und der Einlaßschieber 4 kehrt selbsttätig unter der Wirkung der bei der vorhergegangenen
Bewegung gespannten Rückholfeder 5o1 in seine Ausgangsstellung zurück. Infolgedessen
wird die öffnung io außer Deckung mit öffnung 16 gebracht, so daß das Gasgemisch
in der Kammer 47 eingeschlossen ist und komprüniert wird (Kompressionshub, Abb.
3).
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Hierauf -findet die Explosion des Gas-emisches statt, und die Verbrennungsgase
drükken den Kolben wieder im Sinne des Pfeiles 46 nach abwärts. Während dieser ganzen
Zeit bleibt die Gasmasse- vollständig eingeschlossen, wobei infolge des hohen Gasdrukkes
der Einlaßschieber 4 in seiner oberen Stellung (Abb. 4) bleibt, während der -,#£uslaßschieber
7 durch die Federn 5o1 und 5o2 in seiner. unteren Stellung gehalten wird.
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Am Ende des Arbeitshubes gibt Kolben 3 1 die Offhung i i frei,
so daß die hochgespannten Verbrennungsgase unter den abgeschrägten Rand
15 des Schiebers 7 gelangen und auf diesen einen starken Druck -entgegen
der Richtung des Pfeiles 46 ausüben.
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Der Schieber 7 ist außerdem einer anderen Wirkung unterworfen.
Während des Ansaughubes hat der Kopf 37 des Kolbens 31
bei seiner Verschiebung
nach unten in der ringförmigen Kammer 3o einen Unterdruck erzeugt, wodurch durch
den Kasten 24 und das geöffiiete Ventil 25 Luft angesaugt wurde. Während
des Kompressionshubes -wurde die angesaugte Luft durch den nach oben gehenden Kopf
37 komprimiert und durch das Ventil 26 in die Kammer 22 gedrückt,
wodurch dort ein überdruck geschaffen wurde, welcher den Schieber 7 entgegen
der Richtung des Pfeiles 46 zu heben sucht.
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Der gleiche Vorgang hat sich während des Explösionsh-Ubes zugetragen,
worauf bei Beginn. der Aiislaßbewegung eine Erhöhung des Druckes in der Kammer 22
erzielt wird.
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Infolge des Überdruckes in der Kammer 22 wird auf den Schieber
7 ein senkrechter Druck nach oben ausgeübt, zu dem sich noch der durrh die
Verbrennungsgase auf den abgeschrägten Rand 15 ausgeübte hinzugesellt.
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Der Auslaßschieber 7 wird deshalb entgegen der Richtung des
Pfeiles 46 verschoben und nimmt die in Abb. 5 gezeichnete, Stellung ein.
Die ö ffhungen i o, 16 und 19 dekken sich hierbei, so daß die Verbrennungsgase
ins Freie entweichen können.
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Während des ganzen Auslaßhubes, während wessen sich der Kolben
3 1 nach oben - bewegt, wird die öffhung i i durch den Kolben verschlossen
gehalten, derart, daß die in der Kammer 48 enthaltene Gasmasse vollständig eingeschlossen
ist und den Schiebe.r 7 entgegen der Wirkung der Federn So' und
502
in seiner gehobenen Stellung (Abb. 5) hält. In gleicl#er Weise
wirkt die in der Kammer 22 eingeschlossene Gasmasse bei der Aufrechterhaltung der"grehobenen
Stellung des Schiebers Am Ende 7 Mit* des Auslaßhubes des Motors werden durch
die Nut-en 45 des Kolbens 31 die öffnungen i i mit den öffnungen 12 verbunden, so
daß die in der Kammer 48 enthaltene Gasmasse ins Freie entweichen kann.
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Gleichzeitig wird durch die '-\ut 4o die Verbindung zwischen den öffnungen
34 und 41 hergestellt, so daß die in der Kammer 22 komprimierte Luft über die Leitung
32, 33,
341 40, 44 42, 43 (Abb#6) ins Freie treten kann.
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Infolgedessen ist der Schieber 7 keinem Druck nach oben mehr
unterworfen und fällt unter der 'Wirkung der vorher gespannth Rückholfedern 5o1
und 5o2 in Richtung des Pfeiles 46 nach unten.
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Die verschiedenen Teile des Motors befinden sich somit wieder üi ihrer
Ausgangsstellung, und der Vorgang beginnt von neuem.', Das Hochheben des Auslaßschiebers
7 kann auch durch die durch die Luftpumpe 30, 37,
27, 24,
23 - - , gespeiste Luftkanimer 22 allein erfolgen, z.B. wenn die Explosion
des Gasgemisches nicht stattgefunden und infolgedessen der Antrieb des Schiebers
durch die Auspuffgase versagt hat. Diese Anordnung ermöglicht soniit auch die Entleerung
schlechter Gase aus der Explosionskammer 47.
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Die erfindungsgenläße Vorrichtung besitzt zahlreiche Vorteile. Insbesondere
wird jeg-
licher Antriebsmechanismus für die Steuerorgane ven-nieden, wodurch
die Herstellung der Maschine bedeutend vereinfacht und ihr Wirkungsgrad verbessert
wird. Von der beschriebenen Vorrichtung sind zahlreiche Ausführungsformen. möglich.
Insbesondere können die Ein- und Auslaßor gane beliebig ausgebildet sein, z.B. als
Schieber, Ventile, Klappen usw.
Ferner können die Rückholfedern
501, 502
durch Anwendung von Druckluft ersetzt sein, welch letztere mit Hilfe
der Pumpe 3o, 37
oder eine besondere Hilfspumpe Jerzeugt und zwischen den
Vorsprüngen 6 und 2o der Sc'hieb-er 4, 7 --eleitet wird.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann nicht nur für Viertakt-, sondern
auch für
Zweitaktmotoren angewendet werden. Sie ist sowohl für antreibende
Maschinen, z.B. Explosionsmotoren, Dampfmaschinen, Druckluftmaschinen usw., als
auch für getriebene Maschinen, z.B. Pumpen, verwendbar.