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Kolbenschieber für Brennkraftmaschinen Die Erfindung betrifft einen
Kolbenschieber für Brennkraftmaschinen, der eine drehende und gleichzeitig eine
hin und her gehende Bewegung ausführt. Derartige Kolbenschieber hat man bisher als
Pumpe zum Verdichten des Zylinderinhalts und zum Spülen des Zylinders oder aber
auch als Steuerorgan zum Regeln des Ein- und Auslasses verwendet. Der Schieber gemäß
der Erfindung ermöglicht es, sowohl den Ein- und Auslaß des Zylinders als auch dessen
Spülung und die Verdichtung seines Inhalts zu bewirken.
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Die Zeichnung läßt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung erkennen,
auf das sie jedoch nicht beschränkt ist.
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Abb. i ist ein Längsschnitt einer einzylindrischen Maschine gemäß
der Erfindung. Abb.2, 3 und 4. sind Querschnitte durch den Steuerzylinder nach den
Linien II-11, III-III und IV-IV gemäß Abb. i.
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Abb.5, 6, 7 und 8 lassen die Schieberflächen und das Schiebergehäuse
in der Abwicklung und in den verschiedenen weiter unten beschriebenen Stellungen
erkennen.
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In Abb.9 ist ein Querschnitt durch den Kolbenschieber dargestellt,
der zum Teil waagerecht und zum Teil nach der Linie II-II nach Abb. i gelegt ist,
wobei der Schieber jedoch ein klein wenig andere Stellung aufweist.
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Abb. io ist ein Zeitdiagramm und Abb. i i eine perspektivische Ansicht
des Kolbenschiebers, während Abb. r2 einen Teil des Schiebergehäuses in. Aufriß
erkennen läßt.
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Der Steuerzylinder io des Kolbenschiebers 13 ist unmittelbar
neben dem Arbeitszylinder r i angeordnet, so daß er seine Schmierung von dem Kurbelgehäuse
12 empfängt (auf welchem beide Zylinder in der aus Abb. i ersichtlichen Weise angeordnet
sind). Der Kolbenschieber 13 im Gehäuse io wird durch eine Verbindungsstange 1q.
von einer geneigten Kurbel 15 angetrieben, so daß er um 9o° in einer Richtung während
einer halben Umdrehung und um 9o° in der entgegengesetzten Richtung während der
anderen Halbumdrehung gedreht wird und dabei gleichzeitig dauernd hin und her geht.
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Der Arbeitskolben 16 ist in der üblichen Weise mittels einer Pleuelstange
17 mit der durch ein Gewicht i9 ausbalancierten Kurbel 18 verbunden, deren
Welle das im Verhältnis i : 2 übersetzende Getriebe 2o, 21 antreibt, um die Kurbel
15 in Umdrehung zu versetzen. Zur Verbindung der Räder 20, 2i dient ein
Zwischenrad
22, welches veranlaßt, daß die Kurbel 15 im gleichen Sinne wie die Kurbel 18 umläuft.
Die Kurbel 15 ist mit einem Balanciergewicht 23 versehen.
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Die beiden Zylinder haben, wie es Abb. 9 erkennen läßt, ebene Paßflächen
und sind mit Flanschen 24 versehen, durch deren Bohrungen 25 (Abb. 12) Schraubenbolzen
geführt sind. Beide Zylinder sind ferner mit Wassermänteln 26 versehen, welche mit
den Zylindern ein Stück bilden und durch welche verschiedene später beschriebene
Öffnungen als Auslaßöffnungen führen. Der Arbeitszvlinder besitzt eine Öffnung 27,
welche zur Aufnahme einer Zündkerze 28 dient.
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Der Steuerzylinder io wird durch eine Kappe 29 abgeschlossen, die
auf dem Zylinder i o und auf dem Zylinder i i aufgeschraubt ist.
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Die ebene Fläche des Steuerzylinders io, welche an dem Arbeitszylinder
i i anliegt, weist drei Öffnungen 30, 31, 32 auf, welchen Öffnungen in der
Fläche des Zylinders i i entsprechen, von denen nur zwei, 33, 34, in Abb.9 dargestellt
sind. Der Steuerzylinder weist zwei weitere Öffnungen 35 und 36 auf, welche mit
den Öffnungen 3o bzw. 31 durch einen noch zu beschreibenden Durchgang im Kolbenschieber
in Verbindung gebracht werden können. Diese Öffnungen 30 und 31 sind mit
dem Vergaser und dem nicht dargestellten Auspuffrohr verbunden.
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Die Öffnung 32 ist in der aus Abb. 2, 3 und 9 ersichtlichen Weise
verlängert, um in den Steuerzylinder io einzumünden, wie es die Abb. 2, 3 und 5
bis 8 an zwei Stellen erkennen lassen, so daß zwei im wesentlichen rechtwinklige
Öffnungen 37 und 38 gebildet werden. An diese Öffnungen grenzt eine weitere gebogene
Öffnung 39 an (Abb. 2 bis 8), welche sich so weit erstreckt, daß sie zu dem Einlaß
35 (Abb. 2) bei 4o führt.
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Der Schieber 13 hat einen Querdurchgang 41, der an seinen beiden,
Öffnungen 42 und 43 bildenden Enden mit den Öffnungen 30 und 31 bzw. 35,
36 zusammenarbeiten kann. Ferner hat der Schieber einen Längsdurchgang 44, der mit
zwei seitlichen Durchgängen (Abb. 9 und i i) in Verbindung steht und in Öffnungen
45, 46 endigt (Abb. 5 bis 9), die mit den Öffnungen 37, 38 und 39 im Steuerzylinder
zusammenarbeiten. .
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Der Schieber 13 empfängt infolge des zuvor erwähnten geneigten Kurbelantriebes
eine hin und her gehende und eine drehende Bewegung. jeder Punkt des Kolbenschieberumfanges
bewegt sich daher in einer im wesentlichen ovalen oder elliptischen Bahn. Diese
Bahn ist in den Abwicklungen der Abb. 5 bis 8 für einen Punkt 48 der Schieberfläche
mit 47 dargestellt.
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Die Öffnungen in dem Steuerzylinder sind in diesen Ansichten mit vollen
Linien und die Öffnungen im Kolbenschieber mit gestrichelten Linien dargestellt.
Aus der Darstellung ist die relative Lage dieser Öffnungen in gleichen Abständen
über einen Arbeitsgang ersichtlich. Es sei angenommen, daß die Bahn des betrachteten
Punktes 48 längs der Kurve 47 (im Uhrzeigersinne) in dem Punkt 49 beginnt (Abb.5),
der also dem Beginn des Arbeitsganges entsprechen möge. Zu diesem Zeitpunkt sind
die Öffnungen 42, 43 mit den Öffnungen 30, 31, 35, 36 außer Überdeckung. Sobald
aber der Schieber aus dieser Stellung in die in Abb. 5 dargestellte Lage kommt,
beginnen die Öffnungen 42, 43 mit den Öffnungen 30 und 35 in der dargestellten
Weise in Überdeckung zu gelangen, wodurch der Zylinder i z mit dem Vergaser in Verbindung
kommt. Der Arbeitskolben 16 bewegt sich nun abwärts, und das Brennstoffgemisch wird
durch die Öffnungen 35, 43, durch den Kanal 41 und durch die Öffnungen 4-2,
30 in den Zylinder io gesaugt.
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Dieser Einlaßvorgang setzt sich so lange fort, bis der Schieber diejenige
Stellung erreicht hat, in welcher der Punkt 45 seine höchste Lage 5o (Abb. 6) erreicht
hat, wobei die Öffnung 42 aus dem Bereich der Öffnung 30 gelangt und die
normale Füllung des Zylinders i i beendet ist. Während dieser Zeit sind die Öffnungen
45, 46 außer Wirkung; sobald jedoch der Schieber in die in Abb. 6 dargestellte Lage
gerät, ist die Öffnung 46 mit der Öffnung 37 in Überdeckung gelangt. Während dieses
Augenblickes der Verbindung des Kanales 44 des Kolbenschiebers durch die Öffnung
37 mit dem Zylinder i i kann das Brennstoffgemisch, das zuvor in einer noch zu beschreibenden
Weise über den Kolbenschieber geführt wurde und durch dessen Aufwärtsbewegung verdichtet
wird, durch den Kanal 44 und durch die Öffnungen 46. 37, 32 zu dem Arbeitszylinder
i i strömen, indem es die Füllung nach Beendigung der normalen Zylinderfüllung noch
erhöht.
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Während des Verdichtungshubes des Arbeitskolbens 16 sind die Öffnungen
42, .43 natürlich außer Wirkung. Dagegen ist die Öffnung 45 kurz nach Beginn dieses
Hubes mit der Öffnung 39 in Übereinstimmung gelangt, so daß der Brennstoff infolge
des durch die Abwärtsbewegung des Kolbens über diesem stattfindenden Druckabfall
durch die Öffnung 40 tritt und durch die Öffnungen 39 und 45 in den Kanal 44 und
sodann in den über dem Schieber liegenden Raum gelangt. Dieser Einlaß beginnt fast
unmittelbar nachdem die Nachfüllung erfolgt ist, d. h. wenn der Schieber sich ein
wenig über die in Abb. 6 gezeichnete Stellung hinaus bewegt hat, und dauert so lange,
bis der
Auspuffhub zum Teil ausgeführt ist. Abb. 7 zeigt die relative
Lage der verschiedenen Öffnungen, wenn der Arbeitshub gerade begonnen hat, während
Abb.8 die Stellungen bei Beginn des Auspuffhubes veranschaulicht. Es sei -bemerkt,
daß die Auspufföffnungen 31, 46 mit dem Durchgang 41 in Verbindung gebracht sind,
bevor der Arbeitshub des Kolbens 16 beendet ist, und daß sie so lange in Verbindung
miteinander bleiben, bis der Kolben 16 seinen Auspuffhub beendet hat.
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Das auf die Hauptkurbel bezogene Zeitdiagramm ist in Abb. 6 dargestellt
und sei im folgenden näher beschrieben: Die öffnung 46 arbeitet für eine kurze Zeit
auch mit deröffnung39 während derBrennstoffzufuhr durch die letztere zusammen, so
daß diese Ü ffnung 46 auch zur Brennstoffzufuhr für den Raum oberhalb des Schiebers
in gleicher Weise dient wie die Öffnung 45.
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Sobald der Schieber die Stellung unmittelbar vor der in Abb. 8 gezeichneten
Lage erreicht hat, hat er natürlich seine Aufwärtsbewegung begonnen, wodurch das
über dem Schieber befindliche Gemisch verdichtet und die Öffnung 45 unmittelbar
mit der Öffnung 3o außer Übereinstimmung gebracht wird, kurz nachdem die in Abb.
8 gezeichnete Stellung überschritten wurde. Während dieser Zeit erfolgt der Auspuff
des Zylinders i i in der beschriebenen Weise, wobei die öffnungen 42, 43 mit den
Öffnungen 3 i und 36 zusammenarbeiten. Unmittelbar vor Beendigung des Arbeitsganges
überstreicht die waagerechte Verlängerung 51 der Öffnung +5 die Öffnung 38, so daß
ein Teil des über dein Schieber verdichteten Gemisches durch den Kanal 44, die Öffnungen
54 38 und 42 in den Zylinder i i fließen und diesen ausspülen kann.
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Das übrige Brennstoffgemisch wird durch den Schieber bei seinem fortgesetzten
Aufwärtshub bei Beginn des nächsten Arbeitsganges verdichtet, und diese Menge Brennstoff
dient beim nächsten Arbeitsgang für die oben beschriebene Nachfüllung. Die Öffnungen
3 i, 36 sind während des Spülvorganges noch in Verbindung mit dem Kanal 41, werden
jedoch abgeschnitten, sobald der Spülvorgang beendet ist, wobei der Schieber seinen
nächsten Arbeitsgang beginnt.
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Aus dieser Beschreibung des Arbeitsganges ist ersichtlich, daß Abb.
i die Maschine in einer Stellung zeigt, in der der Kolben 16 gerade seinen Auspuffhub
beginnt, während Abb. 9 den Kolben in jener Stellung zeigt, in der der Kolben 16
beträchtlich mehr als die Hälfte seines Saughubes zurückgelegt hat.
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Wie bereits erwähnt, veranschaulicht Abb. io das auf die Hauptkurbel
18 bezogene Zeitdiagramm. Während der ersten Halbumdrehung der Kurbel von Punkt
52 zu Punkt 53 des Diagrammes erfolgt der Einlaß, und vom Punkt 53 zu Punkt 54,
d. h. während der nächsten Halbumdrehung, findet die Verdichtung in der üblichen
Weise statt. Bei Punkt 55, wenn die Kurbel 5° ihrer zweiten Halbumdrehung zurückgelegt
hat, beginnt jedoch die Nachfüllung, welche sich über 30° der Kurbelbahn erstreckt,
und zwar bis der Punkt 56 erreicht ist.
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Da der Arbeitshub am Ende der zweiten Halbumdrehung bei Punkt 54 beginnt
und bis- 14o° dauert, wo der durch den Punkt 57 gekennzeichnete Auspuff beginnt,
werden die Auspufföffnungen noch vor Beendigung des Arbeitshubes geöffnet. Diese
Öffnungen bleiben bis zur Beendigung des Arbeitsganges in Wirkung, worauf dann die
Nachfüllöffnungen in Tätigkeit treten, um den Maschinenzylinder während der letzten
15° der Kurbelbewegung, d. h. während der Bewegung zwischen den Punkten 58 und 59
des Diagrammes, auszuspülen. Am Ende der zweiten Kurbelumdrehung (Punkt 59) sind
alle Spül-und Auspufföffnungen geschlossen.
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An Stelle von Brennstoffgemisch kann man auch Luft zum Nachfüllen
und Ausspülen verwenden, was bei der beschriebenen Einrichtung dadurch erfolgen
kann, daß man die Öffnung 39 mit einer durch das Schiebergehäuse 26 führenden Luftöffnung
verbindet anstatt mit dem Einlaß 35. Die Maschine kann gegebenenfalls auch mit diesen
beiden Verbindungen ausgeführt und mit einem geeigneten Handventil versehen werden,
wobei der verwendete Stoff in der gewünschten Weise von Luft zu Brennstoff und umgekehrt
verändert werden kann.
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Bei dem beschriebenen Ausführungsbeispiel steht zur Steuerung des
Ein- und Auslasses nur ein einziger Durchlaß im Schieber mit zwei Öffnungen des
Arbeitszylinders in Verbindung. Es ist jedoch auch möglich, zwei Durchgänge im Schieber
vorzusehen, die mit einer einzigen Öffnung des Arbeitszylinders in Verbindung stehen,
um dessen Ein- und Auslaß zu steuern. Diese beiden Queröffnungen im Schieber können
an Stelle der Öffnung4i vorgesehen sein, während andererseits die Öffnungen
30 und 31 durch einen einzigen Durchlaß ersetzt sein können. Eine derartige
Einrichtung ist mit der beschriebenen und dargestellten Maschine im wesentlichen
gleichartig.