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Selbsttätige Regelung von Brennkraftmaschinen mit Schrägscheibenantrieb
durch gemeinsame Verstellung des Hubes und der Verdichtung Gegenstand der Erfindung
ist eine selbsttätige Regelung von Brennkraftmaschinen mit Schrägscheibenantrieb,
bei denen der Hub-und das Verdichtungsverhältnis in eindeutiger Abhängigkeit voneinander
veränderlich sind, so daß ein hoher thermischer Wirkungsgrad und Sicherheit vor
Detonation in vollkommener Weise erreicht werden. Die Verstellung des Hubes und
der Verdichtung erfolgt selbsttätig, so daß der Führer nur den Arbeitsdruck willkürlich
zu regeln hat, und in solcher Weise, daß die Motorleistung in höherem Maße als bei
bisher bekannten Verbrennungskraftmaschinen dem Bedarf angepaßt wird.
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Die zur selbsttätigen Verstellung bereits vorgeschlagenen Zentrifugalregler
haben, da die Fliehkraft mit dem -Quadrate der Drehzahl wächst, den Nachteil, daß
sie bei einer bestimmten hohen Drehzahl unter allen Umständen den kleinsten Hub
einstellen. Dies ergibt ein Leistungsdiagramm, das von dem eines gewöhnlichen, nur
größer bemessenen Motors nur geringfügig abweicht und viel kleinere Vorteile bietet
als bei willkürlicher Verstellung von Hub- und Verdichtungsverhältnis, z. B. von
Hand aus, eine Bedienungsart, die aber für Kraftfahrzeuge nicht zweckmäßig ist.
Die selbsttätige Regelung gemäß der Erfindung gestattet hingegen das Einhalten einer
fast unveränderlichen Leistung_ in einem " großen Drehzahlbereich bis zur öchstdrehzahl
und geringen Brennstoffverbrauches bei geringem oder Nullarbeitsdruck ebenfalls
in einem großen Drehzahlbereich. Zu diesem Zweck wird der gesamte Verstellbereich
des Hubes nur bei gleichzeitiger Änderung der Drehzahl und,-des Arbeitsdruckes durchmessen,
während bei Änderung der Drehzahl allein oder des Arbeitsdruckes allein nur ein
Teil dieses Bereiches durchmessen wird, und zwar bei Vergrößerung des- Arbeitsdruckes
oder Verminderung -der Drehzahl im Sinne einer Hubvergrößerung, bei Verminderung
des Arbeitsdruckes und Vergrößerung der Drehzahl im Sinne einer Hubverkleinerung.
Hiermit läßt die Maschine eine bis zur Höchstdrehzahl ausreichend große Voll-' druckleistung=und
einen sehr geringen Brennstoffverbrauch bei kleinem oder Nulldruck erreichen. Bei
Arbeitsdrücken, die zwischen dem vollen Druck und Null liegen, wird auch ein entsprechender
Mittelwert des Hubverstellbereiches eingehalten.
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Die Zeichnung stellt ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes
dar, und zwar ist Abb. i ein Axialschnitt durch die Maschine; -die Abb. Z und 3
zeigen zwei Ausführungsformen der Schrägscheibenabstützung; Abb. q. stellt im Axialschnitt
eine Dämpfungsanordnung dar.
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Die längsverschiebliche Kurbelwelle i ist-Z-förmig gekröpft, im Lager
5 drehbar und im Lager 6 verschiebbar. Sie setzt sich nach rechts in einen Bund
7, einen Zapfen 8 und einen Bund g fort und trägt -auf dem Querbolzen io -die Hülse
ii, die bis zum Anschlag
ihres Innenmantels an die Welle i um den
Bolzen =d drehbar ist. Auf der Hülse =i sitzt mit ihr fest verbunden die .Schwungscheibe
i2 und die reit den- Lagern 2, Z drehbar getragene, als Hohlkörper ausgebildete
Schrägscheibe 3, an der die Kolbenstangen K angreifen. Die Schrägscheibe 3 ist durch
eine an ihrem äußeren Umfang angreifende Gelenkstütze 13 gegen Drehung gesichert
und gegenüber dem Gehäuse abgestützt.
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Die Hülse i= ist durch den Bolzen 1q., den Lenker 15 und den Bolzen
16 mit der Hohlwelle 17 verbunden, so daß eine Längsverschiebung der Welle i auch
eine Neigungsänderung der Scheibe 3 zur Folge hat, wodurch die eindeutige Abhängigkeit
zwischen den Änderungen des Hubes und des Verdichtungsverhältnisses gegeben ist.
Auf dem Zapfen 8 ist ein Abstützteller 18 für die Druckfedern =g, 2o längsverschieblich
gelagert, deren andere Enden sich gegen die Stirnwand des Gehäuses -17 bzw. gegen
den Bund 7 .der Welle i abstützen. Auf den Teller 18 wirken -ferner die Hebelarnie
21 der um die Bolzen 22 an Fortsätzen der Hohlwelle 17 drehbaren Fliehgewichte 23
ein.
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Die Maschine arbeitet wie folgt; .
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i. Bei Stillstand sind beide Federn ig,-Zo entspannt, der Teller 18
- ist ganz rechts, die Fliehgewichte a3 liegen innen an, die verschiebbare Welle
i steht in einer Mittellage.
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2. Läuft die Maschine mit kleiner Drehzahl undgroßem Arbeitsdruck,
so wird die Feder 2o zusammengedrückt, die Welle i ist ganz nach rechts verschoben,
der Hub hat seinen Höchstwert, die Verdichtung ihren Mindestwert.
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3. Ist die Drehzahl hoch und der Arbeitsdruck groß, so schieben die
Fliehgewichte den Teller 18 nach links, bis die Federn =g und 2o ganz gespannt sind.
Die Welle i steht in einer Mittellage, Hub und Verdichtung haben einen Mittelwert,
der aber mit den Werten unter i nicht übereinzustimmen braucht.
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q.. Ist die Drehzahl hoch; aber der Arbeitsdruck klein oder Null,
so ist die Feder rg gespannt, die Feder 2o . entspannt, die Welle z ist ganz nach
links verschoben, der Hub hat seinen- Mindestwert, die Verdichtung ihren Höchstwert.
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Durch die Wahl der Federn =g und 2o läßt sich das Leistungsdiagramm
der Maschrse in weiten Grenzen beeinflussen. Das geeignetste Leistungsdiagramm ergibt
sich bei der vorliegenden Ausführungsform, wenn der Hub und die Endspannung der
Feder 2o je etwa 5/s vom analogen Wert der Feder z9 beträgt.
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Bei der vorliegenden Maschine ist ein Massenausgleich vorgesehen..
Bei Maschinen mit veränderlichem Hub- und Verdichtungsverhältnis und Schrägscheibenantrieb
wurde bereits ein Massenausgleich in der Weise vorgeschlagen, daß - zwei
ineinandergreifende,_ sternförmige Schrägscheiben Verwendung faden, die zur Hauptwelle
symmetrisch angeordnet sind. Hierdurch wird aber die Wirkung der hin und her gehenden
Massen nur nach außen, z. B. auf das Maschinenfundament, nicht aber auf - die Verstellvorrichtung
aufgehoben.
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Um ohne Verwendung einer symmetrischen Doppelanordnung sowohl das
Maschinenfundament als auch die Verstellvorrichtung von der Wirkung der hin und.
her gehenden Massen unabhängig zu machen; wird erfindungsgemäß das Kräftepaar; verursacht
von der Schrägscheibe 3 und den mit ihr verbundenen schwingenden Massen, durch die
Wirkung der schräg umlaufenden Scheibe i2 aufgehoben, die in die hohle Schrägscheibe
3 so verlegt ist, daß Schwerpunkt und Hauptschwerebene der Körper 3 und i2 ganz
oder fast ganz zusammenfallen. Bei dieser Anordnung bilden die Massen 3 und 12 in
jeder Lage und bei jeder Drehzahl ohne fehlerhafte Nebenwirkungen gleich oder fast
gleich .große ausgleichende Massenkraftmomente, wobei `dieser Massenausgleich unmittelbar
nur die Lager 2, 2 belastet und Massenwirkungen weder in das Verstellgestänge noch
nach außen gelangen.
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Die umlaufende Scheibe x2 wird erfindungsgemäß zur Verteilung des
Schmieröles an die Pleuelstangenlager benutzt. Das Schmieröl kann zentral durch
die Kurbelwelle 1 und den Querbolzen io durch in Abb. i nicht eingezeichnete Bohrungen
oder seitlich durch das Ölrohr 24 gn die Scheibe T2 geführt werden, dessen Mündung
25 mit einer Aussparung 26 in der Wand der Scheibe 3 korrespondiert. Schließlich
kann man das Schmieröl auch durch die hohlgebohrte Gelenkstütze 13 an den- Umfang
der Scheibe 12- führen, wie tieferstehend beschrieben wird. -Gemäß Abb. 2 ist die
Schrägscheibe 3 durch die Gelenkstütze 13 gegen Verdrehung gestützt. Erfindungsgemäß
wird @ diet Stütze 13 zur Ölzufuhr in den Hohlraum der Scheibe 3 verwendet, zu welchem
Zweck sie mit der Boh rung 27_ versehen ist. Das Gelenk 28 und etwa das obere, Drittel
99 der Stütze 13 stellen mit ihrer Masse eine -einseitige Belastung des Scheibenumfanges
dar, die zum Ausgleich der Massenwirkung Gegengewichte 3o, und zwar eines diametral
gegenüber von 28 und zwei an den Enden -des senkrecht darauf stehenden Durchmessers,
erfordern: Diese Umfangsbelastung wird weiter durch eine ihr entsprechende Massenbeteilung
im Kranze der Scheibe z2= (Abb. t) ausgeglichen. Die Gelenkstütze 13 bzw. deren
.Teile 28- und z9 haben also eine Gewichtsbelastung der Maschine zur Folge, die
insgesamt das achtfache -Gewicht -der Teile 28 und 29 ausmacht. oder übersteigt.
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Die Verwendung- von--zwei an diametral gegenüberliegenden Punkten
. des -Scheiben-
Umfanges angreifenden Gelenkstützen bietet bei
vollkommenem Massenausgleich den Vorteil, daß die Belastung mit Ausgleichsmassen
gegenüber der Anordnung mit nur einer Gelenkstütze auf die Hälfte vermindert wird.
Bei dieser Anordnung ist gemäß Abb.3 das Gelenk 31 der Stütze i3a verschiebbar gelagert,
um bei Längsverschiebungen der Kurbelwelle je nach der Bogenbewegung ihres oberen
Gelenkes eine gewisse Nachgiebigkeit zu erhalten. Die Stütze 13a wird ständig durch
die Feder 32 mit annähernd der Hälfte der größten am Umfang der Scheibe 3 vorkommenden
Kraft belastet. Die Stange 13 hat dann im Betrieb eine Kraft aufzunehmen, die zwischen
-dem positiven und dem negativen Wert der Hälfte dieser Umfangskraft schwankt. Dadurch
kann jede der Stangen 13, 13a halb so stark und halb so schwer als die einzelne
Stange 13 gemäß Abb. 2 bemessen werden. Demzufolge können die Gegengewichte
30a in Abb. 3 halb so schwer sein als die Gegengewichte 30 in Abb. 2 und
ebenso wird die zusätzliche Masse an der Scheibe i2 nur halb so schwer.
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Bei der Anordnung von drei oder mehr Stangen 13, 13" usf., deren Gelenke
am Scheibenumfang gleichmäßig verteilt angeordnet -werden, entfällt die Verwendung
von toten Gegengewichten 3ö, 30a überhaupt. -Doch wird auch hier nur eine Stange
fest gelagert, die übrigen werden nachgiebig unter Federdrücken gehalten, deren
Summe die Hälfte der größten Umfangskraft beträgt.
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Die in Abb. i unter i8 bis 23 bezeichnete Verstellvorrichtung.
genügt irr dieser schematischen Form nicht allen praktischen Anforderungen. Es muß
noch eine Ergänzung hinzutreten, die verhindert, daß das ganze System durch die
einzelnen Kolbenstöße, die den mittleren Gesamtarbeitsdruck über- oder unterschreiten,
in dauernde Schwingungen versetzt wird. Eine einfache, an sich bekannte unveränderliche
Reibungsbremse kann wohl zusätzlich, aber nicht allein verwendet werden, da sie
bei kleinen Kolbendrücken zu stark, bei großen Kolbendrücken zu schwach wirken würde.
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Erfindungsgemäß wird eine Schwingungsdämpfung angewendet, die dem
jeweiligen gesamten Arbeitsdruck proportioniert ist. Gemäß Abb. 4 liegt die Feder
ig rechts an dem Teller 18, die Feder 2o-an dem Teller 33 an. Die Nabe 34 des Tellers
18 ist durchbrochen und führt die sie durchdringenden abgeschrägten Gleitschuhe
35, die durch den konisch ausgebohrten Teller33 an den Zapfen 8 angepreßt werden
und dort als Reibungsbremse dienen. Analog liegt zwischen den konischen Flächen
der Teller 18 und 36 ein mehrteiliger Gleitschuhring 37, der unter dem Druck der
Feder ig sich an den Innenmantel der Hohlwelle 17 anlegt und ebenfalls bremst. Die
Neigung der Konusse wird so bemessen, daß die Gleitschuhe wohl die von einzelnen
Kolbenstößen verursachten Schwankungen, nicht aber die Schwankungen des Gesamtarbeitsdruckes
und die selbsttätige Einstellbewegung abdämpfen.