-
Steuerung für Viertaktbrennkraftmaschinen Die Erfindung bezieht sich
auf eine Steuerung für Viertaktbrennkraftmaschinen, bei welcher als Steuerorgane
zwei ineinander bewegliche Steuerkolben Verwendung finden.
-
Es ist bei derartigen Einrichtungen bekannt, die Steuerorgane außer
an der Steuerung auch an der Arbeitsleistung zu beteiligen. Die hierfür geschaffene
Einrichtung ist aber mangelhaft. Der äußere der Steuerkolben steht nämlich an der
offenen Stirnseite unmittelbar mit dem Kompressions- und Verbrennungsraum des Hauptzylinders
in Verbindung; die Bewegungen beider Steuerkölben werden von der Hauptwelle aus
über ein und dieselbe Kurbelwelle mittels um etwa 45' gegeneinander versetzter Kurbeln
abgeleitet. Dabei ergibt sich der Nachteil, daß die Steuerkolben weder am Auspuff
noch an der Saugwirkung beteiligt sind. Vielmehr saugt der innere Steuerkolben während
des Auspuffhubs des Hauptkolbens verbrannte Gase aus dem Hauptzylinder an und schiebt
diese beim Saughub des Hauptkolbens und beim Kompressionshub in die Frischfüllung
und in den Hauptzylinder. Es kann also dabei nicht nur keine Vergrößerung der Arbeitsleistung
durch Vergrößerung der Frischfüllung erzielt werden, sondern die letztere wird sogar
wesentlich verschlechtert. Auch eine Regelung der Füllung sowie der Höhe der Kompression
ist mit Hilfe dieser Einrichtung nicht. möglich.
-
Die Erfindung hat den Zweck, diese Nachteile zu vermeiden und eine
Vergrößerung der Arbeitsleistung durch Vergrößerung der Frischladung bzw. durch
Schaffung eines Saugraumes in einem der Steuerkolben zu erzielen, diesen letzteren
in weiten Grenzen und auch während des Betriebes regelbar zu gestalten und dadurch
eine Regelung der Füllung und eine Regelung des Verdichtungsraumes, also eine Änderung
des Verdichtungsverhältnisses zu ermöglichen, außerdem auch eine restlose Entfernung
der Verbrennungsgase während des Auspuffhubes sowohl aus diesem Arbeitsraum wie
auch aus dem Hauptzylinder herbeizuführen.
-
Zu diesem Zweck bedient sich die Erfindung der bei Zweitaktbrennkraftmaschinen
mit zwei ineinander beweglichen Steuerkolben an sich bekannten Einrichtung, daß
der eine der Kolben als geschlossener Zylinder ausgebildet ist. Während aber bei
der bekannten Zweitaktmaschine der Innenraum dieses Zylinders nur als Durchgangsraum
für die unter Kompressordruck eingeführte Ladung und der innere Steuerkolben zur
Verschiebung dieser Ladung in den Hauptzylinder dient, wird erfindungsgemäß der
angestrebte Zweck dadurch erreicht, daß der einen geschlossenen Zylinder bildende
und die von beiden Kolben gesteuerten Einlaßkanäle enthaltende Steuerkolben als
Arbeitszylinder für den anderen ausgebildet ist und daß die Bewegung des letzteren,
als Arbeitskolbenwirkenden von der Hauptwelle,`_`die des ersteren vom Antrieb des
als Arbeitskolben wirkenden durch ein Hebelsystem in der Weise abgeleitet wird,
daß dieser beim Saughub des Hauptarbeitskolbens gleichfalls saugend, beim Kompressionshub
des Hauptkolbens ausweichend und beim Arbeitshub arbeitleistend wirkt und auch am
Auspuff beteiligt
ist. Der andere Steuerkolben steuert dabei den
Auslaß mittels einer hülsenartigen Ver längerung. In diesem wird der Saug-, Kompressions-
und Expansionsraum durch unterschiedliche Hubgeschwindigkeit erzielt, die auch die
Entfernung der Verbrennungsgase bewirkt und durch die eigenartigeAnordnung deszumAntrieb
benutzten Hebelsystems erzielt wird, das an sichauch beianderenSteuerungeninähnlicherArt
bekannt ist und auch die vorgenannte Regelung der Füllung und die Veränderung des
Verdichtungsraumes bzw. des Verdichtungsverhältnisses erlaubt.
-
Die beiliegenden Zeichnungen veranschaulichen als Ausführungsbeispiel
eine Maschine in stehender Anordnung, und zwar zeigen Abb. = einen Längsschnitt
durch die Maschine mit Steuerhülse und Steuerkolben und die Abb. 2 bis 6 gegenseitige
Stellung von Arbeitskolben, Steuerhülse und Steuerkolben in der Mitte des Einlaßhubes
(Abb. 2), bei Beginn der Verbrennung (Abb. q.), am Ende des Arbeitshubes (Abb. 5)
und in der Mitte des Auslaßhubes (Abb. 6), und Abb.7 läßt die Veränderung der Füllung
durch Verstellung eines Drosselhebels erkennen. Die Abb. 8 und g sind wagerechte
Schnitte durch Abb. 6, und Abb. io zeigt die Maschine wie in Abb. i, jedoch mit
anderem Drehpunkt des Drosselhebels.
-
In Abb. i bezeichnet b den Arbeitszylinder, in dem sich der Arbeitskolben
a bewegt. Letzterer ist durch die Schubstange z mit der Hauptkurbel x verbunden.
Der Steuerkolben m wird mit Hilfe der Steuerkurbel y und der Steuerstange q mit
der halben Geschwindigkeit des Arbeitskolbens hin und her bewegt. Die Totlagen der
beiden zwangläufig miteinander verbundenen Kurbeln x und y fallen nicht zusammen,
sondern sie sind um einen bestimmten, sich aus der Anordnung ergebenden Winkel versetzt.
Der Steuerkolben gleitet in dem als Zylinder ausgebildeten Teile der Steuerhülse
p, die sich in dem Steuerzylinder e ungleichmäßig hin und her bewegt. Die Steuerhülse
erhält ihre Bewegung von der Stoßstange w, die einerseits mit der Kurbel y, andererseits
mit dem Winkelhebel s, dessen Drehpunkt u ist, gelenkig verbunden ist. Von dem Hebelarm
s aus wird mit Hilfe der Stange r die Steuerhülse betätigt. Der Drehpunkt ai des
Hebels s ist mittels des Drosselhebels t, der um den festen Drehpunkt
v
gedreht werden kann, veränderlich. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel
bilden die Stoßstange w, der Winkelhebels und die Schubstange y die Hilfssteuerorgane.
Die zusammengehörigen Lagen der beiden Gelenkpunkte der Stoßstange w sind mit gleichen
Zahlen, fortlaufend von i, i bis 1q., 1q., bezeichnet.
-
Der Arbeitszylinder ist nur durch den Verbindungskanal c mit dem Ringkanal
g am Auslaßende des Steuerzylinders e verbunden. Der Ausl. ßß wird durch die steuernden
Kanten d des Steuerzylindereinsatzes a, e und f der Steuerhülse beherrscht.
Der Steuerzylinder besitzt noch einen weiteren Ringkanal o für den Einlaß. Einen
wagerechten Schnitt durch denRingkanalg und den Verbindungskanal c stellt Abb. 8
dar, einen wagerechten Schnitt durch den Ringkanal o und den Einlaßflansch enthält
Abb. g.
-
Die Steuerhülse besitzt im ganzen drei Reihen auf dem Umfang verteilter
Bohrungen, und zwar cl, l und n, die gemeinsam mit dem Steuerkolben ix, der
in der Mitte einen kleineren Durchmesser besitzt als an den Enden, den Einlaß regeln.
Die die Bohrungen l und den Kolben na
steuernden Kanten sind mit h
(zu L gehörig) und k (zu in gehörig), die die Bohrungen L und den
Ringkanal g steuernden Kanten mit h (zu l gehörig) und i (zu g gehörig) bezeichnet.
-
Bei der nun folgenden Erläuterung der Wirkungsweise ergeben sich die
Ausdrücke »oben«, »unten« und »aufwärts«, »abwärts« aus der als Ausführungsbeispiel
gewählten stehenden Anordnung der Maschine.
-
Es möge nach Abb. i der Arbeitskolben a gerade am Beginn des Einlaßhubes
sich befinden, wobei in bekannter Weise im Arbeitsraum des Zylinders, zunächst also
in c, ein Unterdruck erzeugt wird. Dieser Stellung entspricht die Stellung
13 der Steuerkurbel y und die durch die entsprechende Stellung des Hebels
s bedingte Stellung der Steuerhülse. In dieser Kurbelstellung hat der Steuerkolben
relativ zur Hülse seine höchste Stellung erreicht, nicht aber relativ zur Maschine.
Dadurch gibt der Kolben die Bohrungen n und L, letztere an den Steuerkanten
k und h, frei. Durch die Stellung der Hülse relativ zum Steuerzylinder ist
auch die Verbindung zwischen Einlaßkanal o und Hülsenbohrungen l durch Aufdecken
der Steuerkanten i
und k gegeben, so daß die Verbindung zwischen Vergaser
(bei Vergasermotoren) bzw. Außenluft (bei Ölmotoren) und Verbrennungsraum entsprechend
den in Abb. i eingezeichneten Pfeilen hergestellt ist. In derselben Stellung beginnen
andererseits die den Auslaß steuernden Kanten d und f sich zu überdecken.
-
In Abb. 2 ist der Einlaß voll eröffnet, so daß die Frischladung durch
die Bohrungen l in den Arbeitszylind-v b eintreten kann. Die gezeichnete Stellung
entspricht der Stellung i, i der Stoßstange w.
-
Abb. 3 zeigt das Schließen des Einlasses, wobei die gezeichnete Stellung
der Stellung 3, 3 der Stoßstange w entspricht. Der Steuerkolben eilt in dieser Stellung
der Hülse in der Abwärtsbewegung vor und schließt den Einlaß durch gegenseitige
Überdeckung der Steuerkanten k und h. Da der Steuerkolben bei seiner Bewegung von
der in Abb. 2 bis zu der in Abb. 3 dargestellten
Stellung durch
Freigeben des Raumes innerhalb der Steuerhülse auch seinerseits noch eine Saugwirkung
ausübt, so wird die Ladung in sehr erwünschter Weise um das von der höchsten Stellung
bis zum Abschluß der Durchlaßkanäle L angesaugte Volumen vermehrt.
-
In den Raum ml, p1 innerhalb der Steuerhülse wird nun zunächst (Abb.3)
durch die Bohrungen cl, im späteren Verlauf des Kompressionshubes (Abb. q.) auch
durch die Bohrungen L die ganze Frischladung hineingedrückt. Ein eigentlicher Kompressionsraum
(Laderaum) ist also nicht vorgesehen, sondern entsteht erst während des Kompressionshubes.
In der in Abb. q. dargestellten Stellung beginnt die in bekannter Weise entweder
durch den Funken einer Zündkerze oder durch Einspritzen von Treiböl eingeleitete
Verbrennung. Beim Arbeitstakt wird sowohl Kolben a als auch Kolben m abwärts getrieben.
Es wird mithin auch der Steuerkolben zur Abgabe von Nutzarbeit mit herangezogen.
-
In der in Abb. 5 gezeichneten Stellung gegen Ende des Arbeitstaktes
bewegt sich die Steuerhülse abwärts, der Steuerkolben zunächst langsam aufwärts.
Die Steuerhülse beginnt, den Auslaß freizugeben.
-
Durch die eigenartige Wirkung der Hebelübersetzung y-w-s erreicht
die Hülse p sehr schnell die durch die Stellung ii, ii der Stoßstange bedingte Endstellung
(Abb. 6), wobei die Verbrennungsgase durch die Kanäle c1 aus dem Kompressionsraum
restlos herausgedrückt werden. Andererseits werden durch den schnellen Abwärtsgang
der Steuerhülse schnell große Auslaßquerschnitte freigelegt, so daß sowohl der Steuerkolben
wie auch der Arbeitskolben die Verbrennungsgase restlos bis auf das kleine Volumen
des Verbindungskanales c und des Ringkanales a entsprechend den Pfeilen der Abb.
6 ins Freie drücken können. Erst bei Beendigung des Auslaßhubes (Abb. i) schließt
die Steuerhülse, und zwar infolge der Hebelwirkung, ebenfalls sehr rasch den Auslaß
ab.
-
Die Stellung der Steuerhülse kann je nach dem gewünschten oder erforderlichen
Füllungsgrade von Hand oder durch selbsttätige Vorrichtungen während des Betriebes
und bei Stillstand derartig verändert werden, daß in weiten Grenzen von voller Füllung
bis auf vollständigen Abschluß der Zulaßkanäle gedrosselt werden kann und bei entsprechend
starker Verstellung auch eine Bremsung (bei Fahrzeugmotoren) erzielt wird; auch
wird bei Anordnung entsprechender Vorrichtungen (Ventile u. dgl.) eine pumpenartige
Wirkung erzielt. Abb. i veranschaulicht die Stellung des Drosselhebels t, des Drehpunktes
u und des Hilfssteuergliedes w,s,y bei voller Füllung, Abb. 7 bei gänzlicher Drosselung.
Abweichend von Abb. i und Abb. 7 kann als Drehpunkt des Drosselhebels t (in Abb.
io mit t' bezeichnet) statt des besonderen festen Punktes z@ auch nach Abb. io der
feste Drehpunkt v' der Steuerkurbel y gewählt werden.
-
Die Abb. i bis io stellen ein Ausführungsbeispiel mit seitlich des
Arbeitszylinders angeordneter Steuerung dar; es sind jedoch mit vorbeschriebenen
Einrichtungen Ausführungen in anderer als der dargestellten Anordnung möglich, z.
B. mit der Steuerung quer über dem Arbeitszylinder oder mit einer den Kolben (Arbeitskolben)
umschließenden oder parallel oder schräg zu diesem angeordneten Steuerhülse. Auch
kann die Hülse statt, wie beschrieben, als Schieber auch als Kolbenventil mit Ventilsitz
o. dgl. Verwendung finden, wobei statt des Winkelhebels Kurven- (auch Nocken-) Scheiben
oder ähnliche Vorrichtungen als Hilfssteuerglieder dienen können. Für Verbrennungskraftmaschinen
mit Druckfüllung (Kompressor) sind bei vorbeschriebener Erfindung keine besonderen
Änderungen nötig.
-
An dem Wesen der Erfindung ändert sich selbstverständlich auch nichts,
wenn die Maschine geneigt oder liegend oder mehrzylindrig ausgeführt wird oder durch
Wahl anderer Abmessungsverhältnisse der Steuerkolben in stärkerem oder geringerem
Maße zur Arbeitsleistung beiträgt.