DE654058C - Kolbenschiebersteuerung fuer Brennkraftmaschinen - Google Patents

Kolbenschiebersteuerung fuer Brennkraftmaschinen

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DE654058C
DE654058C DEK139236D DEK0139236D DE654058C DE 654058 C DE654058 C DE 654058C DE K139236 D DEK139236 D DE K139236D DE K0139236 D DEK0139236 D DE K0139236D DE 654058 C DE654058 C DE 654058C
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DE
Germany
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slide
control
piston
cylinder
internal combustion
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Expired
Application number
DEK139236D
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English (en)
Inventor
Fritz Ernst
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Fried Krupp Germaniawerft AG
Original Assignee
Fried Krupp Germaniawerft AG
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Publication date
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Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01LCYCLICALLY OPERATING VALVES FOR MACHINES OR ENGINES
    • F01L5/00Slide valve-gear or valve-arrangements
    • F01L5/04Slide valve-gear or valve-arrangements with cylindrical, sleeve, or part-annularly shaped valves
    • F01L5/045Piston-type or cylinder-type valves arranged above the piston and coaxial with the cylinder axis

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Valve Device For Special Equipments (AREA)

Description

  • Kolbenschiebersteuerung für Brennkraftmaschinen Die Erfindung bezieht sich auf solche Brennkraftmaschinen, bei denen Einlaß- oder Auslaßschl@itze durch einen im Zylinderkopf angeordneten Schieber gesteuert werden. Bei solchen Maschinen hat sich der Übelstand gezeigt, daß die während der Verbrennung (bzw. Explosion) im Arbeitszylinder auftretenden hohen Drücke vom Steuerungsantrieb des Schiebers aufgenommen werden müssen.
  • Es ist nun schon der Vorschlag gemacht und in mehrfacher Weise auch gelöst worden, diese hohen Drücke von dem eigentlichen Antrieb (Nocken oder Kurbel) durch irgendwelche Verriegelungen (Kurbelschleife oder Kniehebel) vorübergehend abzuhalten. Bei allen derartigen bekannten Bauarten werden aber immer noch Teile des Steuerungsantriebes, mindestens z. B. der unmittelbar am Schieber angreifende Lenker und dessen Lagerstellen, durch den Zylinderdruck beansprucht, wenn der Schieber in seiner inneren T otpunktlage gegen eine Verschiebung nach außen verriegelt wird.
  • Bei einer weiteren bekannten Ausführung wird der Hub des Schiebers nach Abschluß der Schlitze dadurch begrenzt, daß der Schieber sich in seinem oberen Totpunkt unmittelbar gegen den Zylinderkopf abstützt. In diesem Falle steuert der Schieber die Schlitze mit seiner äußeren Kante; er muß also durchgehende Bohrungen von ausreichendem Querschnitt besitzen, um überhaupt eine Verbindung zwischen den im geöffneten Zustande über ihm ausmündenden Schlitzen und dem unter ihm liegenden Hauptteil des Zylinderraumes herzustellen. Damit wird die aus Gründen einer guten Spülwirkung und eines vorteilhaften Verbrennungsvorganges anzustrebende Einheitlichkeit des Zylinderraumes vollkommen zerstört.
  • Die vorliegende Erfindung bezweckt nun, demgegenüber eine Kolbenschiebersteuerung zu schaffen, bei der die Zylindereinlaß- oder -auslaßschlitze in an sich bekannter Weise durch die innere Steuerkante eines im Zylinderkopf angeordneten, durch einen Nocken-oder Kurbelantrieb über ein Hebelgestänge bewegten Kolbenschiebers gesteuert werden, wobei aber dieser Schieber in seiner inneren Totpunktlage gegen eine Verschiebung nach außen so verriegelt wird, daß kein einziger Teil seines Steuerungsantriebes von den Zylinderdrücken beansprucht wird. Die Erfindung besteht darin, daß am Kolbenschieber oder am Zylinder, getrennt von den die Hubbewegung, des Schiebers bewirkenden äußeren Steuerungsteilen (Nocken oder Kurbel nebst Hebelgestänge), eine Verriegelungsvorrichtun:g vorgesehen ist, die den Schieber während der Dauer der Verriegeluxig im inneren Totpunkt unter Verrneidung-jeder. Belastung und Beanspruchung des für.die Hubbewegung dienenden Steuergestänges und seiner Lagerstellen abstützt und den von ihr aufgenommenen Zylinderinnendruck unmittelbar auf ein am Arbeitszylinder befindliches Wideriager überträgt.
  • Eine nach der Erfindung ausgebildete Zweitakt-Dieselmaschine mit Längsspülung ist auf der Zeichnung in zwei Ausführungsbeispielen dargestellt. Abb. i zeigt das erste Ausführungsbeispiel im Längsschnitt durch den Arbeitszylinder und Abb.2 die dazugehörige Ansicht von oben. Abb. 3 veranschaulicht in einer der Abb. i entsprechenden Darstellung ein zweites Ausführungsbeispiel.
  • Die in den Zylinderblock a, eingesetzte Laufbuchse b enthält in ihrem unteren Teil Spülluft-Einlaßschlitze c und in ihrem oberen Teil Auslaßschlitze d. - Die Einlaßschlitze werden durch den Arbeitskolben e und die Auslaßschlitze durch einen Kolbenschieber f gesteuert, der den gleichen Durchmesser besitzt wie der Arbeitskolben. Die Brennstoffeinspritzdüse g befindet sich seitlich in der Zylinderwand in Höhe des durch den Arbeitskolben und den Kolbenschieber gebildeten Verbrennungsraumes h.
  • Der Kolbenschieber f wird von einer Nockenwellei aus über einen zweiarmigen, gegabelten Hebel k und einen im Steuerkolben kugelig gelagerten Lenker n-a angetrieben. Zum Zwecke der Verriegelung besitzt der Kolbenschieber am oberen Ende eine Anzahl auf den Umfang gleichmäßig verteilter Zähne n, die mit entsprechenden, am Zylinderaufsatz p angeordneten Gegenzähnen o als Riegelglieder nach Art eines Renkverschlusses zusammenarbeiten.
  • Die für die Verriegelung und Entriegelung notwendige Verdrehung des Kolbenschiebers wird durch zwei zu beiden Seiten des Hubnockens q auf der Nockenwelle i angeordnete Nocken r1, y=, die um i8o° zueinander versetzt sind, über zwei Lenker s1, s' bewirkt.
  • Die Wirkungsweise der beschriebenen Zweitaktmaschine ist folgende: - Nach dem Einspritzen des Brennstoffes in den Arbeitszylinder, das etwas vor dem in Abb. i dargestellten oberen Kolbentotpunkt begonnen hat, erfolgt die Ausdehnung der Verbrennungsgase beim Abwärtshub des Arbeitskolbens e. Kurz bevor dieser die Einlaßschlitze c_ freigibt, werden die Auslaßschlitze d durch den Kolbenschieber f geöffnet. Die Auslaßschlitze werden nach beendeter Ausspülung des Zylinders wieder geschlossen, während die Einlaßschlitze noch geöffnet bleiben. Nach dem nunmehr erfolgenden Aufladen beginnt die Verdichtung der Frischluft.
  • Während des Verdichtungshubes des Ar-"beitskolbens und vor allem beim anschließenden Verbrennungsvorgäng und im ersten Teil der Ausdehnung der Verbrennungsgase hat die Stirnfläche des Kolbenschiebers, der hier die =Aufgabe des Zylinderdeckels versieht, einen sehr starken Druck auszuhalten, der in dein vorliegenden Ausführungsbeispiel gleich dem auf die Stirnfläche des Arbeitskolbens wirkenden Druck ist. Um diesen Druck auf-` zunehmen, wird .gemäß der Erfindung der Kolbenschieber nach Abschlub der Auslaßschlitze, also kurz bevor der Verdichtungsvorgang einsetzt, mittels der Nocken r1, r= über die Lenker s1, s= so weit verdreht, daß seine Zähne ia von den Gegenzähnen o am Zylinderaufsatz p ganz überdeckt werden. In dieser Verriegeungsstellung stützt sich der durch den Zylinderdruck belastete Kolbenschieber f unmittelbar gegen den am Zylinderblock a befestigten Aufsatz p ab. Der Kraftfluß geht also nur durch feststehende Teile der Brennkraftmaschine, während der ganze Antrieb des Kolbenschiebers einschließlich des am Kolbenschieber unmittelbar angreifenden Lenkers na und dessen Lagerstellen während der Dauer der Verriegelung von den hohen Zylinderdrücken vollkommen entlastet ist.
  • Bevor die Auslaßschl.itze d wieder geöffnet werden, wird der Kolbenschieber in seine erste Stellung zurückgedreht, in der die Zähne n beim Hub des Kolbenschiebers mit ausreichendem Spiel zwischen den Gegenzähnen o hindurchtreten können (vgl. Abb. 2).
  • Der Antrieb des Kolbenschiebers ist so eingerichtet, daß das Verriegeln und Entriegeln desselben mit einem verhältnismäßig geringen Kraftaufwand erfolgen kann. Das wird dadurch erreicht, daß der Hubnocken q den Kolbenschieber.beim Abwärtshub, d. h. also vor der Verriegelung, so weit nach unten führt, daß in seinem unteren Totpunkt zwischen den, Zähnen n und den Gegenzähnen o etwas Spiel verbleibt.- In dieser Lage wird der Kolbenschieber reibungslos in die Verriegelungsstellung gedreht. Im weiteren Verlauf tritt dann das Nockenpröfil etwas zurück, so daß die Zähne x des Kolbenschiebers unter der Einwirkung des während der Verdichtung steigenden Zylinderdruckes an den Gegenzähnen o zum Anliegen kommen. Beim Entriegeln geht der Vorgang umgekehrt vor sich, indem das Nockenprofil den Kolbenschieber gegen den im letzten Teil der Ausdehnung der Verbrennungsgase nur noch verhältnismäßig geringen Zylinderdruck um eine kleinere Strecke abwärts bewegt, um auch dabei wieder etwas Spiel zwischen den Zähnen n und den Gegenständen o zu erhalten, bevor der Kolbenschieber um den gleichen Winkel zurückgedreht wird.
  • Während bei der oben beschriebenen Ausführungsform der ganze Kolbenschieber verdreht werden muß, findet bei der zweiten Ausführungsform nach Abb. 3 die Verriegelung des Kolbenschiebers f mittels eines verdrehbaren Ringes. t statt, wobei in der Blei= chen Weise wie beim ersten Ausführungsbeispiel Gegenzähne o, die hier an dein Ring t angeordnet sind, mit den Zähnen n des Kolbenschiebers f als Riegelglieder in und außer Eingriff gebracht werden. Das Verdrehen des Ringes t erfolgt hierbei statt durch Lenker s1, s= durch zwei Zahnstangen u l, u@, die durch -zwei den Nocken r1, y' -' der ersten Ausführungsform entsprechende Nocken auf der Welle i betätigt werden und mit zwei, am Ring t vorgesehenen Zahnsegmenten v1, v- in Eingriff stehen. In der Verriegelungsstellung des Kolbenschiebers stützt sich der Ring t unter dem auf den Kolbenschieber einwirkenden Zylinderdruck gegen den mit dem Arbeitszylinder fest verbundenen und entsprechend ausgebildeten Aufsatz p ab.
  • Bei dieser Ausführungsform werden die von der Nockenwelle i aufzubringenden Beschleunigungskräfte für das Verriegeln des Kolbenschiebers kleiner als bei dem zuerst beschriebenen Beispiel, da der zu verdrehende Ringt eine wesentlich geringere Masse besitzt als der Kolbenschieber f. Dieser Vorteil wirkt sich besonders günstig bei großen :Maschinen aus, bei denen der Kolbenschieber entsprechend schwer ausfällt.
  • Die Erfindung umfaßt auch solche Zweitaktmaschinen, bei denen die Längsspülung in umgekehrter Weise erfolgt, bei denen also der im Zylinderkopf angeordnete Kolbenschieber die Einlaßschlitze und der Arbeitskolben die Auslaßschl,itze steuert. Ferner ist statt eines Kolbenschiebers auch eine 'tingförmige Ausbildung des Steuerschiebers mit einem festen mittleren Einsatz möglich, um ein zentrales Einspritzen des Brennstoffes von oben durchführen zu können. Und schließlich kann die Erfindung auch 'bei Viertaktmaschinen mit schiebergesteuerten Ein- oder Auslaßschlitzen mit den gleichen Vorteilen verwendet werden.

Claims (1)

  1. PATENTANSPRLCFTE: i. Kolbenschiebersteuerung für Brennkraftmaschinen, bei der die Zylindereinlaß- oder -auslaßschlitze durch die innere Steuerkante eines im Zylinderkopf angeordneten, durch einen Nocken- oder Kurbelantrieb über ein Hebelgestänge bewegten Kolbenschiebers gesteuert werden und dieser Schieber in seiner inneren Totpunktlage gegen eine Verschiebung nach außen verriegelt wird, dadurch gekennzeichnet, daß am Kolbenschieber oder am Zylinder, getrennt von den die Hubbewegung des Schiebers bewirkenden äußeren Steuerungsteilen (Nocken oder Kurbel nebst Hebelgestänge), eine Verriegelungsvorrichtung vorgesehen ist, die den Schieber während der Dauer der Verriegelung im inneren Totpunkt unter Vermeidung jeder Belastung und Beanspruchung des für die Hubbewegung dienenden Steuerhebelgestänges und seiner Lagerstellen abstützt und den von ihr aufgenommenen Zylinderinnendruck unmittelbar auf ein am Arbeitszylinder befindliches Widerlager überträgt. a. Kolbenschiebersteuerung für Brennkraftmaschinen nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerschieber (f) Zähne (ya) und der in der Verriegelungsstellung des Steuerschiellers das feste Widerlager bildende Bauteil des Arbeitszylinders entsprechende Gegenzähne (o) trägt, und daß der Steuerschieber durch Verdrehen des einen Teiles gegenüber dem anderen nach Art eines Renkv erschlusses verriegelt und entriegelt wird (_,#£bb. i und z, Abb. 3). 3. Kolbenschiebersteuerung für Brennkraftmaschinen nach den Ansprüchen i und z, bei welcher der. Steüerschieber durch Verdrehen des festen Widerlagers am Arbeitszylinder verriegelt und entriegelt wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Widerlager aus - einem am Arbeitszylinder oder einem mit diesem fest verbundenen Bauteil drehbar gelagerten Zahnring (t) von verhältnismäßig geringer Masse besteht (Abb. 3). 4. Kolbenschiebersteuerung für Brennkraftmaschinen nach den Ansprüchen i, a und 3, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erleichterung der Verriegelung und Entriegelung Mittel vorgesehen sind, die vor Beginn der zugehörigen Steuerbewegungen die Riegelglieder voneinander abheben und zwischen ihre Anlageflächen etwas Spiel bringen. Kolbenschiebersteuerung für Brennkraftmaschinen nach den Ansprüchen z und 3, bei welcher die Hubbewegung des Steuerschiebers durch einen Antriebsnocken bewirkt wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Profil dieses Hub= nockens (q) so ausgebildet ist, daß die Stützflanke des Steuerschiebers (f) während der Dauer der für das Verriegeln und Entriegeln erforderlichen Relativbewegung der Riegelglieder in einem geringen Abstand von der Stützflanke seines Widerlagers gehalten wird und nach beendeter Verriegelungsbewegung sich unter der Wirkung des Zylinderdruckes bis zum Anliegen gegen das Widerlager aufwärts bewegt, während er nach beendeter Entriegelungsbeweaaung seinen Aufwärtshub unter dem Zusammenwirken des Nockenprofils und des noch vorhandenen Überdruckes der sich ausdehnenden Verbrennungsgase- ausführt.
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