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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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).
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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.
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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.
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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.
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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.