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Drehschiebersteuerung, insbesondere für Verbrennungskraftmaschinen
Die Erfindung bezieht sich auf eine Drehschiebersteuerung, insbesondere für Brennkraftmasch
inen, mit einem Einlaß und Auslaß steuernden Drehverteiler und einem Steuerschieber.
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Die Erfindung besteht darin, daß der den Drehverteiler gegen die Verdichtungs-
und Verbrennungsdrücke im Zylinderraum abschirmende Steuerschieber als flacher Drehschieber
ausgebildet ist und mit seinem dem Zylinderraum jeweils abgewandten Teilabschnitt
sich in einem beiderseits von gekühlten Wänden begrenzten Raum bewegt.
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Die getroffene Anordnung ermöglicht einen unzerklüfteten Brennraum
mit verhältnismäßig kleiner Oberfläche, also eine Drehschiebermaschine mit einem
besonders guten thermischen Wirkungsgrad und erhöhter Betriebssicherheit.
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Der Antrieb von Verteiler und Flachschieber erfolgt von .der Kurbelwelle
der Brennkraftmaschine aus.
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Hierzu kann der unmittelbar angetriebene Flachschieber mit einem Zahnkranz
versehen und auf einer Welle aufgekeilt sein, deren Ende ein Zahnrad trägt, ,das
mit einem auf dem Verteiler sitzenden Zahnrad im Eingriff steht.
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Ferner kann der von der Kurbelwelle ausgehende Antrieb einmal unmittelbar
auf den Verteiler und andererseits unmittelbar auf den Flachschieber arbeiten.
Bei
einem keihenmotor können die mit ihrer Achse gegen die Zylinderachse versetzten
Flachschieber mittels Außenverzahnung unmittelbar ineinandergreifen, so daß die
Steuerung sämtlicher Verteiler und Flachschieber vom Motor aus über einen gemeinsamen
Antrieb erfolgt.
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Der .Erfindungsgegenstand hat weiter den Vorteil, daß die Herstellung
des Zylinderkopfes sich wegen Wegfalls der bei anderen Einrichtungen erforderlichen,
sich überschneidenden Ein- und Auslaßkanäle sehr- einfach gestaltet, was vor allem
die Anordnung des Kühlmantels bei wassergekühlten bzw. der Kühlrippen bei luftgekühlten
Maschinen sehr erleichtert. Die Ausbildung von Motoren mit derartigen bekannten
Flachschiebern als luftgekühlte Motoren läßt sich wegen der schlechten Wärmeableitung
im Gegensatz zum Erfindungsgegenstand, bei .dem infolge der günstigen Gestalt von
Zylinderkopf und Zylinderoberteil eine wirksame Wärmeabteilung gewährleistet ist,
nicht durchführen.
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Dadurch, daß der Verteiler sowohl Einlaß wie Auslaß steuert, ist eine
besondere Kühlung des Verteilers selbst nicht erforderlich.
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Die Zeichnung stellt mehrere Anwendungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes
dar.
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Abb. i zeigt zwei hintereinanderliegende Zylinder eines wassergekühlten
Doppelsternmotors mit einem Axialschnitt durch einen Zylinder, Abb. 2 einen Schnitt
nach II-II der Abb. i mit angedeuteten Antriebsrädern, Abb. 3 bis 8 die Stellung
von Verteiler und mit einer Aussparung versehenem Flachschieber zueinander bei verschiedenen
Kolbenstellungen, Abb.9 die Stellung von Drehverteiler und mit zwei Aussparungen
versehenem Flachschieber bei einem Reihenmotor, Abb. io einen Axialschnitt durch
einen luftgekühlten Zylinder und Abb. i i einen Schnitt nach XI-XI der Abb. B. Oberhalb
der hintereinanderliegenden Zylinder i eines wassergekühlten Doppelsternmotors (Abb.
i bis 8) ist je ein Flachschieber ä drehbar angeordnet, der mit einer Aussparung
3 versehen ist.
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Der Antrieb der Flachschieber 2 erfolgt von der Kurbelwelle der Maschine
aus über ein Ritzel 4, _ das in einen Außenzahnkranz 5 des einen Fläclhschiebers
eingreift. Dieser greift in einen Zahnkranz 6 des dem vor oder hinter ihm liegenden
Zylinder i zugeordneten Flachschiebers 2 ein. Die Drehachse des Flachschiebers :z
ist gegen die Achse des zugehörigen Zylinders i versetzt. Jeder Flachschieber 2
ist auf einer Welle 7 aufgekeilt, über die er ein mit der Welle 7 ebenfalls fest
verbundenes Zahnrad 8 antreibt. Letzteres greift in ein mit einem im Zylinderdeckel
22 über .dem Flachschieher 2 angeordneten Verteiler 9 - verbundenes Zahnrad io ein.
Die Abdichtung des Flachschiebers erfolgt durch an sich bekannte Dichtungen 34 32.
Der Verteiler 9 weist einen Kanal i i auf, der einerseits über die Aussparung 3
des Flachschiebers --
lind eine entsprechende Öffnung 15 im Zylinderboden
mit dem Brennraum 12 der Maschine und andererseits je nach der Stellung .des Verteilers
9 entweder mit dem Einlaß 13 oder dem Auslaß 14 verbunden werden kann. Die Drehrichtung
von Drehverteiler und Flachschieber ist durch Pfeile angedeutet. Sämtliche Zylinder
des Doppelsternes haben eine zwischen den beiden Sternen angeordnete gemeinsame
Saugleitung (Ladeleitung) 3o, an die .die einzelnen Eintrittstutzen 13 angeschlossen
sind. Mit 29 ist der Kühlwassermantel dargestellt.
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Abb. 3 stellt die Stellung von Drehverteiler 9 und Flachschieber 2
für Beginn Einlaß bei einem Kurbelwinkel von 35° vor 0T, Abb.4 für Ende Eimaß bei
einem Kurbelwinkel von 70° nach UT, Abb. 5 für -die Kompression, Abb. 6 für die
Expansion, Abb. 7 für Beginn Auslaß bei einem Kurbelwinkel von 70° vor UT und Abb.8
für Ende Auslaß bei einem Kurbelwinkel von 25° nach 0T dar.
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Abb. 9 zeigt die Anordnung von Flachschieber 2, Verteiler 9 und deren
Antrieb bei einem Reihenmotor. Der von der Kurbelwelle aus abgeleitete Antrieb von
Flachschieber und Verteiler erfolgt über zwei übereinand ersitzende Zahnräder 16
bzw. 17 auf den Flachschieber 2 bzw. auf ein mit dem Verteiler 9 verbundenes Zahnrad
io. Die Flachschieber 2 der einzelnen- Zylinder greifen dabei mit Außenverzahnungen
ineinander. Zwischen den Zahnrädern io der Verteiler 9 der einzelnen Zylinder sind
Zwischenräder 18 angeordnet. Auf diese Weise genügt für die Drehung sämtlicher Flachschieber
2 und Verteiler 9 ein einziger von der Kurbelwelle aus angetriebener Räderantrieb
16, 17. Die Drehrichtung von Verteiler 9 und Flachschieber 2 zueinander ist abwechselnd
gleich und entgegengesetzt. Da Einlaß- und Auslaßstutzen 13, 14 je parallel verlaufen,
müssen die Verteiler 9 sämtlicher Zylinder die gleiche Drehrichtung haben, was durch
die Zwischenräder 18 erreicht wind. Die Drehrichtung der Flachschieber 2, durch
die nur die Öffnungen 15 gesteuert werden, kann dabei beliebig sein.
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Die Zuleitung von Luft bzw. Gasgemisch erfolgt durch die Eintrittstutzen
13 über eine sämtlichen Zylindern gemeinsame Zuführungsleitung 30 und die
Ableitung der Abgase über die Stutzen 14.
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Bei Anordnung einer einzigen Aussparung 3 in dem Flachschieber 2 (Abb.
i bis 8) dreht dieser wie der Verteiler 9 :mit der halben Drehzahl der Kurbelwelle,
.dagegen bei Anordnung zweier Aussparungen 3 (Abb. 9) in dem Flachschieber 2 dreht
,dieser mit ein Viertel, der Verteiler 9 -dagegen wieder mit der halben Drehzahl
der Kurbelwelle.
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Die Winkel zwischen den Achsen von Ein- und Auslaßstutzen können je
nach der Ausführung der Steuerung verschieden groß sein. Das überschneidungsdiagramm
der Öffnungszeiten von Einlaß und Auslaß ergibt sich aus den Abb. 3 bis B. Die Zeiten
sind, in erster Linie durch die Größenverhältnisse zwischen Kanal i i und Einlaß
13 bz«-. Auslaß 14 sowie durch .die Breite der Wand ig des Zylinderdeckels festgelegt.
Bei aufgeladenen Maschinen sind die Überschneidungszeiten im allgemeinen größer
als bei Maschinen ohne Aufladegebläse.
Bei aufgeladenen Maschinen
kann die `Tand i9 des Zylinderkopfes infolgedessen auch schmaler sein als bei Maschinen
ohne Aufladegebläse. Bei Eröffnung des Einlasses ist der Druck im Zylinderinnern
bereits so weit abgesunken, daß die Abgase nicht mehr in den Einlaß eindringen können,
sondern von der unter größerem Druck einströmenden Luft (bzw. .dem Gemisch) daran
gehindert werden. Dagegen tritt diese Luft zum Teil auch noch in den Auslaß und
sorgt indirekt für eine gute Spülung .des Zylinders. Dive öffnungszeiten können
indes auch noch durch Verstellung von Flachschieher 2 und, Verteiler 9 zueinander
geändert werden. Beispielsweise braucht hierzu bei einer gegebenen Stellung des
Drehverteilers 9 der Flachschieber 2 um einige Winkelgrade in dem einen. oder anderen
Sinn auf der Welle 7 verkeilt zu werden, so daß die Aussparung 3 des Flachschiebers
2 die Verbindung zwischen dem Brennraum 12 und dem Verteiler 9 früher oder später
herstellt. Auf diese Weise läßt sich eine Feinregelung der öffnungs- und Überschneidungszeiten
erzielen.
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Der Verteiler 9 kann mit einer vorzugsweise durch seine Drehungsachse
gehenden oder parallel zu dieser verlaufenden Trennwand :28 versehen sein, durch
die bei Überschneidung von Ein- und Auslaß ein dauerndes unmittelbares Überströmen
von Gemisch oder Ladeluft vom Einlaß in den Auslaß verhindert und die Spülwirkung
erhöht werden soll.
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Nimmt der Verteiler 9 eine Mittelstellung zwischen Einlaß 13 und Auslaß
14 ein, derart, daß die Trennwand 28 sich gegen die Wand i9 des Zylinderdeckels
legt, so wird der eintretende Gasstrom auf der nach dem Eintritt 13 zu liegenden
Seite der Trennwand 28 gegen den Kolben zu gelenkt, während die Abgase auf der anderen
Seite der Trennwand 28 in den Auslaß gelangen. Auf diese Weise wird für eine kräftige
wirksame Spülung ges Zylinders gesorgt. Dieser Vorgang bleibt während der Überschneidung
von Auslaß und Einlaß so lange bestehen, wie die Trennwand 28 sich an der Gehäusewand
i9 vorbeibewegt.
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Die Abb. 1o und ii zeigen die Anordnung des Erfindungsgedankens bei
einem luftgekühlten Zylinder. In der Anordnung von Flachschieber 2 und Verteiler
9 zueinander hat sich nichts geändert.
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Der Antrieb erfolgt von der Kurbelwelle aus über ein Zahnrad 20 und,
ein Zwischenrad 21 auf das Zahnrad 8, von dem Zahnrad 8 einerseits unmittelbar auf
das mit dem Verteiler 9 fest verbundene Zahnrad io und andererseits mittels über
die mit dem Zahnrad 8 fest verbundene Welle 7 auf den auf letzterer aufgekeilten
Flachschieber 2. Am oberen Teil des Zylinders i sowie am Zylinder-]Zopf 22 sind
Kühlrippen 23, 2.1 angebracht, von denen die Rippen 23 zwischen zwei Wänden 25,
26 auf einem größeren Teil des Zylinderumfanges waagerecht und die Rippen 2.4 zwischen
diesen Wänden 25, 26 auf dem übrigen kleineren Teil des Zylinderumfanges nach außen
schräg aufwärts verlaufen. Die Richtung der Rippen 24 schräg aufwärts hat den Vorteil,
daß zu gleicher Zeit für eine gute Wärmeabfuhr von dem Flachschieber wie von dem
Verteiler 9 her gesorgt ist.
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Die Anordnung von Flachschieber und Verteiler gemäß der Erfindung
läßt sich sowohl bei Vergaser- wie bei Einspritzmaschinen, insbesondere Dieselmaschinen,
und bei entsprechender Änderung der Drehzahl von Flachschieber und Verteiler auch
bei Dampfmaschinen verwenden. Bei Einspritzmaschinen könnte die Einspritzung u.
a. in den Verbrennungsraum oder in .den Kanal i i des Drehverteilers 9 erfolgen
und die Einspritzdüse demgemäß in den Verbrennungsraum 12 einmünden bzw. im Einlaß
13 vor dem Kanal i i angeordnet sein. In Abb. 2 ist die Lage von Einspritzdüse 33
und Zündkerze(n) 27 beispielsweise angedeutet.