DE746953C - Drehschiebersteuerung, insbesondere fuer den Auslass von Zweitaktbrennkraftmaschinen - Google Patents

Description

• Drehschiebersteuerung, insbesondere für den Auslaß von Zweitaktbrennkraftmaschinen Die Erfindung betrifft eine aus zwei gegeneinander umlaufenden kugelschalenförmigen Drehschiebern bestehende Steuerung, die insbesondere auch vorteilhaft für die Steuerung des Aus- oder Einlasses von Zweitaktbrennkraftmaschinen verwendet werden kann. Bei Steuerungen für viele Zwecke, insbesondere aber für Hochleistungszweitaktmotoren, ist es erwünscht, mit verhältnismäßig kleinen Steue rungen möglichst große Öffnungsquerschnitte zu bekommen. Die bis jetzt bekannten Schalendrehschieber geben kleinere Öffnungsquerschnitte und haben viele Nachteile. Es ist z. B. üblich, den Verbrennungsraum in der Schalenhöhlung vorzusehen. Ganz abgesehen von der ungünstigen Aufnahme des Zünddruckes ist diese Anordung für zwei Schalen schon deshalb unbrauchbar, weil sich, die innere Schale-beim Warmwerden vergrößert und dadurch zum Berühren bzw. zum Fressen mit der äußeren Schale kommt. Außerdem ist es üblich, eine Schale über die andere abzustützen; dies ist praktisch bei den heißen mit hoher Drehzahl gegeneinander umlaufenden Schiebern unmöglich.
• Bei den bekannten Schieber- und Kolbenauslaßsteuerungen sind auch die Drosselverluste bei der Entspannung so groß, daß eine Ausnützung der Abgaseenergie im Freiauspuff, z. B. zum Strahlenantrieb für Flugzeuge, nur mit schlechtem Wirkungsgrad möglich ist.
• Durch die Erfindung wird hier ein erheblicher Fortschritt geschaffen. Dadurch, daß die Kugelschalen ungleichmäßig schnell umlaufen, wird der Entspannungsquerschnitt weiter vergrößert. Durch das Zukehren der konvexen Seite der Schalen gegen den Brennraum wird sowohl die nötige Schieberkühlung durch Wandberührung gewährleistet, als auch ein günstigerer Brennraum geschaffen. Das Anbringen besonderer Laufflächen am .Außenschieber, über welche die Gaskräfte unmittelbar auf den Zylinderkopf übertragen werden, gibt überhaupt erst die Möglichkeit der Ver-,vendung von zwei Drehschiebern, wobei kegelförmige Stützlager die Anordnung dadurch nochmals verbessern, daß sie keinen Axialschub gehen, also eine einwandfreie Trennung der wärmeabführenden von den kraftübertragenden Gleitflächen ermöglichen. Durch ein in derHöhlung derSchieber vorgesehenes, vorzugsweise selbsttätiges Ventil wird auch noch eine gute Abgasausnützung möglich.
• In der Zeichnung zeigt -AM. i einen senkrechten Schnitt durch die Zylinderachse und durch die A(Jisen der zwei Dreliscliieber, Abb.2 eine Draufsicht auf die konvexe Seite der beiden ineinandergelegten Schieber in Richtung der Drehachse des äußeren Schiebers, Abb. 3 einen Schnitt durch den Schieberantrieb nach Ebene A-B in Abb. i, Abb..I den Kurbelkreis mit den Steuerzeiten, Abb. @ ein Indikatordiagramm, Abb.6 und 7 die Querschnittskurven des Ein- und Auslasses über .dem Kurbelwinkel. Abb.8 und 9 zeigen zwei Stellungen des Schieb@erantriebes.
• In Abb. i ist auf den Zylinder i der Zylinderkopf 2 und auf diesen der Deckel 3, welcher die Wasserräume 29 hat, aufgeschraubt. Die Teilfuge zwischen den zwei letzteren ist die Linie 25-26i. Im Kopf laufen die beiden kugelschalenförmigen Schieber 17 und 18 um, deren Drehachsen geneigt zur Zylinderachse liegen. Die Linie 25-26 ist in Abb. i auch die Drehachse des Schiebers 18. Das Füllstück. mit seinen Wasserräumen 16 ist zugleich mit dem Flansch .5 des Auslaßrohres 6 auf den Zylinderkopf 2 und den Deckel 3 aufgeschraubt. Im Zylinderkopf :2 sind Öffnungen .I3 für Zündkerzen und Düsen vorgesehen sowie Wasserräume 44. Die Dichthülse .I5 dichtet gegen den Außenschieber 18 und wird durch die Dichtringe 46 abgedichtet. Der Außenschieber 18 ist dick genug, um die Zünddrücke auf seine zwei kegeligen Lagerflächen 21 und i9 zu übertragen, ohne dabei so viel durchzufedern, daß der dünnere Innenschieber 17 gegen das Füllstück .I gekleinnit würde. Die Kegellaufflächen i9, 21 sind so angeordnet, daß je eine Mantellinie, die ungefähr in einer durch die Schalendrehachse und die Achse der Zylinderöffnung gelegten Ebene, in der Zeichnung also in der Bildebene, liegt, annähernd senkrecht zur Zylinderöffnung ist. Durch diese Anordnung der Laufflächen erhält der Außenschieber 18 keinen Axialschub, und die sonst zur Aufnahme desselben benbtigten raum- und gewichtsmäßig unerwünschten Lagerungen fallen weg. Dadurch, daß der Außenschieber 18 auf zwei Kegelflächen gelagert ist, tritt kein Axialschub auf, und es steht immer die bessere Ülkeilbildung des Laufes in gewölbten Lagerflächen statt des Gleitens von Ebenen aufeinander zur Verfügung. Es können dadurch die Flächen und damit der Zylinderabstand wesentlich kleiner gehalten werden. Der kugelscbalenförmige Innenschieber 17 besitzt eine Welle 22, welche mit der Drehachse des Außenschiebers 18 einen Winkel bildet und in dem Lagerkörper 24, welcher zwischen Zylinderkopf 2 und Deckel 3 geklemmt ist, läuft. Durch das Kreuzen der Drehachsen der zwei Schieber würde ein besseres Laufen derselben aufeinander gewährleistet, falls sich dieselben versehentlich einmal berühren sollten, Gewöhnlich muß die Abstützung des Außenschiebers auf den Kegelflächen i9 und 21 das Spiel zwischen denselben einhalten. Das Schraubenrad 23 ist im Eingriff mit dem Schraubenrad 36, dessen Welle 37 im Ausleger 27 gelagert ist und unten eine Stirnkurbel 38 hat. Der Antrieb erfolgt von der -Motorkurbelwelle aus über die Welle, -[i, welche im Ausleger .I2 gelagert ist und mit seiner Stirnkurbel 4o durch die Lasche 39 mit der Stirnkurbel 38 verbunden ist. Das Zahnrad 35 treibt über das Zahnrad 34 die Welle 33 und über die,Schraubenräder 32 und 3 i die Welle 30. Die Welle 30 trägt an ihrem anderen Ende ein nicht gezeichtietes Ritze-, welches mit dein Zahnkranz 20 des Außenschiebers 18 kämmt. Ans Abb. 8 und 9 ist ersichtlich, wie durch das Verlagern der zwei Wellen 41 und 37 gegeneinander und durch den Antrieb über die Lasche 39, welche die zwei Stirnkurbeln.Io und 38 miteinander verbindet, eine Ungleichförmigkeit der Winkelgeschwindigkeit verursacht wird. Wenn sich nämlich in Abb. 8 der Punkt .4o nach .Io' bewegt, kommt der Punkt 38 um die Laschenlänge 39 entfernt nach 38'. Der Willke- 38-3;>3,9' ist aller größer als der also bewegt sich in dieseln Augenblick die Welle 37 rascher als die Antriebswelle 41. 111 Abb.9 ist derWinkel 38-37-38' kleiner als der Winkel 4o-4i-4o', also bewegt sich in diesem Augenblick dieWelle 3; langsamer als die Antricbstvelle. Dieser Antrieb ist nur zu verwenden, wenn die Schieber finit Motordrehzahl laufen. Wenn die Schieber nur mit halber Motordrehzahl laufen, hat der Antrieb über clliptisclie Zahnräder o. dgl. zli erfolgen. Der Flansch 5 ixt Abb. i trägt einen Zylinder io, welcher unten durch einen Kegel abgeschlossen, ist, der das Loch 1,5 hat. Auf der Außenseite dieses Zylinders sitzt längsbeweglich der zylindrische Schaft des Ventils 13. welches durch die Feder 9 auf seinen Sitz ini Füllstück 4 gepreßt wird. Das Ventil 13 hat einen','Mantel 12, welcher so geformt ist, daß er zusammen mit, der Höhlung des Füllstückes 4. beim Öffnen des Ventils 13 strömungsgerechte Querschnitte .zum mindesten für die überkritische Periode der Entspannung, während welcher sich ja der größte Teil der Energie in Geschwindigkeit umsetzt, bildet. Der Mantel 12 ist für die geöffnete Ventilstellung strichpunktiert gezeichnet. Im Schaft des Ventils 13 sind Durchb,rechungen i4. Im Auslaßrohr 6 sitzen zur weiteren Führung der Strömung das Rohr 8 und die Verschalung 7. Durchbrechungen i i ermöglichen den Lufteintritt in den Raum zwischen Zylinder 8 und io. In Abb. 2 ist strichpunktiert die Durchdringung 49 des Innenzylinders der Dichthülse 45 mit dem Außenschieber i8 gezeigt. Die zwei Schieber 17 und 18, welche sich im Durchschnitt mit halber Motordrehzahl drehen, haben eben angefangen zu öffnen, ihre Drehsinne zeigen die Pfeile 47 und 48. Der öffnungsquerschnitt wächst doppelt so rasch wie bei einem Schieber allein. Da außerdem in diesem Zeitpunkt die Winkelgeschwindigkeit infolge des Antriebes über Lasche 39 größer als bei gleichmäßiger Winkelschnelle ist, so wächst der Üffnungsquerschnitt nochmals rascher. Der gesamte Auslaßwinkel ist a (Abb,. ,4), dementsprechend sind die, Fensterbreiten der zwei Schieber `,!falls sie mit halber. Motordrehzahl laufen. Der Verlauf des Öffnungsquerschnittes ist in Abb.6' und 7 über dem Kurbelwinkel aufgetragen. Die Inhalte der zwei Flächen 54-5S-56 -in Abb. 6 und 53-57-56 in Abb. 7 sind. gleich. Sie werden als die Entspannungsquerschnitte für eine bestimmte Drehzahl berechnet. In Abb. 6 ist nur der Einlaßquerschn.ittsverlauf über 56-6o (Abb.4) und der drelischiebergesteuerteAuslaßquerschnittsverlauf 5.I-58-59 gezeigt. Das Ventil 13 sei hier nicht vorhanden. In Abb. 7 ist auch noch der Ventilquerschnittsverlauf 55-53-57-62 gezeigt. Die drehschiebergesteuerten Querschnitte 5.I-59 und 55-61 haben in Abb.6 und 7 genau den gleichen Verlauf. Wenn die Drehschieber anfangen zu öffnen (55 in Abb. 7 und 4), wird zunächst der sehr kleine Raum zwischen Innenschieber 17 und Ventil 13 gleichsam als Schleuse aufgeladen. Diese Rufladung verursacht im Diagramm (Abb. 5 Punkt 55) keinen bemerkbaren Abfä11. Das Öffnen des Ventils 13 durch den Gasdruck in der Schleuse erfolgt nun nach der Kurve 55-53-57 (Abb.7). Es geht zuerst sehr langsam und später rascher als dieDrehschieberöffnung 53-57 (Abb. 7). Es geht zuerst sehr langsam nach Linie 53-56: Dabei sind die Ventilquer-Schnitte 53-57 (Abb. 7) immer kleiner als die Drehschieberquerschnitte 55-5.7. Es kann also mit Hilfe des Mantels 12 des Ventils 13 immer die strömungsgerechte Entspannung ohne Drosselverluste beim Durchtritt durch das Ventil stattfinden. Wäre das Ventil 13 nicht vorhanden (Abb.6), so müßte die Entspannung schon früher, nämlich in Punkt 54 beginnen, weil die Drehschieber langsamer als das Ventil öffnen und weil der Inhalt von 5-1--5S-56 in Abb. 6 gleich dem von 53-57-56 in Abb. 7 ist. Durch das Ventil 13 wird also in Abb. 5 die schraffierte Fläche 5.I-53-56 als Mehrarbeit im Zylinder gewonnen. Außerdem erfolgt damit bei gleichem gesamten Auslaßwinkel a = 5q-59 (Abb. 6) bz-w. 55-61 (Abb. 7 und .I) ein früheres Schließen, also besseres Überladen des Zylinders. Das Ventil 13 ergibt also außer der vorteilhaftenAbgasenergieumformung auch eine Mehrleistung im Zylinder gegenüber dem reinen drehschiebergesteuerten Auslaß. Voraussetzung ist dabei natürlich, daß der Schleusenraum im Vergleich zum Zylinder sehr klein ist. Dies wird am besten durch die in der Zeichnung dargestellte Lage der Schieber erreicht. Falls das Ventil 13 ganz selbsttätig arbeiten soll, ist seine Offnu.ngskurv e eine Funktion des Gasdruckes, des Ventilgewichtes und der Federspannung. Die Feder kann sehr schwach sein, da das leichte Ventil erst nach dem oberen Totpunkt 52 (Abb. 4) kurz vor Punkt 55 wieder geschlossen sein muß. Durch die Saugwirkung der Abgase wird Luft zum Loch 15 (Abb. i) ein- und durch die Durchbrechungen 14 ausströmen, so daß eine wirksame Kühlung des Ventils gewährleistet ist.
• Die Grundbedingung für den Zweitakthochleistungsmotor, nämlich den großen Entspannungsquerschnitt zu schaffen, wird außer durch den bekannten hin und her gehenden Rohrschieber auch durch den erfindungsgemäß ausgebildeten Drehschieber erfüllt. Damit werden aber durch die Erfindung die mechanischen und gewichtlichen Nachteile des hin und her gehenden Rohrschiebers v ernüeden. Ab- gesehen von der Verwendung des Doppelkolbenmotors, welcher neben seinen zwei Kurbelwellen und seinem thermisch hoch belasteten Auslaßkolben keinen Abgaßstrahlantrieb mit Freiauspuff ermöglicht, eröffnet die Erfindung also neue Möglichkeiten für den Zweitaktmotor als Flugzeugtriebwerk. Durch die erfindungsgemäße Ausnutzung der Abgase wird nämlich ein wesentlich größerer relativer Schub erzielt wie beim Viertaktmotor, weil erstens das Wärmegefälle der Abgase und zweitens der Luftdurchsatz j e PS und Sekunde größer ist als dort. Das bedeutet aber, daß der Zweitaktmotor neben seiner gewichtlichen, räumlichen und leistungsmäßigen Oberlegenheit auch noch einen kleineren Brennstoffverbrauch auf die gesamte Schubleistung bezogen hat als der Viertaktmotor.
• Diese Drelischiebersteuerung kann natürlich ohne das Ventil auch für den Einlaß oder für andere Zwecke außer Brennkraftmaschine verwendet werden.
• Die Drehschieber können mit Motordrehzahl oder langsamer laufen. Falls eine kleine Umfangsgeschwindigkeit erwünscht ist, läßt sich also damit der gleiche Üffnungsquerschnitt wie mit einem schneller laufenden Einzelschieber erreichen.

Claims (1)

1. PATENTANSPRÜCHE: i. Drehschiebersteuerung, insbesondere für den Auslaß von Zweitaktbrennkraftmaschinen mit zwei im Zylinderkopf gegeneinander umlaufenden kugelschalenförmigen Drehschiebern, dadurch gekennzeichnet, daß die ungleichmäßig schnell umlaufenden Kugelschalen (17, i8) ihre konvexe Seite dem Brennraum zukehren, und daß der dem Brennraum näherliegende Schieber (18) mindestens noch eine besondere Lauffläche (i9, 21) hat, über welche die Gasdrücke ganz oder teilweise unmittelbar auf den Zylinderkopf übertragen werden. a. Drehschiebersteuerung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die dem Brennraum näherliegende Schale (18) mindestens eine kegelförmige Lauffläche (z. B. 21) besitzt, deren eine der beiden in der Zeichnungsebene liegenden Mantellinien annähernd senkrecht zur Achse der Zylinderöffnung verläuft, und daß der Antrieb mindestens einer Schale über eine die Kröpfungen zweier Kurbeln oder Exzenter verbindende Lasche (39) erfolgt, wobei die Mittellinie der die Lasche antreibenden Welle (41) auf bekannte Weise gegen die Mittellinie der von der Lasche angetriebenen Welle (37) um einen kleinen Betrag versetzt ist. 3. Drehschiebersteuerung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß in der Höhlung der Schalen ein vorzugsweise selbsttätiges Ventil (i3) vorgesehen ist, das bei Beginn der Öffnung des Drehschiebers später, zum Schluß aber rascher als der Schieber öffnet und einen eine strömungsgerechte Entspannung ermöglichenden Mantel (12) aufweist, und daß dem Ventil (13) durch die saugende Wirkung der Abgase Kühlluft zuströmt. Zur Abgrenzung des Anmeldungsgegenstandes vom Stand der Technik sind im Erteilungsverfahren folgende Druckschriften in Betracht gezogen worden: britische Patentschrift Ihr. 17679 v. J.1909; USA.-Patentschriften ..... 1,r. 1 114 511, 1 210343-