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Viertaktbrennkraftmaschine mit ungleichen Kolbenhüben Die Erfindung
bezieht sich -auf Viertaltbrennkraftmaschinen mit ungleichen Kolbenhüben, bei denen
der Kurbelzapfen mit einem Zahnrad fest verbunden ist, (las uni ein feststehendes,
mit dem Kurbelwellenblock gleichachsiges Zahnrad umläuft.
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Bezweckt wird die Verbesserung des mechanischen Wirkungsgrades solcher
lIaschinen, und zwar hauptsächlich durch Verminderung der Kolbenreibung im Zylinder.
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Gemäß der Erfindung ist die Anordnung so getroffen, daß die Zylinderachse
nicht durch die Mitte des Kurbelwellenblockes und des festen Zahnrades geht und
daher einen hierzu konzentrischen Kreis tangiert.
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Dank dieser Anordnung kann der Radius dieses Kreises so gewählt werden,
daß die Schubstange im Augenblick der Explosion nahezu in die Zylinderachse zu liegen
kommt, um die seitlichen Beanspruchungen auf den Kolben zu vermindern. Eine weitere
Folge einer solchen Anordnung besteht darin, daß die Schubstange während der ganzen
Dauer des Kompressions- und des Arbeitshubes, d. h. derjenigen Hübe, während der
die maximale n Beanspruchungen in Frage kommen, tun eine mit der Zylinderachse zusammenfallende
Mittellage schwingt. Die stärkere Schräglage der Schubstange während der anderen
Hübe, für die die Beanspruchungen das Mindestmaß betragen, bringt keinen \ achteil
mit sich.
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Die Bauart nach der Erfindung erfordert bei mehrzylindrigen Kraftmaschinen
eine besondere Anordnung der Zylinder, wenn nur ein einziger Epizykloidaltrieb verwendet
werden soll. Für .abwechselnden Verlauf der vier Takte in den verschiedenen Zylindern
ist es (tann nämlich notwendig, daß ebenso viele Kurbelzapfen wie Zylinder angeordnet
werden, wobei die Zylinder, mit ihren Achsen den konzentrischen Kreis tangierend,
in Sternform anzuordnen und die Kurbelzapfen gegeneinander um den gleichen Winkel
zu versetzen sind wie die entsprechenden Zylinder.
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Die Zeichnung veranschaulicht Ausführungsbeispiele der Verbrennungskraftmaschine
äeniäß der Erfindung. Abb. r zeigt die Kraftmaschine mit zwei Zylindern in Reihenanordnung
im Querschnitt nach I-I der Abb. 2 und Abb. 2 ini Längsschnitt nach II-II der Abb.
r. Die Abb. 3 ist das Schema der Anordnung einer mehrzylindrigen Kraftmaschine mit
einem einzigen Epizykloidaltrieb. Abb. d. zeigt schematisch einen solchen.
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In dem Zylinder r (Abb. z und z) bewegt sich der durch eine Schubstange
,4 mit dem Kurbelzapfen j der 'Nebenwelle 6 verbundene Kolben 3. Die Nebenwelle
6 trägt ein Zahnfad
io, das mit dem im Isurbelwellenblock 7 angeordneten
festen Zahnrad i i kämmt. Der Kurbelwellenblock 7 und das Zahnrad. i i haben die
gleiche Achse u-< .
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Bei der Bewegung des Kolbens 3 beschreibt der Kurbelzapfen 5, wie
bekannt, eine Epizykloide A (Abb. i und 3), wobei die vier Takte der Maschine in
Abb.3 schematisch dargestellt sind, worin die Strecken al-bl, bl-cl, cl-dl, d'-al
den Ansaug ; den Kompressions-, ;len Arbeits- und den Auspuffhub darstellen.
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Wie in Abb. 3 ersichtlich, ist die Achse B-B1des Zylinders gegenüber
der Achse der Epizykloiden A um einen Winkel u geneigt, so daß der
Kolben, um den Auspuff der verbrannten Gase zu gewährleisten, bis zum Punkte a und
am Ende des Kompressionshubes nur bis zum Punkte c nach oben bewegt wird.
b und d bezeichnen die Kolbenstellungen nach dem Ansaugen und nach
dem Arbeiten.
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Das Merkmal der Erfindung besteht darin, daß die Achse B-B:1 des Zylinders
den zum festen Zahnrad i i konzentrischen Kreis F tangiert. Wird der Halbmesser
dieses Kreises geeignet gewählt, so geht die Achse B-Bl des Zylinders durch den
Punkt Cl, so daß die Schubstange im Augenblick der Explosion, d. h. der größten
Beanspruchung des Kolbens, durch die Zylinderachse B-BI geht. Auf diese Weise werden
die seitlichen Beanspruchungen auf den Kolben und die Reibung desselben im Zylinder
erheblich vermindert. Frs ist ferner hervorzuheben, daß im Gegensatz zu den üblichen
Kraftmaschinen durch die Schubstange 4 bereits in der Zündstellung ein beträchtliches
Moment auf den Kurbelzapfen 5 übertragen wird, trotzdem die Schubstange in oder
nahezu in der Zylinderachse liegt. Infolge dieser Anordnung ebenfalls schwingt die
Schubstange für die Dauer des Kompressions- und des Arbeitshubes um die Zylinderachse
B-B11, d. h. ihre Schräglage ist für .diejenigen Hübe am geringsten, für die die
Beanspruchungen am größten sind, während die größte Schräglage bei den kleinsten
Beanspruchungen eingenommen wird. Auch hieraus ergibt sich noch eine zusätzliche
Verminderung der seitlichen Beanspruchung auf den Kolben und der Reibung im Zylinder.
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In Abb.2 ist, wie erwähnt, eine Kraftmaschine mit zwei in Reihe angeordneten
Zylindern i und 2 dargestellt: Um einen abwechselnden Verlauf der vier Takte unter
Beibehaltung der gleichen Anordnung der Zylinderachsen in bezug auf die Epizykloiden
A zu erreichen, ist es, wie leicht, ersichtlich, notwendig, zwei voneinander unabhängige
Kurbelzapfen, d. h. zwei getrennte Kurbelwellen, zu verwenden. Eine solche Bartart
wäre bei einer großen Zylinderzah' praktisch unbrauchbar. Um die Verwendung nur
einer Kurbelwelle und eines einzigen Epizykloidalantriebes zu ermöglichen, ist es
notwendig, die Anordnung nach Abb. 3 zu treffen, d. h. die Zylinder in Sternform
anzuordnen (wobei die Achsen B-Bi, C -Dl, E-El den Kreis F tangieren). In diesem
Falle muß die Kurbelwelle nach Abb. q ausgebildet und die statt der Kurbelzapfen
vorgesehenen Exzenterscheiben 5B, 5C, 5B und 5E müssen um die gleichen Winkel wie
die Achsen B-B1, C-Cl, D-Dl und E-El versetzt sein, so daß jeder Kurbelzapfen eine
eigene Epizykloide A beschreibt, die alle die gleiche Lage gegenüber der entsprechenden
Zylinderachse einnehmen. Bei der Ausführung nach Abb. q. sind im übrigen an jedem
Ende der Maschine feststehende Zahnräder i z vorgesehen und an jedem Ende der Nebenwelle
6 Zahnräder io, und zwar um die Uebenwelle 6 günstiger zu belasten, Es handelt sich
dabei aber auch nur um einen einzigen Epizykloidalantrieb, da alle Zahnräder mit
der gemeinsamen Nebenwelle 6 zusammenarbeiten. Die Kurbelwellenblöcke 7, in denen
die Nebenwelle 6 entsprechend Abb. 2 gelagert ist, sind in Abb. d. fortgelassen.
Die vier Zylinder sind in Abb. q. aus folgenden Gründen um je goo gegeneinander
versetzt. Bei einer Umdrehung des Kurbelwellenblockes erfolgt in jedem Zylinder
eine Zündung. Bei vier Zylindern erfolgen die Zündungen also in gleichen Abständen,
renn die Zylinder bei entsprechender Kurbelanordnung um 9o° gegeneinander versetzt
sind.
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Im Falle einer zweizylindrigen Kraftmaschine können die Zylinder bei
Sternform mit ihren Achsen nach B-B'-, D-Dl (Abb. 3) angeordnet werden.
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Die Erfindung erstreckt sich auf alle Viertaktkraftmaschinen, ganz
unabhängig von der Art des verwendeten Brennstoffes (Gas, Benzin usw.), von der
Speisungsart (Vergaser, unmittelbare Einspritzung mit Vergasung im Zylinder selbst
usw.) und von der Zündungsart (Kerzen oder Selbstzündung).
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In der Zeichnung sind beispielsweise bei 17, icg Verteilungsdrehschieber
dargestellt, und es ist Selbstzündung vorausgesetzt. Es wurde ferner angenommen,
daß die Drehbewegung des Blockes 7 unter Vermittlung eines Zwischengeleges 13, 14
auf die Treibwelle 15 übertragen wird.