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Ventillose Verbrennungskraftmaschine mit gegenläufigen, steuernden
Kolben Die vorliegende Erfindung betrifft eine ventillose Verbrennungskraftmaschine
mit gegenläufigen steuernden Kolben, und zwar im besonderen diejenige Bauart solcher
Maschinen, bei welcher der eine der Kolben (Hilfskolben), der den Einlaß steuert,
vier Hübe von ungleicher Größe während der Zeit ausführt, in welcher der andere,
den Auslaß steuernde Kolben (Hauptkolben) zwei Hübe gleicher Größe macht und wobei
der Hilfskolben den Einlaß nicht beim :#,rbeitshub, sondern erst bei seinem nächsten
gleichlaufenden Hub aufdeckt.
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Durch die Erfindung wird bezweckt, derartige Maschinen nicht nur an
sich einfach aufzubauen, sondern insbesondere mit wenigen übersichtlich und leicht
zugänglich angeordneten Elementen eine geeignete Steuerung des Hilfskolbens zu ermöglichen.
Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß der Hilfskolben an dem einen Ende
eines doppelarmigen Hebels sitzt, dessen verstellbare Schwenkachse und dessen freies
Ende mit der Kurbelwelle des Hauptkolbens kraftschlüssig verbunden sind, derart;
daß das freie Ende des doppelarmigen Hebels durch einen Lenker mit einer Kurbel
verbunden ist, die von der Hauptkurbelwelle aus mit verdoppelter Geschwindigkeit
angetrieben wird, während die Schwenkachse des Doppelhebels eine Kurbel bildet,
die mit gleicher Geschwindigkeit wie die Hauptkurbelwelle umläuft.
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In der Zeichnung ist eine beispielsweise Ausführung der Erfindung
veranschaulicht. Abb. i ist ein Schema der Arbeitsweise des Motors.
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Abb. 2 bis 5 zeigen den Kolben und den beweglichen Zylinderkopf in
verschiedenen Stellungen.
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Im Schema der Abb. i stellt die Kurve a einen doppelten Kolbengang
des Kolbens dar und entspricht also einer vollständigen Umdrehung der Kurbelwelle
von o° bis 36o° der Abszissenachse der Kurve. Der obere Totpunkt des Kolbens befindet
sich bei o° bzw. bei 36o°, der untere Totpunkt bei i8o°.
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Die Kurve b stellt die entsprechenden Bewegungen des beweglichen Zylinderkopfes
dar,
welcher, wie aus der Zeichnung ersichtlich, zwei Hinundhergänge ausführt, während
der Kolben nur einen solchen ausführt. Die erste dieser Bewegungen ist von verhältnismäßig
geringer Größe und entspricht ungefähr dem halben Kolbenweg, während die andere
diesen letzteren übertrifft.
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Die an den Stellen c, d, e, f der Abszissenachse eingezeichneten
Ordinaten zeigen besonders interessante Stellungen der Motorbestandteile.
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Endlich zeigt das Schema in seinem oberen Teil die Lage einer Einlaßöffnung
i und' in seinem unteren Teil die Lage einer Auslaßöffnung -2.
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Der erfindungsgemäße Motor arbeitet wie folgt, wenn angenommen wird,
daß Kolben und beweglicher Zylinderkopf sich gemäß den Kurven a und b in
einem mit Ein- und AuslaßöfFnungen i und 2 versehenen Zylinder bewegen.
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Angenommen, der Raum zwischen Kolben und beweglichem Zylinderkopf
sei mit einem stark, verdichteten brennbaren Gemisch von Luft und Gas angefüllt,
so findet die Zündung ungefähr bei c statt, wo die Verdichtung äußerst stark, ist,
da sich der Kolben und der bewegliche Zylinderkopf beinahe berühren. Diese Stelle
befindet sich außerdem etwas über dem oberen Totpunkt des Kolbens, welcher während
einer von e bis d gehenden Expensionszeit durch die Explosion gegen
seinen unteren Totpunkt getrieben wird. Während dieser Zeit bewegt sich der bewegliche
Zylinderkopf in die Höhe und ist je nach der zwischen ihm und dem Kolben gewählten
Verbindung in der Lage, der Kurbelwelle Kraft zu übermitteln.
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Bei der Stelle d angekommen, deckt der Kolben die Auslaßöffnung 2
auf, welche bis zur Stelle e offen bleibt. Der bewegliche Zylinderkopf nähert sich
dann rasch dem Kolben und es findet zwischen d und e eine vollständige Spülung der
Verbrennungsgase statt, was schematisch durch den Pfeil 3 dargestellt ist. Beie
berühren sich Kolben und beweglicher Zylinderkopf beinahe wieder, so daß die im
Zylinder verbleibende Menge der Verbrennungsgase praktisch gleich Null wird. Zwischen
e und f gehen Kolben und beweglicher Zylinderkopf wieder auseinander, und es findet
ein Ansaug-n statt, wobei die angesaugten Gase, wie Durch den Pfeil 4 angedeutet,
durch die nun vom beweglichen Zylinderboden aufgedeckte Einlaßöffnung i eindringen.
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Von f bis e erfolgt dann die als Ausgangspunkt angenommene Verdichtung.
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Es ist zu bemerken, daß, wenn die Auslaßöffnung bei jedem Hinundhergang
des Kolbens aufgedeckt wird, die Einlaßöffnung nur nach zwei Hinundherbewegungen
des be= weglichen Zylinderbodens geöffnet ist, wenn dieser seine größte Bewegung
ausführt und in bezug auf die Kurbelwelle in deren oberen Totpunktlage sich befindet.
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Es ist klar, daß, anstatt den Einlaß und Auslaß durch Aufdecken von
Öffnungen zu steuern, man es ebensogut durch andere bekannte Mittel erreichen könnte,
z. B. mittels einer Gleithülse oder Ventile.
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Es ist andererseits zu bemerken, daß der eben beschriebene Motor einerseits
als Zweitaktmotor arbeitet, da bei jedem Hinundhergang des - Kolbens eine Explosion
stattfindet, daß er aber andererseits den vollständigen Arbeitsgang eines Viertaktmotors
aufweist, d. h. Ansaugen, Verdichten, Expandieren und Auspuffen.
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Die Abb. 2 bis 5 zeigen eine Ausführuhgsart der nötigen zwangsläufigen
Verbindung zwischen den Bewegungen des Kolbens und denjenigen des beweglichen Zylinderbodens.
In diesen Abbildungen ist der Zylinder mit 5, der Kolben mit 6 und der bewegliche
Zylinderboden mit 7 bezeichnet. Nach dem Schema der Abb. i entspricht Abb. 2 der
Stellung c, Abb. 3 der Stellung.d, Abb. q. der Stellung e und Abb. 5 der Stellung
f.
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8 ist die Kurbelwelle, welche durch die Kurbelstange 9 mit dem Kolben
6 verbunden ist und im Sinne des Pfeiles io angetrieben wird.
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Der zum Teil bewegliche Zylinderboden7 ist an einemEnde i i eines
Kipphebels i2befestigt, an dessen anderem Ende 13 eine mit der Kurbelwelle zwangsläufig
verbundene Stange 14 angelenkt ist, die ihm eine schwingende Bewegung erteilt. Diese
Bewegung erfolgt durch die Kurbel 15, welche durch eine Kette 16 so angetrieben
wird, daß sie zwei Umdrehungen ausführt, während die Kurbelstange eine solche ausführt.
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Der Drehzapfen 17 des Kipphebels ist beweglich, da er sich auf einer
durch die Kurbel 15 mittels einer Kette 18 angetriebenen Kurbel befindet,
welche sich aber mit gleicher Geschwindigkeit dreht wie die Kurbelwelle. Infolgedessen
ist der Abstand zwischen Zapfen 17 und Welle 8 veränderlich, wobei die Veränderung
in gleicher Frequenz schwingend stattfindet, wie die Hinundherbewegung des Kolbens
erfolgt.
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Wenn man von der Stellung gemäß Abb. 2 zu der Stellung gemäß Abb.
3 übergeht, d. h. von c nach d des Schemas der Abb. i, so sieht man einerseits,
daß der Kolben 6 sich seinem unteren Totpunkt genähert hat und andererseits, daß
sich die Steuerkurbel der Stange 14 ungefähr in ihrer tiefsten Lage befindet. Der
bewegliche Zylinderboden 7 befindet sich also in der Nähe des oberen Totpunktes,
welcher
im Schema der Abb. i mit ig bezeichnet ist. Dieser Totpunkt
ist nicht der höchste, den der bewegliche Zylinderboden erreichen kann, denn die
Drehbewegung des Zapfens 17 bewirkt, daß dieser sich in diesem Augenblick der Welle
8 nähert.
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Wenn man von der zuletzt beschriebenen Stellung zu derjenigen der
Abb. q. übergeht, d. h. von d nach e des Schemas der Abb. i, so sieht
man, daß der Kolben, nachdem er seinen unteren Totpunkt überschritten hat, sich
wieder nach oben bewegt. Da die Steuerkurbel der Stange 1.4 ungefähr ihre höchste
Stellung einnimmt, so folgt daraus, daß der bewegliche Zylinderboden 7 in seinem
unteren Totpunkt liegt, welcher im Schema der Abb. i mit 2o i)ezeichnet ist und
der tiefstmögliche ist, da sich in diesem Augenblick der Zapfen 17 ungefähr in der-
geringstmöglichen Entfernung von der Welle 8 befindet.
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Geht man von dieser letzten Stellung zu derjenigen gemäß Äbb. 5 über,
d. h. von e nach f des Schemas der Abb. i, so sieht man, daß, während der Kolben
6 ungefähr seinen oberen Totpunkt erreicht, die Steuerkurbel der Stange 14 sich
in der Nähe ihrer tiefsten Stellung befindet und daß infolgedessen der bewegliche
Zylinderboden 7 sich in der Nähe seines oberen Totpunktes befindet, welcher im Schema
der Abb. i mit 21 bezeichnet ist. Dieser obere Totpunkt befindet sich höher als
der Totpunkt ig der Abb. 3, weil der Zapfen 17 sich wieder weiter entfernt von der
Welle 8 befindet, als er es in der vorerwähnten Lage war.
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Wenn man endlich von der Stellung gemäß Abb.5 zu derjenigen gemäß
Abb.2 übergeht, d. h. von f nach c des Schemas der Abb. i, sieht man, daß, nachdem
der Kolben seinen oberen Totpunkt überschritten hat, die Kurbel 15 die Stange 14
vollständig gehoben und so den beweglichen Zylinderboden 7 in eine untere Totpunktlage
gebracht hat, welche im Schema der Abb. i mit 22 bezeichnet ist. Dieser Totpunkt
befindet sich nicht so tief wie der Totpunkt 2o, welcher der Stellung in Abb. q.
entspricht, weil in dieser letzten Stellung der Zapfen 17 in möglichster Nähe der
Welle 8 sich befand, während er in Abb. 2 beinahe in größtmöglicher Entfernung davon
steht.
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Es versteht sich von selbst, daß die in Abb.2 mit einer Kette dargestellte
Verbindung nur eine schematische ist und durch jede andere zweckentsprechende mechanische
Vorrichtung ersetzt werden kann. Es wäre insbesondere möglich, den Zapfen 17 am
Ende eines durch eine Kurbelstange angetriebenen Gestänges vorzusehen, welches mit
der Stange 1.4 des Beispieles sich nach unten bis in die Nähe derKurbelwelle 8 verlängern
würde, wobei diese Stangen durch Zahnräder, welche mit einem direkt von der Treibwelle
angetriebenen Zahnrad in Eingriff stehen,, gesteuert würden. Es ist also nicht nötig,
daß der Zapfen 17 des Kipphebels eine Drehbewegung ausführt, und er kann ebensogut
eine in bezug auf die Zylinderachse parallele oder geneigte Hinundherbewegung ausführen.
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Es sei noch bemerkt, daß beim Übergang von der Stellung 2 in die Stellung
3, d. h. von c nach d des Schemas der Abb. i, der bewegliche Zylinderkopf 7 der
Welle 8 über die Kurbel 15 und die Kette 16 oder ein anderes Verbindungsglied Kraft
übermittelt.