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Mit stark unterschiedlichen Drehzahlen arbeitende, ventilgesteuerte
Viertaktbrennkraftmaschine Die Erfindung bezieht sich auf mit Ladegebläsen versehene
Einspritzbrennkraftmaschinen, deren Brennräume zwischen zwei Arbeitstakten durchgespült
werden und bei welchen durch Verwendung besonders gestalteter einstellbarer Lufteinlaßglieder
zur Unterstützung der Gemischbildung eine Luftbewegung um die Zylinderachse erzeugt
wird.
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Bei Einspritzbrennkraftmaschinen ist es bekannt, durch besondere Formgebung
der Einlaßkanäle oder der Einlaßventile die Luft ungefähr in Umfangsrichtung in
den Zylinder eintreten zu lassen, um so eine Luftdrehung um die Zylinderachse zu
erzeugen, welche dann am Ende des Verdichtungshubes zur Erreichung einer guten Gemischbildung
ausgenutzt wird. Es wurde auch schon vorgeschlagen, die Mittel zur Richtung der
Luft verstellbar zu machen,' damit auf dem Prüfstand die günstigste Einstellung,
z. B. entsprechend der "Anzahl der Brennstoffstrahlen, gewählt werden kann.
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Mit der stetigen Steigerung der Höchstdrehzahlen wird es aber schwierig,
für Maschinen, welche über den ganzen Drehzahlbereich ein gutes Drehmoment haben
müssen, einwandfrei eine solche Einstellung zu finden, weil die Motordrehzahl und
die für die Verbrennung - maßgebenden Größen, wie Luftdrehgeschwindi.gkeit, Einspritzdauer,
Zündverzug und Geschwindigkeit des Verbrennüngsablaüfs, sich nicht proportional
ändern. Die Luftdrehgeschwindigkeit und gegebenenfalls noch die Einspritzdauer ändern
sich zwar gleichsinnig, im günstigsten Falle ungefähr proportional mit der Motordrehzahl.
Die anderen Größen verändern sich aber wenig. Hieraus läßt sich ohne weiteres die
übrigens
durch Versuche belegte Tatsache ersehen, daß bei diesen Maschinen bei einer mittleren
Einstellung der Luftrichtorgane die Wirbelgeschwindigkeit ganz allgemein im oberen
Drehzahlbereich gegenüber der für beste Rauchgrenzenleistung günstigsten Drehgeschwindigkeit
zu groß und im unteren Drehzahlbereich zu klein ist. Alle diese L'nstimmigkeiten
äußern sich um so stärker, je
größer der ausgenutzte Drehzahlbereich der betreffenden
'Maschine ist.
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Bei anderen Maschinengattungen, welche auch eine Luftdrehbewegung
zur Brennstoffaufbereitung verwenden, wurde schon vorgeschlagen, die Intensität
dieser Luftdrehbewegun- durch einstellbare Glieder selbsttätig in Abhängigkeit der
llotordrelizalll z:-, regeln.
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Bei Einspritzbrennkraftmas.chinen, welche eine Luftbewegung um die
Zylinderachse durch besondere Gestaltung der Lufteinlaßorgane erzeugen, kann diese
Maßnahme zum `feil auch Vorteile bringen. Bei der besorideren Gattung der Maschine,
auf die sich die Erfindung bezieht, wird aber auf diese Weise keine befriedigende
Lösung erreicht. Bei diesen Maschinen finit einer Spülperiode zwischen zwei Arbeitstakten
stellt sich die Luftgeschwindigkeit während der Durchspülung unabhängig von der
'.#lotordrelizalil entsprechend der Aufladedruckhöhe ein. Hierdurch erhält der Aufladedruck
einen wesentlichen Einfluß auf die am Schluß vorhandene Wirbelgeschwindigkeit.
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.\ach der Erfindung sind diese Schwierigkeiten dadurch überwunden,
daß die Einlaßschirmventile selbsttätig in Abhängigkeit vom Laderdruck je mit Bezug
auf ihre Luftzuführungsleitung so einstellbar sind, daß sie bei steigendem Ladedruck
am Gebläse im Sinne abnehmender Luftdrehgeschwin.digkeit beeinflußt werden. Bei
Befolgung dieser Regel ist bei allen möglichen Betriebszuständen dieser Maschinen
die günstigste Wirbelung selbsttätig gewährleistet.
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Um zur Vereinfachung der Bauart alle Ventile des Zylinderblocks an
eine gemeinsame, in Abhängigkeit vom Ladedruck am Gebläse verstellte Regelstange
anschließen zu können, sind erfindungsgemäß die Ventilschäfte mittels Hebel unter
Zwischenschaltung nachgiebiger Glieder, vorzugsweise Blattfedern, an die Regelstange
angeschlossen. Die jeweils geöffneten Ventile werden dann verdreht, während sich
die zu den jeweils geschlossenen Ventilen gehörigen Blattfedern nur durchbiegen.
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Die besonderen federnden Zwischenglieder können dadurch in Fortfall
gebracht werden, daß die Ventilschließfedern selbst an deren Stelle treten. Da der
zur Regelung zur Verfügung stehende Aufladedruck gewöhnlich nur einige zehntel Atmosphären
beträgt, erfolgt vorteilhaft die Verstellung der Regelstange mittel eines Hilfsmotors.
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Auf der Zeichnung sind zwei verschiedene Ausführungsformen der Regelungsvorrichtung
nach der Erfindung dargestellt.
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Fig. i veranschaulicht im teilweise im Schnitt gezeichneten Grundriß
einen Teil des Zylinderkopfes einer ventilgesteuerten \-iertaktreihenniaschine mit
einer Ausfiihrungsform der Vorrichtung zur selbsttätigen Einstellung der Lufteinlaßscliiiniventil-
in Abhängigkeit vom Aufladedruck.
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Fig. 2 stellt eine besondere Ausführungsform eines einstellbaren Lufteinlaßschirmventils
im senkrechten Schnitt nach der Liiiie A-B der Fig. 3 dar.
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Fi.g.3 veranschaulicht das Ventil nach Fig.2 im waagerechten Schnitt
nach der Linie C-D der Fig. 2.
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Bei der Viertaktreihenbrennkraftrnaschine nach Fig. i sind im Zylinderkopf
i die zu den Zylindern 2, 3 gehörenden Lufteinlaßventile d, 5 mit den die Luft richtenden
Schirmen (1, 7 sowie die Auslaß,ventile 8, 9 angeordnet. An den Spindeln i o, i
i der Einlaßventile .i, 5 sind Hebel 12, 13 angebracht, mit deren Hilfe die genannten
Ventile gedreht «-erden können. An den Hebeln 12, 13 sind Gabeln 1.4, 15 befestigt,
deren Zinken Zapfen 16, 1; umgreifen. Diese Zapfen sind an einer allen Zylindern
gemeinsamen Regelstange 18 angeordnet. Da die Ventile .4, 5 nur in geöffneter Stellung
gedreht werden können und niemals alle Ventile gleichzeitig geöffnet sind, sind
die Zinken der Gabeln 1d., 15 durch Blattfedern gebildet. Wird die Regelstange 18
verschoben, so nimmt der betreffende Zapfen 16 oder 17 die zugehörige Gabel 1.1
oder 15 mit, so daß das entsprechende Ventil gedreht wird, während der betreffende
Zinken einer zu einem geschlossenen Ventil gehörigen Gabel lediglich durcll;;ebo=
gen wird.
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In einem an dem Zylinderkopf i angeordrieten Zylinder 31 (Fig. i)
ist der an der linken Seite durch eine-Feder 32 belastete Hilfsmotorkolben 33 bewegbar,
der an beiden Seiten rohrförmige Kolbenstangenansätze 34 und 35 trägt. Der Kolbenstangenansatz
35 ist mit einer durchlaufenden axialen Bohrung 36 versehen. In einer axialen Bohrung
3; des Ansatzes 3.1 ist die Regelstange i8 mittels eines Stiftes 38 befestigt. Der
längere Kolbenstangenansatz 35 ist in einem gleichachsig zum Hilf smotorzylinder
31 angeordneten Regelzylinder 39 verschiebbar. In der Bohrung 36 des Ansatzes 35
ist ein Regelkolbenschieber d.o 'verschiebbar. Dieser Kolbenschieber hat zwei genau
in die Bohrung 36 des An-
Satzes 35 passende Verdickungen 41 und
42, die durch einen dünneren, stangenartigen Teil .13 miteinander verbunden sind.
Die Verdickung 41 ist voll ausgebildet und steuert mit ihren Kanten 44 und 44' Längsschlitze
45, die in dem Ansatz 35 vorgesehen. sind. Die Verdickung 42 dient nur als Führung
und weist an ihrer Oberfläche Längsrillen 46 auf, welche ein Vorbeiströmen der zum
Betrieb der Regelvorrichtung dienenden Aufladeluft gestatten.
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Der Kolbenschieber 4o ist mit einem zapfenartigen. Ansatz 47 versehen,
der in die Bohrung 37 des Ansatzes 34 hineinragt und an seinem freien Ende einen
Querstift 48 trägt. Dieser Querstift greift .durch Längsschlitze 49, die in dem
Kolbenstan.genansatz 34 vorgesehen sind. Auf dem Kolbenstangenansatz 34 ist ein
Teller 5o verschiebbar. In dem die oben beschriebene Feder 32 enthaltenden Raum
51 links vom Hilfsmotorkolben 33 iss ferner eine Regelfeder 52 angeordnet, welche
den Teller 5o gegen den Querstift 48 zu driil;-ken sucht. Der Kolbenschieber 4o
stützt sich daher unter Vermittlung des Querstiftes 48 und des Tellers 5o an der
Regelfedcr 52 ab.
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Der die Federn 32 und 52 enthaltende Raum 51 des Hilfsmotorzylinders
31 ist durch eine Bohrung 53 mit der Außenluft verbunden. An den rechts neben dem
Ansatz 35 befindlichen Raum 54 des Regelzylinders 39 ist eine Leitung 55 angeschlossen,
die zur Zuführung von Aufladeluft dient, die durch das zur Spülung und Ladung der
Brennkraftmaschine dienende Gebläse erzeugt wird. Der rechts neben dem Hilfsmotorkolben
33 befindliche Raum 56 des Hilfsmotorzylinders 31 kann mit Hilfe der Steuerkanten
@. und 4-' der Verdickung 41 entweder mit dem Raum 5i oder mit dem Raum 54 verbunden
werden.
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Die Wirkungsweise dieser Regelvorrichtung ist folgende: Erhöht sich
die Drehzahl der Maschine und demgemäß im Raum 54 der Aufladedruck, so wird der
Regelkolbenschieber 4o unter Zusammenpressung der Feder 52 nach links gedrückt.
Hierbei gibt die Steuerkante 44' die Schlitze 45 frei, so daß Aufladeluft in den
Raum 56 gelangt. Durch den Druck dieser Aufladeluft wird der Hilfsmotorkolberr 33
so weit nach links verschoben, bis die Schlitze 45 wieder geschlossen sind. Unter
Vermittlung der Regelstange 18 und der Hebel 12, 13 werden die Einlaßschirmventile
4., 5 so gedreht, daß ihre Schirme 6, 7 eine Winkelstellung erhalten, bei der die
Luftdrehgeschwindigkeit im zugehörigen Zylinder der Maschine abnimmt. Der Hilf smotorkolben
33 folgt dem Regelkolbenschieber 4o bis in die Stellung, in der die Wirkungen des
Aufladedruckes und der Regelfeder 52 ausgeglichen sind. Sinkt der Aufladedruck,
so schiebt die Regelfeder 52 den Regelkolbenschieber 4o nach rechts, so daß die
Steuerkante 44 die Schlitze 45 freigibt. Die Druckluft kann nun vom Raum 56 zum
Raum 51 und von dort durch die Öffnung 53 ins Freie strömen. Die Feder 32 schiebt
hierbei den Hilfsmotorkolben 33 so lange nach rechts, bis entsprechend der neuen
Lage des Regelkolbenschiebers 4o die Schlitze 45 wieder geschlossen werden. Es werden
dabei die Ventilschirme 6, 7 so eingestellt, daß die Luft.drelrgeschwindigkeit in
den Zylindern der ilaschine entsprechend zunimmt. Hierdurch ist es möglich, eine
jedem Aufladedruck entsprechende Einstellung .der Regelstange 18 und damit eine
bestimmte Einstellung der Schirmventile 4., 5 je mit Bezug auf ihre Luftzuführungsleitung
zu erzielen.
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Bei der Ausführungsform nach Fig. 2 und 3 ist in der am Zylinderkopf
i vorgesehenen Führung 57 (Fi.g. 2) der Schaft io eines der Schirmventile der obenerwähnten
Art drehbar und verschiebbar gelagert. Am oberen Ende des Schaftes io ist mit Hilfe
des an diesem Schaft vorgesehenen Gewindes 58 und der Mutter 59 ein oberer Teller
6o für die schraubenförmig gewundene Belastungsfeder 61 des Schirmventils unverdrehbar
befestigt. Der Teller 6o stützt. sich unter Vermittlung der Feder 61 auf den unteren
Teller 62 ab. Beide Teller 6o, 62 sind gegenüber der Feder 61 dadurch gegen Verdrehung
gesichert, daß die abgebogenen Enden 63, 64 der genannten Feder durch Lücken 65,
66 der Teller 6o, 62 greifen. Der untere Teller 62 ist auf einem Ansatz 67 des Zylinderkopfes
i drehbar und trägt einen Hebel 68. Der Hebel 68 ist am freien Ende in Form einer
Gabel 69
ausgebildet, welche über einen der oben beschriebenen Zapfen, z.
B. über den Zapfen 16 der Regelstange 18, greift.
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Bei dieser Ausführungsform können daher besondere federnde Zwischenglieder
nach Art der in Fig. i dargestellten Blattfedern 14, 15 zwischen der Regelstange
und den zu drehenden Ventilschäften wegfallen, da die in jedem Fall vorhandene Belastungsfeder
61 benutzt wird, um das Drehmoment von dem Hebel 68 nachgiebig auf den Ventilschaft
io zu übertragen.