DE858331C - Steuereinrichtung fuer Zweitaktbrennkraftmaschinen mit mindestens einem zylindrischen Schieber - Google Patents

Description

• Steuereinrichtung für Zweitaktbrennkraftmaschinen mit mindestens einem zylindrischen Schieber Die vorliegende Erfindung betrifft eine Zweitaktl)rennkraftmascliine mit Spülung und Bewegung der Ladung in gleicher Richtung von einem Ende des Zylinders zum anderen.
• Bei den Zweitaktmotoren gängiger Bauart besteht (las Prinzip der Füllung darin, daß die verbrannten (;<<se durch die unter Druck zugeführten frischen fase herausgedrückt werden. Hierdurch wird es erforderlich, ein Pumpsystem vorzusehen, welches die frischen Gase ansaugt. um sie in den Zylinder zu drücken, wo s;e unvermeidlich mit den bereits durch ihre Schichtung leim Durchgang durch die Auspufföffnungen entspannten Restgasen in Berührung treten. um sie durch Druck und engen Kontakt abzuführen. Diese Berührung zwischen zwei gasförtnigen Körpern bewirkt, mag s-ie noch so kurz sein, eine gewisse Durchmischung, welche einerseits Verluste an frischem Gas, welches mit den verbrannten Gasen entweicht, und andererseits die Vergiftung der Ladung durch d'ie beigemischten verbrannten Gase nach sich zieht.
• Die Steuermittel dieser Motoren gestatten übrigens nicht, eine andere Lösung ins Auge zu fassen. Die vorliegende Erfindung bezweckt, diese Technik grundlegend zu verändern, indem die Bewegung der Ladung durch eine äußerst schnelle Folge der Freigabe und des Verschlusses der Auspuff- und Einlaßöffnungen großen Querschnitts erzielt wird, wobei die massige Abfuhr der Restgase an einem Ende des Zylinders unter der Einwirkung ihrer spontanen Entspannung bewirkt wird. Dank ihrer dynamischen Wirkung saugt die Masse der Auspuffgase heftig die Gase der Ladung durch die inzwischen am anderen Ende des Zylinders freigelegten Einlaßöffnungen an. Der schnelle Verschluß der Auspufföffnungen schneidet dann den Durchgang .dieser Gassäule in voller Bewegung ab und bewirkt eine Stauchung derselben; deren Größe durch die Masse und die kinetische Energie bestimmt wird, wobei der Verschluß der Einlaßöffnungen eine Rückwirkung verhindert und eine X'orverdichtung in dem Zylinder bewirkt. Diese @-orverdichtung nimmt mit der Beschleunigung des Motorbetriebes zu und kann beträchtliche Werte erreichen.
• Während bei den Motoren mit Brennstoffeinspritzung die Regelung einen überreichlichen Durchtritt von reiner Luft zuläßt, ist dies bei den Motoren, bei welchen die explosiblen Gase außerhalb des Zylinders erzeugt werden und nicht verlorengelleil sollen, nicht der Fall. In diesem letzteren Fall kann die Steuerung so eingestellt werden, daß jeder Verlust an reichem Gas vermieden wird. -In der Zeichnung sind als nicht begrenzende Beispiele mehrere Ausführungsformeil der Erfindung dargestellt.
• Fig. i zeigt einen erfindungsgemäßen Motor im Schnitt; Fig. 2 ist eine Schnittansicht einer Ausführungsabwandlung; Fig. 3 zeigt in größerem Maßstab und im Schnitt den oberen Teil eines Motors mit den Steuerungsteilen im Zylinderkopf; ' Fig, ,4 ist ein Schaubild der Exzenterdrehung von 10 zu io°; Fig. 5 ist ein Schaubild der Bewegung des Triebkolbens von io zu io°; Fig.6 ist eine Auswertung der Schaubilder der Fig. 4 und 5 für zwei Einstellungen; Fig. 7 zeigt einen Satz von Steuerlenkern, welche in derselben Ebene arbeiten; Fig. 8 tin.d 9 zeigen Sätze von Steuerlenkern gemäß Ausführungsabwandlungen; Fig. 1o ist ein Grundriß einer Laufbuchse nlit zwei Schiebern miteiner Steuerung durch Ausgleichhebel ; Fig. i i ist eine schematische Ansicht einer Steuerung für einen Motor mit radialer Anordnung; Fig. 12 und 13 zeigen schematisch in Profil- bzw. Seitenansicht einen Steuermechanismus, der von einer Kurbelwelle mit zwei Kurbelzapfen angetrieben wird und mit Zusatzgelenken versehen ist; Fig. 14 ist eine Seitenansicht einer Nockensteuerung.
• Bei der in Fig. i dargestellten Ausführungsforen umfaßt der Motor wesentlich einen Zvlinderblock i mit seinem Kurbelgehäuse 2, seinen Wasserkammern 3, seiden Auspuffleitungen ,4, seinen Einlaßleitungen 5 und seinem Kopf 6, der in den Zylinder bis zu der oberen Höhe der oberen Schlitze für den Gasdurchtritt hineinragt.
• Die Kurbelwelle 7 und die Pleuelstange 8 betätigen den Kolben 9, der in einer festen Laufbuchse io gleitet, welche obere Öffnungen ii aufweist, -%väh-i

  rend die unteren i)ifnuiigeii 12 :il die-,U-i- tiilnlittell->ar

  ol>erhalb des Kopfes (k°s Triebl;olhens liegen, wenn

  dieser sich am unteren Totpunkt befuidet.

  Auf der Laufbuchse io gleitet ein Stetiersciiiel)ei-

  13, von dessen Schlitze" 14 tiilti 15 die einen die

  Öffnungen i i und die 2tildcren die i)ffnungen 12 frei-

  legen und verschließen, tinc1 zwar unter iler Ein-

  w-irkungeines Mechanismus. clei- durch einen mit der

  Geschwindigkeit tIes Motors tinilatifeiiden Exzenter

  16 gesteuert wird, welchen ein um die @chwenl;achse

  19 schwenkbares C1eleilk 17. IN betätigt. Die C-ber-

  tragung der Gleitllew-egtin" auf den Steuerscltieltcr

  13 erfolgt durch die @erl»ndun@ finit dein I_eiil;er 20.

  welcher es bei jedem Freigabe- und \\-iederver-

  schließungshult in einem Sinn anti-cibt, der- dein des

  Triebkolbens entgegengesetzt ist.

  Auf dem Steuerschieber 13 gleitet ei', Steuer-

  schieber 21 mit Schlitzen 22, welche sich mit den

  Schlitzen 14 im Gegensiiiii ki-cuzcn, tun die Gas-

  auslässe i i freizulegen und zu versperren, und zwar

  mit Hilfe eines mit den beiden Steuerschiebern 13

  und 21 verbundenen =1u#gleichhebels 23. Der eine

  t rül "bt den anderen in Richtung

  über Gestänge 24 und 2; an, w-ährcild der Kopf des

  Kolbens 9 im Gegensinn sich mit den Schlitzen 15

  kreuzt, wobei durch diese doppelte gleichzeitige

  Tätigkeit die Einlaßöffnungcn 12 ficigegeben und

  verschlossen werden.

  Diese Vorrichtung mit doppelten Steuerorganen,

  welche sich gleichzeitig inl Gegensinn i,erstelleii,

  bewirkt Öffnungen der gleichen Größe wie ein ein-

  faches Steuerorgail, gibt jedoch die Öffnungen in der

  halben Zeit frei und verschließt sie el>etifalls in der

  halben Zeit bei gleichem Muli iii jeder Richtung, wo-

  durch man jede zweckmäßige Verschiebung zwischen

  dem Zeitpunkt und der Dauer des Ausputts und des

  Eiblasses erzielen kante.

  In Fig. 2 ist eine Ausführungsabwandlung der

  F ig. i gezeigt, welche folgende Unterschiede auf-

  weist: Die Steuerschieber 13 und 21 befinden sich

  innerhalb des Zylinders des Motors, wobei der

  Steuerschieber 13 die Stelle der Laufbuchse ein-

  nimmt und als Gleitbahn für den Triebkolben 9

  dient, ohne daß seine Steuerwirkung geändert wäre.

  Ferner wird der Steuerschieber 21 durch einen An-

  satz 26 betätigt, welcher ein Gestänge 27 betätigt,

  wobei jede andere Verbindung zwischen den Steuer-

  schiebern 13 und 21 fortfällt.

  Wie inan in Fig.3 sieht, ist die Steuerung der

  Verteilung am Kopf des Motors aligeordilet, so daß

  man in diesem konzentriert den Nlechantismus der

  Fig. i w iederfindet, welcher einen Exzenter 16', ein

  Gelenk 17', 18', welches mit einer festen Achse i9»

  tcrl@untlcn ist un!1 deii I_rnkei- 2o' aufweist, welcher

  auf den Ausgleichlielxl 23 eiirr wirkt, firn die Arbeit

  vorn Steuerschieber 21 mittels dci- Gestänge 23, 24

  auf den Steuerschieber 13 zu übertragen.

  Für jede dieser Brei Bauarten gelten die Schau-

  bilder der Fig. 4 und 5 und das Diagramm der Fig. 6.

  Fig. 4 ist ein Schaubild, welches für die Uni-

  drehung des Exzenters 16 von io zu io° den Ver-

  lauf der Steuerungen der Schieber während eines

  Arbeitsspiels zeigt.

  FIS. 5 ;st ein Schaubild. \velcltes von [o zu to-

  "ut:@r des "i ricl)kollrens (1e11 Teil dC@

  iür Ilse l;eweI

  FI@I)es zur Freigabe und \-crschliel.i@tng der unteren

  Schlitze zeigt.

  Fig.6 zeigt die .\us\\-ertnng der Schaubilder der

  Fig..l und 5 tiir 7\\-(i \erschie<lene \-erschiel>ungen

  (ler @ltnungszeitcn (1er AttsLIGorgalic (ol)ere Ü ftl1ttll-

  gen) und der 1#:inlaß( rga lte (untere Ü1lnungeli). \\o-

  I)ci di(' (,ille l?instcllitu(@ 1-I,11 attsgezoetl und (1;e

  andere strichl,unl<tiert dargestellt ist. Die Ilezt@g#-

  zeiclicn entsl>recltcn (leit i >fintiitgvn der festen Lauf-

  buchsf' io dci-Fig. i. \v:ilircit(1 die sciiraftiei-ten T-@ilc

  112,

  1 I t (lie Kapazit:itcii der _\ttsl@isse und die schraf-

  fier tcn Teile 12=. 1 2-t die eiitsl)reclienden Kapazitäten

  rler 1;inl:issc 1)ezc'icltil(,tt. \\obei angenonllltcll ist, dafa

  de;- :\tlslali des \fot()1-s aln hopf erfolgt.

  In Weitc'rverfolgtmg (li(#ses GMankengangs kann

  tnait z. 11. (icit Steucrschiel)er 21 und seinen L'1)cr-

  Iragungsmcchanisnnls einer der Fig. 1, ?, 3 fortfallen

  lassc'l1 und cilie nicht @c(1((1)lx'ltc Stctieruitg für die

  oberen Offnunge'li crhalt-en- während sie durch den

  Ti-icbkollx'li für die itritcreti l>tttitni(rcii verdoppelt

  bloibt.

  Elmlso kann (1#r "hr:el)l;()llx#tt allein den Satz (1-i-

  unteren ()fiittlngeIt a@#uern, -während eiii oller zwei

  S il'ller()I-galle diC ()1)ereil Ottnungeil 1)f'(iletl('tl.

  Die:e Kombinationcii linden ihr @nwcndungs-

  -el)iet finit den vorstehenden Vorteilen älitiliclien

  Vorteilen z. Il. bei Motoren finit l:leitiem ttnd initt-

  lereni Z, litt(leriuha?t, eutsprechclr(I dein durch die

  Scltaubil(kr angegcl)eltctl .\rheitsspiel.

  Fig. 7 zeigt iIi gri@l.icrctn \lal.ist<tl> und ini Grund

  riß eine l@(nnl)inati()n (1(s aus (Icr his-. I c1itll()lnlnc-

  ilen Lenkersatzes. seiner @tcucrun@# sowie seiner in

  (lersellxn 1henc arl>titetul('n L`lx#rtragung.

  Fig. ` und q ze "rell eillc hotttl)iltation des @ellke r-

  satzes und seiner Stcticrtiti`. \\-@)lx#i die Lenker ver-

  teilt sind und in verscllie(leiit'n 1:1)en:n arbeiten. uni

  zwei sich gegensinnig versi liicl>cnde Scliiel).er gelll:il.1

  hier. -2 ttn(1 3 zu 1>ctütigen.

  Fig. [o zeigt eine Laufhtlchsc' to niit zwei Schie-

  1)efn 13, 21 1711t Iietf'@II@Ttlll@@ptlllktetl 13' und 21'.

  Die ('unkte 13' und 21' sind durch Stangen 24. 23

  mit zwei .\tts:itren eiIIes .\us@@leichltebcls 23 Vcl-I)un-

  den. \\-clclie ar: cler @cli\\cllkarhse t(@ 1)cfestigt sin(1.

  \\-clclle. c:tIen nicht @ez@i@ttn Satz \-()1t 1-rill<ei-ii

  beti-iti<gt.

  Fig. I 1 ze igt c:lie 1Ctllt'rlln@ (1l'..' eltl.'ll Motor nllt

  ra(llaler .\nOrdnnng (Tür Z\-lil@ler. wobei alle Stetwr-

  scliicl)f,r durch eiiieitenu.'in#ametl Exzeilter t6 lre-

  t:iti;;t \\-erden, (ler a.tif ciii.'r die --(lese der Kurbel-

  welle verl<ingerltclt'tl .\cli@#(' 30 lx'festigt ist. \vol>ei die

  I.enkersützc eines je(lcn Zvlin(l-Urs an eilicnl I@itig 31

  attgelctikt sind. -welcher durch (1(#1i IE-,z°itter i< 1)e-

  tätigt und durch den E@z('ntcr 1(l über den .\ttsatz

  32 in st;ll)#Ler S,c11uIM' ("('llaitt'II \\ir(l. Diese l#i(@Ilr

  zeigt (1i(# Stellung (fer 1_cnk(r in sieben Perioden

  eilIcs Z\-latts von ; i - und (#ilicin @lrucltteil einer Uni-

  (lreilull@@ (ler Kurlx'l\\<#lle. I)iesc :\n((r<hlung kann

  nrttiirliclt auch für al?e Motoren tllit radi<lletll Qttcr-

  scililitt vcr\v('II<fet -werden. .v

  Fig. r2 tIII(1 I 3 zeigen ciilcti Steuermechanismus

  für den oder die Steuerschieber mit zusätzlichen

  Organen, «-elche den Zweck haben, entweder die

  2eschletInigungszeitpunkte zu verschieben oder die

  Gr<ißen der Hübe oder der Beschleunigungen zu

  vei-:inclern, oder auch jede beliebige andere Ver-

  :iii(lertingr entsprechend den Bedürfnissen des

  .\rl)eitsspiels zu erhalten. Bei diesem Steuer-

  nieclianistntts ist die Kurbelwelle mit einem zweiten

  l,#ttrbclzapfen 33 versehen, der auf die Lenker 34, 35

  einwirkt, )welche zwischen dem Gelenk zur \'erbin-

  (ting der Lenker 1;, 1,, und dem Lenker 20 zur Ver-

  1)itidung mit (lern Steuerscliiel)er eingeschaltet sind.

  In Fing. 1.4 ist ein Mechanismus zur Steuerung mit

  Nocken finit erzwungener lie\\-egung gezeigt. Auf der

  Welle 3() sind in verschiedenen Ebenen Nocken 3;,

  38 arijeordnet, von denen der erste mit einer Rolle 39

  und der zweite mit der Rolle .4o zusammenarbeitet,

  -wobei die beiden Rollen finit dem Ausgleichhebel 23

  durch eine Schwenkachse 35 verbunden sind., welcher

  die. nicht dargestellten Schieber 13 und 21 Tiber die

  (Je@t:inge 24 und 25 antreibt. Während der Periode

  der I'eriiliruli(, der Rollen 39 und .jo niit den zur

  \1-elle 3b kc)nzf#Ittrischen "Teilen der N()ckeil 3;. 3`

  ist die. Ilcwegung der Steuerschieber Null, uni plötz-

  lich untf#r dem Einfluß der e-xzentrisclien Teile aus-

  gel(ist zu \\-erden. Das ganze :\rl)eitsspiel der Nocken

  geht vor sich, oliile daß der eine oder der andere

  theoretisch die Berührung mit seiner Rolle verliert.

  Diese Anordnung kann zu Freigaben der Gasdurch-

  lässe der in Fig. 6 dargestellten Art führen. Aus vor-

  stehendem geht hervor, daß das nicht verdoppelte

  Steuerorgan die gesteuerten Üffntingen schnell frei-

  legt und verschließt und ausreichend sein kann, um

  (len einen oder anderen Satz von Offnungen mit allen

  lx#schriei)enen Vorteilen für gewisse Motorarten zti

  steuern, -während für andere Motorarten Doppel-

  steuerorgane z\yeckrnäßig sind. weil sie die Ge-

  sch@w@ndihe:t zur Freilegung und \ erschließung

  der Gas(hirchlä sse verdoppeln können.

  Ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen,

  kann die Kombination der Schieber und des Kolbens

  für doppelt wirkende -Totoren o(. dgl. für den Aus-

  laß -wie für den Einlaß verwendet werden, und die

  \'erschicl)ung der Steuerzeitpunkte kann ohne Ver-

  schiebung der Beziehungen zwischen den Kurbel-

  zapfen der leiden betreeeiiclen Motorkurbelwellen

  ei-iialt(2n werden. Die Verstellung der Stetlerschiel)er

  kann in der

  des Zylinders oder schräg

  zu (licser erfolgen. Die Vorrichtung kann auch für

  alle Zylinderanordnungen, radiale Motoren oder

  -Totoren mit radialem Querschnitt, doppelt (wirkende

  oder vielfach wirkende -I(>toren, quadratisch ange-

  orchietc Zylinder usw. Verwendung finden. Die Ver-

  bindtlltg des Mechanismus mit den Steuerschiebern

  kann durch jeden Zylinderkopf erfolgen, wobei be-

  liebige zusätzliche Lenker, Vorgelege und Relais

  zwischen der Steuerung und den Steuerschiebern

  ein,-eschaltct werden können. Die Steuerschieber

  können durch miteinander verbundene Abschnitte

  Irehildet werden, oder durch Abschnitte, die durch

  eine Kurbelwelle mit mehreren Kurbelzapfen oder

  durch mehrere Kurl)el\yellert gesteuert -werden. Die

  Organe zur Steuerung und Übertragung können sich

  auf mehreren Festpunkten abstützen. Schließlich

  kann noch jede Kombination zwischen den 1)esclirie-

  bcrten und vorgesehenen Organen vorgenommen

  werden.

  Die Erfindung wurde nur zur Erläuterung von

  Beispielen und keineswegs in beschränkender Ab-

  sicht beschrieben und dargestellt, und es ist selbst-

  verständlich, daß zahlreiche Abänderungen an den

  Einzelheiten vorgenommen werden können, ohne den

  Rahmest der Erfindung zu verlassen.

Claims (1)

1. PATENTANSPRÜCHE: i. Steuerentrichtung für Zweitaktbrennkraftmaschinen mit mindestens einem zylindrischen Schieber, der mindestens die olleren im Zylinder vorgesehenen Öffnungen steuert, während die unteren am Ende des Kolhemveges liegenden Öfiiiungen durch den Kolben freigegeben werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerorgane derart angeordnet sind, daß sie die Auslaßöffnungen mit genügend großen Geschwindigkeiten und ausreichenden Querschnitten freigeben, tun die massierte Entleertnig der Rückstandgase infolge ihrer augenblicklichen Entspannung zu gewährleisten und um sogleich diese Öffnungen im ge- wünschten Augenblick zu schließen, so daß ein Rückfluß von Gasen verhindert wird, wobei ein im Zylinderraum in dem Augenblick 1lestelien<ler Unterdruck, in denn die Einlaßöffnungen freigegelten sind, derart wirkt, claß die Frischgase durch diesen saugenden Unterdruck in Bewegung gesetzt werden und die Ladung durch ihre eigene kinetische Energie vornehmen, die ihre Speichertitig, und zwar mit größerer Wirksamkeit hervorruft, wenn die Geschwindigkeit des Motors gröl'ler wird; die mechanische und augenblickhdte Schließung der Ilinlahöffnungen verhindert dabei den Rückfuß der Gase der Ladung, so daß di1 Ladung des Zylinders mit \-orvel-clichttitig und durch Ansaugung erfolgt. Steuereinrichtung für Zweitaktbrenukraftni;iscliiiicn nach Anspruch i, dadurch gckennzeicllict. dafl zum Regeln und Sicherstellen der Ladung des ßliilders die oberen Ölmutigen (i 1) und möglicherweise auch die unteren ()tintingen (12) des Zylinders durch mindestens eilten zylindrischen Steuerschieber freigegeben und geschlossen werden, der längs der Zylinderw:uld gleitet und von inin:deswns einer N-clrrichtung gesteuert wird, die während des Oünungs- und Schließvorganges mit sehr großer I>eschlennipmg und während der Schließtlugszrit mit ringer Geschwindigkeit wirkt. 3. Steuereinrichtung für AveitakAelRtkraftinaschinen nach Anspruch i, dadurch gekt'iin- zeichnet, daß sich der Kopf des Kclll>ens (9) und die Schlitze (15) eines Steuerschiebers (13) bei einer Bewegung im entgegengesetzten Sinn in Höhe der unteren (#ffitiigen (i2) des Zylinders kreuzen, um diese frciztigeben und sogleich durch Umkehr ihrer Bewegung zu schließen. q.. Steuereinrichtung für @w-eit@ktbrcnnkr@ft- maschinen nach Anspruch i, dadurch gekenn- zeic@ttet, daß sich die Schlitze (14, 22) zw-cier sich in entgegengesetztem Sinn bew-cgender Schieber (i3, 2T) in Höhe der oberen üfiilungeti (ii) des Zylinders kreuzen und hin und her gehend diese freigeben und verschließen. 5. Steuereinrichtung für Zweitalctbrerttiicraft- maschinen nach Anspruch i, dadurch gelzeiitt- zeichnet, daß derselbe Schieber (13) eitlen Satz von Öffnungen freigibt und schließt und dazu beiträgt, den anderen Satz von (#ffitingctt durch in deren Höhe st@ittfindende Kreuzring seiner Steuerschlitze mit denen eitles weiteren Steuer- elements freizulegen und zu schließen. f. Steuercinriclittiig für Zw-eitaktliretinkraft- maschinen nach Anspruch i, dadurch gekenn- zeichnet, daß derselbe Schieber die oberen und die unteren Öffmntgen clrs Zvlhiders verschließt und freigibt, indem sich s-:#ilte @tcuersclilitzc in Höhe dieser Ognungen mit clen Schlitzen von im entgegengesetzten Sinn bcw-egten zwei an- deren Stetter-eletnenten kreuzen, y Steuereinrichtung für Zweitaktbrermkraft- tnaschinennach den i bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum Er- reichen der Bewegung der '#',tetierscliieber aus einem Satz von Lenkern tu,d aus mindestens einem Exzenter Iteswht. Steuereinrichtung für Zweitaktbrenikraft- maschinellnach den Atlsl)l iiclietl 1 his f, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtuig zum Er- reichen der Bewegung der Steuerschieber aus Nocken (37. 38) besteht. g. Steuereinrichtung für @wcitaht@lrennkraft- inasrhineii nach den _\nsprücht'n t bis S. dadurch !@i'lielllt'/.el@llll:t, fla@.l (11l' @llla'1>l'r @1t'IIIII@:Itl;@r :171 cntgt'gettgesetzteltittll dllrcit cilu'n zwiscitcn ihnen ang:@orchiet,n Helx'1 (23i 1>eweUt werden. in Steuereinrichtung für Zweit;tktbrenukmft- maschinen nach Altspruch 9, dadurch geketm- zeichnet, daß der I-IelWl (23 ) . ( 1c1- ck'tt eillc11 Sieuerscliiellvr mit detr. atl@lere:l vt'rhinde:, »1;t der Einrichtung kon!)in:c r: :st. 11:c rlie I)ewc`l:lt durch die Nocken (,;;. 3S@ cml@f;ingt. .\igezoyenc I)rt;chsrltriften: Schweizerische 1'atentscllrift Nr. 23tiot@3; \fot@irtechnischc Zt"tscitrift 11)+1l. S. N4 und N@