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Zweitaktmotor mit Ringventilschieber Gegenstand der Erfindung ist
ein Zweitaktmotor und insbesondere ein Einspritzmotor mit axial liegender Verbrennungskammer,
welche mit gesteuerten Lufteintrittsöffnungen versehen ist. Die Ausführung der Steuerung
bietet bei einem solchen Motor besondere Schwierigkeiten.
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Die üblicherweise verwendeten Ventile besitzen mehrere Nachteile.
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Zunächst ist es unmöglich, ihnen einen ausreichenden Querschnitt zu
geben, wenn der Motor mit großer Geschwindigkeit laufen muß. Ferner ist die Richtung
der von dem Ventil eingelassenen Luftströme für eine Spülung ohne Mischung mit den
verbrannten Gasen nicht günstig.
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Auch die bekannten ring- oder rohrförmigen Schieber, die in derselben
Achse wie der Zylinder angeordnet sind und den Einlaß unter Verwendung von Öffnungen
steuern, die sich in ihrer Wand und in derjenigen des Zylinders befinden, ergeben
bei Anwendung an dem vorliegenden Motor verschiedene Nachteile. Einerseits schaffen
die in der Wandung vorhandenen Öffnungen einen toten Raum, anderseits kann bei einem
Zweitaktmotor, also einem Motor, bei dem für die Öffnung der Durchlässe nur ein
Sechstel der Umlaufdauer zur Verfügung steht, die Gesamtbreite der öffnungen höchstens
ein Zwölftel des Zylinderumfanges betragen, wenn die Verteilung durch Drehschieber
erfolgt. Dies ist aber für die Verteilung nachteilig. Endlich lassen sich Schieber
dieser Art schwer dicht herstellen.
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Es ist schon vorgeschlagen worden, diese Mängel zu beheben, indem
ein Schieber verwendet wurde, der aus einem Rohrstück bestand, dessen innerer Durchmesser
mit dem des Motorzylinders übereinstimmte und der sich auf einen Sitz in der Wandung
dieses Zylinders abstützte und die Einlaßöffnung im Laufe einer axialen Hinundherbewegung
öffnete und schloß.
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Da der Schieber einen Umfang hat, der mit demjenigen des Zylinders
übereinstimmt, so wird er im allgemeinen keine gleichmäßige Temperatur an allen
Punkten seines Querschnitts besitzen. Diese Ungleichheit tritt noch deutlicher hervor,
wenn es sich um einen Motor handelt, der luftgekühlt ist. In diesem Falle sind nämlich
die unmittelbar von dem Luftstrom getroffenen Teile des Zylinderkopfes kälter. Da
andererseits der Schieber in enger Berührung mit dem Kopf steht, so übertragen sich,
die Ungleichheiten der Temperatur des Kopfes auf den Schieber. Es ergeben sich hieraus
verschiedene lineare Ausdehnungen
nach den Erzeugenden der Oberfläche
und infolgedessen ein Verziehen des tragenden Teiles des Schiebers. Auf diese Weise
ergeben sich Mängel in der Abdichtung.
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Zur Vermeidung der Verschmutzung und besseren Abdichtung von Schiebern,
welche bei Brennkraftmaschinen die Explosions- oder Zündkammer mit dem Motorzylinder
in Verbindung bringen, ist bereits vorgeschlagen worden, diesen Teilen eine zusammengesetzte
Bewegung zu geben. Zu diesem Zweck wurde entweder zu der axialen Bewegung noch.
eine kreisförmige Bewegung hinzugefügt, welche die Verteilung bewirkt, oder eine
Drehbewegung mit der die Verteilung bewirkenden axialen Bewegung vereinigt. Die
Verteiler, auf die diese Regeln Anwendung fanden, besaßen geringe Abmessungen, da
sie nur dazu dienten, um die Explosions- oder Zündkammer, die sich seitlich von
dem Zylinder befand, mit dem Motorzylinder in Verbindung zu bringen. Sie bestanden
entweder aus Tellerventilen oder aus einfachen Hähnen. Ihre Bewegung konnte aber
nicht eine Berührung der Punkte des Schiebers mit allen Punkten seines Sitzes hervorrufen.
Wenn diese Einrichtung bei Verteilern von verhältnismäßig kleinen Abmessungen mit
Erfolg verwendet werden konnte, so konnte sie doch bei einem Schieber, der aus einem
Rohr von gleichem Durchmesser wie der Motorzylinder bestand, kein günstiges Ergebnis
haben.
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Die vorliegende Erfindung löst die Aufgabe, einen solchen Verteilungsschieber
abzudichten, dadurch, daß die Steuerung des Schiebers so durchgeführt wird, daß
er außer seiner axialen hin und her gehenden Bewegung, welche die Verteilung bewirkt,
eine fortlaufende und, gleichmäßige Drehbewegung erhält. Auf diese Weise finden
im Laufe einer Umdrehung mehrere Doppelhübe des Schiebers statt.
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Gemäß der Erfindung erfolgt ferner die Zufuhr des Schmiermittels zu
dem Schiebersitz durch Mitreißen des Schmiermittels mit den Frischgasen oder durch
Steuerung mit Hilfe einer Pumpe. Ferner liegt der Sitz des Schiebers in dem Zylinder
in einer solchen Höhe, daß der Motorkolben über den Sitz hinausgeht, bevor !er seinen
oberen toten Punkt erreicht. Die ununterbrochene Drehbewegung des Schiebers ruft
eine gleichmäßige Verteilung des Schmiermittels auf dem Sitz des Schiebers hervor.
Unter dem Einfluß der Viskosität des Schmiermittels können die unter Druck befindlichen
Gase, die sich im Innern des Zylinders befinden, nicht zwischen den Schieber und
seinen Sitz gelangen, so daß ein Anheben des Schiebers nicht möglich ist. Weiterhin
nimmt der Kolben das überschüssige Schmiermittel mit, da dieses nach der Innenseite
des Zylinders zu herausquillt. Auf diese Weise ist eine gute Schmierung des Kolbens
und des oberen Teils des Zylinders so weitgehend gewährleistet, daß es möglich ist,
die Anordnung von Dichtungsringen, die bisher notwendig war, zu ersparen.
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Wenn man ferner die axiale hin und her gehende Bewegung, welche die
Verteilung der fortlaufenden Drehbewegung hervorruft, mit Hilfe einer Anordnung
von Nocken und Rollen vor sich gehen läßt, von denen ein Teil (nämlich die Nocken
oder die Rollen) konzentrisch zu dem Schieber liegt, so kann man die Einlaßzeiten
beliebig ändern.
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Die Erfindung ist auf der beiliegenden Zeichnung an Hand von Ausführungsbeispielen
erläutert. Von den Abbildungen der Zeichnung stellt dar: Abb. i einen Axialschnitt
durch den oberen Teil des Zylinders in einer bestimmten Schieber- und Kolbenstellung,
Abb. a eine Abwicklung des Schiebers der Abb. i mit der Nockenbahn, Abb. 3 einen
Axialschnitt durch den Zylinder in einer anderen Betriebslage, Abb. q. einen Axialschnitt
durch den Zylinder mit einer anderen Schieberausführung mit besonderer Nockenscheibe,
Abb. 5 eine Abwicklung der Nockenscheibe der Abb. q., Abb. 6 einen Axialschnitt
einer zweiteiligen Nockenscheibe, Abb. 7 eine Draufsicht nach Abb. 6, Abb. 8 einen
Axialschnitt durch den oberen Teil der Nockenscheibe der Abb. 6, Abb. g einen Querschnitt
H-H der Abb. 8, Abb. i o eine Abwicklung der zweiteiligen Nockenscheibe der Abb.
6, Abb. i i eine Abwicklung gemäß Abb. io in anderer Stellung der beiden Nockenscheibenteile
zueinander, Abb. 12 einen Schnitt A nach Abb. io und i i, Abb. 13 einen Schnitt
B nach Abb. io und i i, Abb. 1q. einen Schnitt C nach Abb. io, Abb. i 5 einen Schnitt
D' nach Abb. i o und i i, Abb. 16 einen Schnitt E nach Abb. i i, Abb.
17 einen Schnitt F nach Abb. io und i i, Abb. 18 einen Schnitt G nach Abb. i i,
Abb. ig einen teilweisen Axialschnitt durch den Motor mit Steuerung und den zweiteiligen
Noc kensdheiben der Abb. 6 bis 18.
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In folgendem wird ,die Erfindung zunächst in ihrer einfachsten Form
an Hand der Abb. i bis 3 erläutert. Der Ringventilschieber i besteht aus einem Rohrstück,
dessen innere
Wand die Wand des Zylinders verlängert und dessen
äußere Wand mit Nocken 5 versehen ist, zu dem Zweck, axiale Verschiebungen hervorzurufen.
Die Abb. 2 zeigt eine Abwicklung des Schiebers mit den Nocken. Die Drehbewegung
erfolgt durch das Zahnrad 2, welches in die an dem Schieber i befestigte Verzahnung
eingreift. An dem Zylinder befinden sich ebensoviel Rollen q. wie Nocken 5 an dem
Schieber. Es werden wenigstens zwei Rollen und Nocken angewendet, aber zweckmäßig
drei. In diesem Falle dreht sich der Schieber mit einem Drittel der Geschwindigkeit
des Motors. Da die drei Nocken und Rollen in gleichem Abstande angeordnet sind,
liebt sich der Schieber bei jedem Drittel der Umdrehung--- und drückt die Feder
6 zusammen. Hierauf führt die Feder den Schieber bei fortgesetzter Umdrehung auf
seinen Sitz zurück.
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In Abb. 3 befindet sich der Kolben in seiner Tieflage, während der
Schieber geöffnet ist. Es wird dann gespült. Die Pfeile zeigenden durch die Luft
und die Restgase genommenen Weg an.
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Die auf den Abbildungen dargestellte überlappung 7 des unteren Teils
des Schiebers ist zwar nicht unbedingt notwendig, bei. einem schnellen Motor jedoch,
wie er im vorliegenden Fall Verwendung finden soll, sehr vorteilhaft, um eine bessere
Abdichtung auf dem unteren Teil herbeizuführen. Auf dem oberen Teil des Schiebers
erfolgt die Abdichtung beispielsweise durch Dichtungsringe 8, die im Zylinderkopf
angebracht sind.
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Die Drehbewegung des Schiebers ermöglicht eine vollkommene Abdichtung
desselben und eine vollkommene Schmierung von Zylinder und Kolben, wenn Schmieröl
in bekannter Weise in die Ladung eingeführt wird. Das Öl bedeckt die-Wände der Einlaßleitung
und wandert allmählich auf den Schieber zu, indem es von dem Luftstrom mitgeführt
wird. Der Schieber hält das Öl bei jeder Schließbewegung auf, nimmt bei jedem Hub
einen Teil davon mit und verteilt es auf dem Sitz g. Da der Schieber seine gleichmäßige
Drehbewegung fortsetzt, verteilt er das Öl gleichmäßig auf dein ganzen Umfang des
Sitzes 9 und drückt es schließlich nach außen. Das verdrängte Öl bildet auf der
Zylinderinnenfläche ein Polster, welches der Kolben einen Augenblick später ausbreitet
und teilweise abfängt. Bei der nachfolgenden Hubbenvegung des Schiebers kommt die
mit Öl bedeckt gebliebene Fläche des Schiebers in Berührung mit der oberen Führung
ro und den Dichtungsringen B. Das Öl, welches durch die Ringe 8 getrieben wird,
schmiert die Nockenscheibe, die Rollen und die Zähne. .
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Abb. 4 stellt eine Abänderung der Schieberbauart dar. Es ist dabei
eine Nockenscheibe i i mit zwei Laufflächen angeordnet, welche durch eine nicht
gezeichnete Anordnung stets in der richtigen Winkelstellung gehalten wird. Der Schieber
i ist mit Zapfen versehen, auf denen die Rollen i2 drehbar gelagert sind. Im oberen
Teil des Schiebers sind Keile 13 angeordnet, welche axial in Nuten 1q. des Zahnkranzes
15 gleiten können, der durch Anschläge 16 und 17 in axialer Richtung festgehalten
wird. Die Steuerung ist zwangläufig, jedoch ist eine ringförmige Plattenfeder 18
angeordnet, die sich auf einen festen Anschlag ig, der in den Zylinder geschraubt
ist, stützt und die Nockenscheibe i i abwärts drückt, welche dann mit den Teilen
2o ihrer oberen Laufbahn, die in Abb.5 erkennbar sind, über die an dem Schieber
angeordneten Rollen 12 den Schieber in seiner Schließlage federnd auf den Sitz 9
drückt. Um dies zu ermöglichen, befindet sich unter der Nockenscheibe ii ein sehr
geringes Spiel bei 2r. Bei dem folgenden Hub bleibt der Schieber einen Augenblick
axial unbeweglich, während die Nockenscheibe sich abwärts bewegt, um sich auf ihre
untere Fläche zu stützen, wobei das Spiel 2i ausgefüllt wird. Hierauf verläuft alles
weiter so, als ob die Feder i8 nicht vorhanden wäre.
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Die Abb.6 bis 18 stellen eine zweiteilige Ausführung der zur Steuerung
des Ventilschiebers dienenden Nockenscheibe dar, deren Winkelstellung in besonderer,
weiter unten näher erläuterter Weise geregelt wird.
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Wie aus den erwähnten Abbildungen erkennbar, besitzen die beiden Teile
der Noltkenscheibe eine Verzahnung 56, 57. Der untere Teil enthält die untere Kurvenbahn
6o und einen Teil 58, 59 der oberen Bahn, und zwar denjenigen, der der Hebung des
Schiebers entspricht. Der obere Teil der Nockenscheibe enthält die obere Bahn mit
Ausnahme des vorerwähnten Teiles. Beide Stücke greifen ineinander und können unabhängig
voneinander eineWinkelverschiebung in den Grenzen erfahren, welche durch die Abmessungen
der Gleitflächen 61 gegeben sind. Diese gestatten den unbehinderten Übergang der
Rollen in denjenigen Teil 62, 63 der Bahn, der der Zeit entspricht, während der
der Schieber sich auf seinem Sitz befindet. Die Rollen drücken während eines Teils
dieser Bahn nur auf deren halbe Breite (s. Abb. 16, 17, i8). Die Steuerung
bleibt zwangläufig für den Hubteil bis auf das unbedeutende Endstück 59. Demgegenüber
wird in der in Abb. io dargestellten Stellung der Abstieg 65, 66, 67 nur zur Hälfte
gesteuert, d. h. in dem Teil 65, 66, der der Beschleunigungsperiode entspricht.
(Dies ist nicht notwendigerweise genau die Hälfte wie auf den Figuren, sondern es
kann auch in
der Mitte ein Stück gleichförmiger Bewegung liegen.)
In dem Stück 66, 67 setzt der Schieber seine Bewegung vermöge der angenommenen Geschwindigkeit
fort und gelangt auf seinen Sitz. Der hierbei entstehende Stoß wirkt sich wegen
der im Verhältnis zum Gewicht des Schiebers großen Sitzfläche nicht nachteilig aus
und wird außerdem durch das auf dem Sitz befindliche ölpolster gedämpft.
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Die Regelung der Winkelstellung der Nokkenscheiben ist aus der Abb.
ig ersichtlich. Sie geschieht durch die Getriebe 70 und 71, welche als Zahnsegmente
ausgebildet sein können und an den Hohlwellen 75, 76, die konzentrisch zu der Steuerung
72 des Schiebers liegen, befestigt sind. Die Abfederung der Nockenscheibe erfolgt
auch bei der Ausführung nach Abb. ig durch eine Plattenfeder 18, die sich hier jedoch
nicht gegen einen festen Bund, sondern gegen den zur Drehung des Schiebers -dienenden
Zahnkranz 15 stützt, indem sie diesen gegen seine Lauffläche preßt. Eine Feder 73
sorgt für die Abdichtung und hindert das öl, das sich bei 74 befindet und aus denn
Zylinder kommt, durch das Innere der Rohre 75 und 76 zu dem Gehäuse zurückzugelangen.
Dagegen wird das Lager 77 mit reinem C51 geschmiert, das durch die Bohrung 78 unter
Druck zugeführt wird und zu dem Gehäuse zurückkehrt, indem es durch die Nut 79 entweicht.
Die Wellen 72, 75, 76 sind bei 8o, 8i, 82 unterteilt, um die Montage zu ermöglichen.
83 und 84 sind Stopfbüchsen, welche jeden Olverlust verhindern. Die Hohlwellen 85,
86, die eine Verlängerung von 75, 76 bilden, sind mit den Kegelradsegmenten. 87,
88 verbunden, die in die Zahnkränze 89, 9o eingreifen, deren Achse mit der
Achse des Motors zusammenfällt. Auf der Seite des Gehäuses greifen diese beiden
Zahnkränze in zwei kleinere Kegelradsegmente 9i, 92 ein, die außerhalb mit Steuerhebeln
93, 94 verbunden sind, mit denen man die Winkelstel--lung der Kränze 89,
go beliebig regeln kann, und infolgedessen durch 87, 88 usw. die Regelung der Verteilung
aller Zylinder gleichzeitig in demselben Maße geändert wird.
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Die Möglichkeit, auf diese Weise die Regelung bequem zu ändern, bietet
bei Flugmotoren insbesondere folgenden Vorteil.
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Bei Anordnung langer Auspuffrohre an Zweitaktmotoren ist es bekannt,
daß die Spülung nur unter dem Einfluß der Trägheit erfolgt. Infolgedessen muß sich
der Lufteinlaß genau in dem richtigen Augenblick öffnen. Dieser Augenblick ändert
sich aber sehr stark mit der Geschwindigkeit des Motors, seiner Belastung, den Drucken,
Temperaturen und Dichten der Restgase und der umgebenden Luft. Man kann nun auf
Grund der beschriebenen Steuerung den Lufteinlaß stets im gewünschten Augenblick
öffnen und schließen.
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Ferner bietet die veränderliche Regelung nicht nur den Vorteil, daß
die- Spülpumpe fortfallen, sondern daß auch bei einem Vorhandensein einer Spülpumpe
deren Arbeit vermindert werden kann. Auch wird durch die Möglichkeit, den Schließungspunkt
ändern zu können, ein besonderes Mittel zur Füllungsänderung geschaffen.