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Steuerung für schnellaufende Zweitaktbrennkraftmaschinen Die vorliegende
Erfindung betrifft eine Rohrschiebersteuerung für schnellaufende Zweitaktbrennkraftmaschinen,
bei welcher zu den Spülluftdurchtrittsöffnungen in der Wandung des Zylinders, gehörend
in den Rohrschieber, zwei Reihen in axialer Richtung einander benachbarte, kranzartig
angeordnete Fenster für den Einlaß vorgesehen sind.
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Bei den bekannten Zweitaktmotoren mit innerhalb des Zylinders angeordnetem
Schieber zur Steuerung des Auslasses tritt häufig der Übelstand auf, daß bei beginnender
Verdichtung das Brennstoffgemisch durch die in ihrer Lage und Größe zwangläufig
festgelegten Durchbrechungen im Schieber zwischen Kolben und Zylinderwand entweicht.
Dieser Übelstand kann einesteils gefährliche Explosionen, andernteils gesundheitliche
Schädigungen der Bedienungsmannschaft im Gefolge haben und bedingt in betriebstechnischer
Beziehung die große Unannehmlichkeit, daß die nach dem Steuerschaubild vorbestimmten
Arbeitszeiten und Füllungen des Motors 'nicht eingehalten werden können. Alle diese
Nachteile treten bei den bekannten Ausführungen auch dann noch auf, wenn sich die
Oberkante des Kolbens schon über den oberen Rand der Spülkänaldurchbrechungen in
der Zylinderwandung hinaus in das Innere des Zylinders bewegt hat.
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Erfindungsgemäß werden diese Nachteile dadurch beseitigt, daß die
Höhen der Fenster und der Stege zwischen axial benachbarten Fensterreihen so bemessen
werden, daß die Stege gleichzeitig mit der Kolbenoberkante die Oberkante des Spülkanals
erreichen. Hierdurch wird der vor dem Kolben befindliche Zylinderraum vom Außenraum
abgeriegelt.
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Im besonderen empfiehlt es sich, bei Anwendung von zwei benachbarten
Fensterreihen im Schieber die Fensterhöhe der oberen Reihe von derjenigen der unteren
Reihe so verschieden zu halten, daß die Stege beim Verdichtungshub zwischen etwa
40 ' Kurbelwellenwinkel früher 'und etwa 7,o' später als die. Kolbenoberkante die
Oberkante der Spülkanäle im Zylinder überstreichen.
Es ist zwar
bereits bekannt, bei Brennkraftmaschinensteuerungen Querstege zwischen den Fenstern
der Wandung des Rohrschiebers vorzusehen. Diese Anordnung geschieht aber zu dem
ganz anderen Zweck, die beiden sogenannten Aufnehmer zu trennen, von denen der eine
als sogenannter Spülluft- und der andere als Überladekanal dienen. Denn beim Vorhandensein
zweier Luftaufnehmer, die dicht übereinander angeordnet sind, ist ein Mittel, um
das Überfließen der Luft vom einen zum anderen Aufnehmer zu verhindern, nötig.
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Bei der Steuerung nach der Erfindung erfüllen die Querstege eine andere
Aufgabe. Bei schnelllaufenden Zweitaktmotoren sind die im Schieberantrieb auftretenden
Beschleunigungen sehr groß, falls die Schieberwegkurv e nicht gemäß der Abb. 6 verhältnismäßig
flach zur Kolbenwegkurve verläuft.
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Da nun einerseits die Spülschlitze, d. h. die Fenster, mit steigender
Drehzahl immer höher werden müssen, und andererseits die Lage der Schieberwegkurve
zur Kolbenwegkurve durch den erforderlichen sogenannten Entspannungszeitquerschnitt
bestimmt ist, so war es bisher nicht möglich, ein Schließen der Spülkanäle durch
die Unterkante der Spülschlitze des Schiebers gleichzeitig mit der Kolbenoberkante
zu erreichen.
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Die Steuerung nach der Erfindung bietet noch den Vorteil, die Spülschlitze
verhältnismäßig hoch und damit die Zylinderfüllung groß und schließlich den Motor
so auszubilden, daß er als Schnelläufer geeignet ist. Diese Vorteile besaß bisher
nur die Außenschiebersteuerung für den Auslaß, die jedoch sehr verwickelte und teuere
Einrichtungen erforderte.
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Die Abbildungen zeigen eine Brennkraftmaschinensteuerung mit den :Merkmalen
der Erfindung. -Abb. Z zeigt einen Längsschnitt durch den Zylinderblock eines Zweitaktmotors
mit Innenschieber; Abb. 2 veranschaulicht die Ansicht von oben auf den Zylinderdeckel;
Abb. 3 stellt den Schnitt durch den Zylinder gemäß der Linie U-U der Abb. z dar;
Abb. q. zeigt ebenfalls einen Schnitt durch den Zylinder gemäß der Linie V-V der
Abb. x; Abb. 5 ist die Darstellung eines an sich bekannten Steuerdiagramms, und
schließlich werden in Abb. 6 mit a bis h einige Betriebsstellungen von Kolben und
Innenschieber mit Bezug auf die Zylinderwandung und die Auslaßschlitze dargestellt.
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An dem Kurbelgehäuse z ist der Motorzylinder 2 angeordnet, beide Teile
bilden ein Stück. Die nicht in den Raum des Kurbelgehäuses ausmündende Öffnung des
Zylinders ist mit einem Deckel 3 abgeschlossen, der mit Hilfe von Kopfschrauben
q. mit dem Zylinder lösbar fest verbunden ist. Die Gewindebolzen der Kopfschrauben
q. greifen in Innengewinde 5 der Zylinderwandung ein. Mit 6 ist eine Aussparung
des Zylinderdeckels bezeichnet, in dessen Bodenteil eine zum Einschrauben einer
Düse für den Brennstoff bestimmte Öffnung 7 vorgesehen ist, welche den Zylinderinnenraum
mit dem freien Außenraum zu verbinden erlaubt. An dem in den Zylinder ragenden Bodenteil
des Deckels 3 ist außen ein Dichtungsring8 vorgesehen, derart, daß er in einer Nut
des Bodenteiles des Deckels liegt.
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9 und ao bezeichnen Kanäle in der Wandung des Zylinders, z. B. zur
Durchleitung von Kühlmittel, wie Wasser o. dgl.
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Ferner sind in der Wandung des Zylinders zwei Durchbrechungen zr und
12 vorgesehen. Die Durchbrechungen zr, die am ganzen Umfang der Zylinderwandung
vorgesehen sind, haben den Zweck, den Zutritt der Luft zum Innenraum des Zylinders
zu ermöglichen. Die Durchbrechungen 12 sind Auslaßöffnungen, durch welche die Abgase
sowie gegebenenfalls auch Spülluft aus dem Innenraum des Zylinders abgeführt werden
können.
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Im Zylinder 2 ist axial bewegbar ein Tauchkolben 13 angeordnet, dessen
dem Deckel des Zylinders zugewandter Boden mit 1q. bezeichnet ist. Die äußere Randkante
dieses Bodens trägt die Bezeichnung 15. Am äußeren Umfang des Bodens ist eine Nut
vorgesehen, in der ein Dichtungsring 16 angeordnet ist. Der für die Kurbelstange
bestimmte Gelenkzapfen des Tauchkolbens hat die Bezeichnung 17. Die Kolbenstange
selbst ist mit 18 bezeichnet und an ihrem anderen Ende an einem Kurbelzapfen z9
angelenkt, der auf einem Kurbelarm 2o befestigt ist, der um eine Achse 2i gedreht
werden kann. Diese Achse 21 gehört auch zu der @Vel_1e, die durch den Motor in Drehung
versetzt wird.
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Die Achse 21 bildet auch die Mittelachse eines Triebrades 22, das
mit einem weiteren Triebrad 23 zwangläufig in Eingriff steht, das seinerseits mit
einem dritten Triebrad 24 ebenfalls zwangläufig zusammenwirkt. Um die Achse 25 dieses
Triebrades 24 ist ein Zapfen 27 exzentrisch bewegbar, der von der Hülse 28 eines
Armes 29 umfaßt wird, der über einen Gelenkbolzen 30 an einer Nase 31 des Innenschiebers
32 angreift.
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Mit Hilfe des eben beschriebenen Triebwerkes zwischen Tauchkolben
13, 14 und Innenschieber 32 sind die beiden Organe bezüglich ihrer axialen Bewegungen
zwangläüfigmiteinanderverbunden, wobei die Bewegungsgeschwindigkeiten aus bestimmten,
weiter unten dargelegten Gründen verschiedene sind.
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Der Innenschieber 32 ist zwischen dem Tauchkolben 13 und dem Zylinder
2 axial verschiebbar gelagert und mit Durchbrechungen 33 (vgl. auch Abb. 3) ausgestattet,
die vor den Au:Aaßöffnungen
12 bewegbar sind. Zwischen den einzelnen
Auslaßöffnungen 33 in der Wandung des Innenschiebers sind axiale Stege 34 vorgesehen
(vgl. wieder Abb. 3). Die die Öffnungen 33 begrenzenden Flächen der Stege 34 verlaufen
zweckmäßigerweise radial.
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In der Wandung des hülsenförmigen Innenschiebers sind noch weitere
Durchbrechungen 35 und 37 in derZone vorgesehen, in der auch die Einlaßöffnungen
ix zur Einführung von Spülluft in der Wandung des Zylinders :z angeordnet sind (vgl.
auch Abb. 4). I5ie Durchtrittsöffnungen 35 und 37 ebenso wie die Kanäle ii sind
mit ihren Längsachsen etwa tangential zu konzentrisch -um die Zylinderachse angeordneten
Zylindern gerichtet. Die Gruppe der Öffnungen 35 ist in axialer Richtung von der
Gruppe der Öffnungen 37 durch Querstege 36 getrennt. Je zwei axial in der gleichen
Richtung liegende Öffnungen 35, 37 sind von der am @ Umfang benachbarten Gruppe
_35, 37 durch axial -verlaufende Stege 38 getrennt (vgl. Abb. i).
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Der Innenraum des Schiebers 32 ist mit 39 bezeichnet. Zur Führung
des Schiebers ist noch zwischen dem vorspringenden Boden des Dekkels 3 und der diesem
gegenüberliegenden Zylinderwandung ein Ringschlitz 40 vorgesehen.
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Im Schaubild der Abb. 5 bedeuten 0. T. obere Totpunktlage, U. T. untere
Totpunktlage. BeiA werden der Auslaß, bei B der Einlaß geöffnet, bei C werden der
Auslaß und bei D der Einlaß wieder geschlossen.
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Die bisher beschriebenen rein baulichen Maßnahmen sind bekannt und
gehören nicht zum Gegenstand der Erfindung.
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Neu und daher unter Schutz sollen gestellt werden, das nachfolgend
beschriebene, durch die besonderen Abmessungen und Anordnung der Öffnungen am Rohrschieber
und der Kanäle im Zylinder bedingte Zusammenwirken der Kolbenoberkante 15 mit dem
Steg 36 und den Öffnungen im Schieber 35 und 37 mit denen im Zylinder il.
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Die in Abb.6 verwendeten Bezugszeichen entsprechen den bei den übrigen
Abbildungen benutzten Zeichen; hinzu kommen noch die Bezugszeichen i2" und 12',
welche die, obere bzw. die untere Kante des Auslaßkanals mit der Höhe F bezeichnen.
Ferner sind in Abb. 6 noch die Bezugszeichen ii" und ii' enthalten, welche die obere
bzw. untere Kante des Einlaß- (Spül-) Kanals mit der HöheE bezeichnen. Der Abstand
zwischen Unterkante des Auslaßkanals 12 und der Oberkante des Einlaß- (Spül-) Kanals
ii trägt die Bezeichnung L. Schließlich bedeutet noch 41 die Kurve des Kolbenweges,
während 42 die Kurve des Schieberweges bezeichnet.
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Bei der Betriebsstellung nach Abb. 6ä ist der Auslaßkanal 12 durch
den Innenschieber 32 vollständig abgesperrt. Die obere Kolbenkante 15 steht oberhalb
der Durchbrechung 35 in der Wandung des Innenschiebers 32. Diese Betriebsstellung
entspricht dem Punkt A im Diagramm der Abb. 5 (Beginn der Öffnung des Auslasses
12).
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Zu Punkt B (Beginn der Öffnung des Einlasses il durch den Kolben)
gehört die Betriebsstellung nach Abb. 6b. Bei dieser Betriebsstellung beginnt
die Öffnung des Einlasses, während der Schieber den Auslaß möglichst schon ganz
geöffnet haben soll. Die Oberkante des Schiebers 32 schließt mit der Unterkante
12' des Auslaßkanals und die Kolbenoberkante 15 schließt mit der Oberkante ii" des
Einlaßkanals ii ab. Zugleich schließen auch die Unterkante der Durchtrittsöffnung
37 in der Wandung des Zylinders 32 mit der Unterkante ii' des Einlasses ab. Da,
wie eben erwähnt, die Öffnung des Einlasses gerade dann beginnen soll, wenn der
Schieber den Auslaß ganz geöffnet hat, wird durch diese für den - Motor notwendige
Bedingung die Länge L zwischen den Schieberwandfenstern festgelegt.
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Ferner gilt, daß die Höhe F des Auslaßkanals 12 kleiner ist als die
Höhe-E des Einlaß-(Spül-) Kanals ii. Diese Beziehung wird durch Vergleich der Abb.3
und 4 erklärlich. In Abb.3 wird ein Schnitt durch die Auslaßkanäle, in Abb. 4 ein
Schnitt durch die Einlaßkanäle wiedergegeben. Aus Abb.4 geht nun hervor, daß die
Breite der Einlaßkanäle 35 kleiner ist als die entsprechende Breite der Auslaßkanäle
33 (Abb. 3). Diese Breite der Einlaßkanäle 35 muß deshalb- kleiner sein, weil nur
dann eine wirklich gute und ausreichende Durchströmspülung erreicht wird, wenn die
Breite der Einlaßkanäle verhältnismäßig schmal gewählt wird. Damit nun aber trotz
der schmaleren Einlaßkanäle die Einführung von Luft genügend lange Zeit vonstatten
gehen kann, müssen die Einlaßkanäle in axialer Richtung des Zylinders höher sein
als die Auslaßkanäle, um eben den erforderlichen sogenannten Zeitquerschnitt zu
gewährleisten.
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Aus diesen Gründen ist also die Höhe E der Einlaßkanalöffnungen größer
als die Höhe F der Auslaßkanalöffnungen.
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Die beiden Betriebsstellungen c, d der Abb. 6 zeigen im weiteren Verlauf
der Kolben- und Schieberbewegungen die Annäherung c und Erreichung d der vollständigen
Öffnung der Einlaßkanäle ii, während welcher Zeit auch die Auslaßkanäle voll geöffnet
sind. Zugleich befindet sich bei der Betriebsstellung d der Kolben 13, 14 in seiner
unteren Totpunktlage.
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Irrun soll gemäß dem Steuerdiagramm der Abb. 5, Punkt C, der Auslaß
wieder geschlossen werden, was durch Betriebsstellung e der Abb. 6 veranschaulicht
wird.
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Bei der nächsten Betriebsstellung 6f, bei welcher entsprechend
Punkt D in Abb. 5 der
Einlaß geschlossen werden soll, kann nun das
Einlaßfenster 35, 37 mit seiner Unterkante (Unterkante von 37) noch nicht an der
Oberkante ii" des Einlaßkanals ii stehen, trotzdem sich der Schieber 32 gemäß seiner
Wegkurve 42 (vgl. f in Abb. 6) inzwischen etwas weiter bewegt hat. Denn die Entfernung
L + E von Unterkante 12' der Auslaßöffnungen i2 bis zur Unterkante des Fensters
37 der Einlaßöffnungen ii in der Schieberwandung ist größer als die Länge L -f-
F von Oberkante 12" des Auslaßkanals 12 bis Oberkante ix" des Einlaßkanals il im
Zylinder 2, und zwar weil E größer als F ist, wie es oben begründet wurde.
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Wenn also bei den Betriebsstellungen 6e bis 6 f der gemäß der Erfindung
anzuordnende Quersteg 36 zwischen den Durchbrechungen 35 und 37 in der Schieberwandung
nicht vorhanden wäre, so würde der durch den Kolben 13, 14 im Raum 39 komprimierte
Brennstoff durch den Weg nach außen entweichen, der um die Vorderkante 15 des Kolbens
herum durch die Durchbrechung 35 bzw. auch 37 zum Auslaßkanal ii gegeben ist.
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Um diesen unerwünschten Weg für den Brennstoff abzuschneiden, werden
nach der Erfindung in den Durchbrechungen der Schieberwandung für die Einlaßkanäle
Querstege angeordnet, und zwar vorzugsweise derart, daß entsprechend der Betriebsstellung
6 f die Vorderkante 15 des Kolbens gleichzeitig mit dem Quersteg 36 an der Oberkante
ii" des Einlaßkanals abschließt. Durch die Anordnung der Querstege 36 nach der Erfindung
wird also stets eine richtige Zylinderfüllung gewährleistet.
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Die beiden Betriebsstellungen 6g und 67a veranschaulichen Stellungen,
bei welchen sowohl die Einlaß- als auch die Auslaßöffnungen vollkommen abgesperrt
sind.