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Schiebersteuerung für Brennkraftmaschinen Die Erfindung bezieht sich
auf eine Steuerung für den Ein- und Auslaß von Brermkraftmaschinen durch .einen
mittels eines besonderen Antriebes hin und her bewegten, zwischen Zylinder und Kolben.
angeordneten Rohrschieber und einen für sich angetriebenen Hilfsschieber.
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Es sind schon Schiebersteuerungen bekanntgeworden, bei denen: Aus-
und Einlaß durch einen meist rohrförmigen Schieber und durch den Kolben gesteuert
werden. Diese bekannten Steuerungen bringen aber gegenüber der üblichen Ventilsteuerung
im. Bezug auf die Vergrößerung der Steuerquerschnitte keinen so wesentlichen Vorteil,
daß ihre Nachteile, die z. B. in dem verwickelten Antrieb der Steuerglieder liegen,
in Kauf genommen werden können. Um in dieser Hinsicht eine Verbesserung zu schaffen,
hat man schon vorgeschlagen, dem Schieber außer der hin und her gehenden Bewegung
eine Drehbewegung aufzuerlegen oder aber für Ein- und Auslaß je einen Hilfsschieber
vorzusehen. Es wurde auch vorgeschlagen, den Nachauspuffkanal durch ein besonders
im Kopf des Zylinders gelagertes Ventil zu steuern. Dadurch wird aber der Aufbau
und Antrieb noch verwickelter und der Platzbedarf noch größer.
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Bekannt sind ferner Steuerungen für Brennkraftmaschinen, deren Rohrschieber
ebenfalls mit Schlitzen für Ein- und Auslaß versehen sind zu dem Zweck, die Auslaßperiode
zwecks Verdichtung der Restgase zu unterbrechen, damit ein Unterdruck im Zylinder
hervorgerufen wird, der das Zuströmen der Frischgase begünstigt.
Gegenstand
der Erfindung ist eine Steuerung für den Ein- und Auslaß von Brennkraftmaschinen,
bei der ein zwischen Zylinder und Kolben angeordneter Rohrschieber mit einem für
sich angetriebenen Hilfsschieber zusammenwirkt. Erfindungsgemäß wird eine solche
Steuerung so ausgebildet, daß durch den Rohrschieber mehrere in verschiedenen Querebenen
liegende Einlässe und ein Hattptauslaß gesteuert werden und daß durch den Hilfsschieber
nach Abführung des wesentlichen Teiles der Verbrennungsgase -über den Hauptauslaß
bei zunächst noch offenem Hauptauslaß ein Nebenauslaß eröffnet und später wieder
verschlossen wird, durch welchen der Rest der Brenngase vom aufwärts gehenden Kolben
ausgeschoben wird, wobei die öffnungszeit des Nebenauslasses so gewählt ist, daß
zwischen den für den Gaswechsel wirksamen Hüben des Kolbens (Auspuff- und Ansaughub)
eine kurze Spülperiode eingeschaltet ist. Der rohrförmige Schieber weist dabei zweckmäßig
an der Seite des vom Hilfsschieber gesteuerten Nebenauslasses eine Aussparung auf,
die so gestaltet ist, daß der Schieber bei seiner Bewegung diesen Nebenauslaß mindestens
während .der im Arbeitszylinder auftretenden höchsten Drücke abschließt.
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Die Abordnung gemäß der Erfindung gestattet eine Vergrößerung der
Steuerquerschnitte, derart, daß eine weitgehende Drehzahlsteigerung gegenüber den
bisher ausgeführten ventilgesteuerten oder mit Schiebersteuerung ausgerüsteten Motoren
erreichbar ist, da der Einlaßsteuerquerschnitt fast so groß sein kann wie der Zylinderquerschnitt.
Ein weiterer Vorteil einer solchen Steuerung ist der, daß alle Auslässe sich nur
auf einer Zylinderseite befinden und daß der Zylinderkopf ohne Schwierigkeiten halbkugelförmig
ausgebildet werden kann. Der Brennraum e2-hält also die erwünschte Farm und braucht
nicht etwa wegen des Hilfsschiebers zerklüftet zu werden.
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Ein weiterer Vorteil ergibt sich auch daraus, daß der Steuerschieber
in der Zeit, in welcher höchste Drücke und höchste Temperaturen auftreten, also
in der Zeit kurz vor und kurz nach der Zündung, keine Bewegung ausführt, sondern
in der oberen Totpunktlage festliegt.
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Einen weiteren Vorteil stellt die Unterteilung des Auspuffes in einen
zeitlich zuerst erfolgenden Hauptauslaß und . einen später einsetzenden und den
Hauptauslaß überdauernden Restauslaß dar. In ersterem werden die noch relativ viel
Energie enthaltenden Abgase abgeleitet, die eine weitere Verwertung, beispielsweise
in Abgasturbinen oder Rückstoßern, zulassen. Das Ausschieben der restliehen Abgase
kann durch eine derartige Ausnutzung des ersten Teiles der Abgase nicht ungünstig
beennflußt werden, da der Restauslaß genügend früh und lange genug geöffnet ist,
um das Ausschieben der gesamten restlichen Abgase zu ermöglichen. Der letzte Rest
der Abgase wird durch frühes Öffnen des obersten Einlasses durch Frischgemisch oder
Frischluft ausgespült. Ferner ergibt die Abführung des einen besonders heißen Teiles
der Abgase im unteren gut kühlbaren Teil des Schiebers eine geringere Wärmel).elastung
dieses Bauteiles.
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Auch die Unterteilung des Einlasses wirkt sich günstig aus, da eine
gute Durchwirbelung des Gemisches im Arbeitszylinder erreicht wird. Ferner ist der
Spülverlust beim Ausspülen der Verbrennungsgase sehr gering und :ein guter Lieferungsgrad
für die Ladung des Zylinders erzielbar.
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Für den Fall, daß der Motor als Einspritzbrennkraftmaschine gebaut
wird, gelten die gleichen Vorteile. -Die Aitbringung der Einspritzdüsen im Zylinderkopf
bereitet keine Schwierigkeiten, und sie ergibt eine günstige Strahlbildung bei der
Einspritzung.
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Die Zeichnung zeigt schematisch den Aufbau einer Viertaktbrenrikraftmaschine
gemäß vorliegender Erfindung.
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Der in bekannter Weise auf die Kurbelwelle arbeitende Kolben i ist
in dem Steuerschieber 3 geführt, der zwischen der Innenwand des Zylinders 2 und
dem Kolben i angeordnet ist und der eine hin und her gehende Bewegung von einem
besonderen, nicht näher dargestellten Antrieb erhält. Hierbei ist dafür Sorge getragen,
daß die Bewegung des Steuerschiebers den erforderlichen Steuervorgängen entsprechend
verläuft.
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Der Zylinder :z ist in dem Motorgehäuse .l eingebaut und oben durch
den Zylinderkopf 5 abgeschlossen, der die Zündkerzen trägt. Das Motorgehäuse enthält
einen Raum 6, aus dem die Ladung (Luft- oder Brennstoff-Luft-Gemi.sch) durch Schlitze
i und ä in der Zylinderwand nach dem Brennraum des Zylinders hin durchtreten kann.
Auf der gegenüberliegenden Seite ist :ein weiterer frische Ladung enthaltender Raum
9 vorgesehen, der mit dem Raum 6 in Verbindung stehen kann und der über Schlitze
io mit dem Zylinder verbunden ist. Der Zylinder besitzt auf der gleichen Seite übereinander
angeordnete, d.li. in Richtung der Zylinderachse hintereinanderliegende Schlitze
i i und 12 für den Auslaß, die in entsprechende Kanäle 13 und 14. im Motorgehäuse
münden. Der Kanal 14 wird durch einen den Erfordernissen der Steuerung entsprechend
hin und her bewegten Hilfsschieber 15 gesteuert.
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Die Steuerung von Ein- und Auslaß erfolgt
im wesentlichen
durch den Steuezschiebe2 3, der zu diesem Zweck Schlitze 16 für den Einlaß und Schlitze
17 für den Auslaß besitzt, und durch den Kolben selbst. Auf der Auslaßseite ist
der Steuerschieber 3 am oberen Rand abgeschnitten (Aussparung 20), so daß er in
seinem unteren Totpunkt die Eimlaßschlitze i o im Zylinder noch freigibt.
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Steuerschieber 3, Kolben i und Hilfss.chileber 15 arbeiten in der
folgenden Weise; zusammen: In der oberen inneren Totpunktlage des Arbeitskolbens
zur Zeit der Zündung ist der Hilfsschieber i 5 in seiner unteren Lage, d. h. er
schließt den Auslaßkanal 1q. ab. Der Rohrschieber 3 nimmt die, obere Totpunktlage
:ein, und er führt zunächst keine Bewegung aus. Die Einlaßschlitze sind sämtlich
vom Rohrschieber 3 bzw. vorn Arbeitskolben i abgedeckt; der Hauptauslaß i i ist
teils durch den Schieber 3, teils durch den Arbeitskolben geschlossen.
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Während des nun folgenden Expansionshubes bleiben vorerst Schieber
3 und Hilfsschieber 15 in ihrer bisherigen Lage. Der Schieber 3 ist also in der
Zeit der höchsten Drücke und Temperaturen im Arbeitsraum ohne jede Bewegung. Im
weiteren Verlauf des Expansionshubes gibt der Kolben i die Schlitze 17 des Schiebers
3 frei, die zu dieser Zeit mit dem Hauptauslaß i i im Zylinder in Verbindung stehen.
Hierdurch wird der Auspuff eingeleitet. Die Einlaßschlitze 7, 8 und io sind nach
wie vor durch den Schieber 3 abgedeckt. Gegen Ende des Expansionshubes gibt der
Schieber 3 durch seine abgesetzte Oberkante auch den Restauslaß 12 frei, wobei gleichzeitig
der sich nach oben bewegende Hilfsschieber 15 den Aiislaßlmnal 1q. öffnet.
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Während des nun folgenden Auslaßhubes schließt der aufwärts gehende
Kolben i und der noch immer abwärts gehende Schieber 3 zunächst den Hauptauslaß
i i, während der Restauslaß 12 durch den Hilfsschieber 15 voll geöffnet wird. Gegen
Ende dieses Hubes beginnt der Hilfsschieber 15 sich wieder zu schließen, während
die Stirnkante des Steuerschiebers 3 die Ehnlaßöffnung -7 freigibt. Frisches Gemisch
strömt nun in den Verbrennungsraum ein. und treibt den Rest der Verbrennungsgase
durch den Restauslaß 12, aus. Die untere Einlaßöffnung 8 kommt bereits mit der Schieberöffnung
16 in Deckung, jedoch verhindert der Kolben i noch das Einströmen der Ladung :durch
diese Einlaßöffnung.
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Während des nun beginnenden Einlaßhubes öffnet der weiter abwärts
gehende Schieber3 die Einlaßschlitze 7 vollkommen und etwas nacheilend die Eänlaßschlitze
io. Der Restawsla.ß 12 wurde inzwischen vom Hilfsschieber 15 geschlossen. Gegen
Ende des Eänlaßhube;s gibt der Kolben i auch den dritten Einlaß 8 frei. Zu dieser
Zeit kehrt der Schieber 3 seine Bewegung um.
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Während des jetzt folgenden Verdichtungshubes bewegen sich Kolben
i und Schieber 3 nach oben. Der Schieber 3 schließt durch seine Bewegung alle drei
Einlaßöffnungen 7, 8 und io ab. Er ist noch vor Beendigung des Verdichtungshubes
in seiner oberen To:tpunktlage angekommen, in der @er verharrt. Dier Hauptausliaß
i i bleibt während dieses Hubes durch den Schieber 3 bzw. den Kolben i dauernd geschlossen.
Der Kolben i verdichtet die Ladung, worauf sich vom oberen Totpunkt ab dieselben
Arbeitsvorgänge wiederholen.
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Wenn die Maschine nicht als gemischansaugende, sondern als Einspritzbrenukraftmaschine
ausgeführt wird, werden die Einspritzdüsen vorteilhaft im Zylinderkopf angeordnet.
In der Zeichnung ist beispielsweise die Einspritzdüse mit 18 bezeichnet. Diese Anordnung
gestattet eine leichte Heranführung der Einspritzleitung, wobei gleichzeitig eine
günstige Strahlbildung bei der Einspritzung erreicht wird.