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Brennkraftmaschine, insbesondere mit Leichtbrennstoffen betriebene
Sechstaktmaschine mit einem zusätzlichen Spül- bzw. Kühlhub Die, Erfindung befaßt
!sieb mit dem Problem einer möglichst hohen thermischen Entlastung von Brennkraftmaschinen,
insbesondere von mit Leichtbrennstoffen betriebenen Sechstaktmaschinen mit einem
zusätzlichen Spül- und Kühlhub. Die Erfindung besteht in der Anordnung eines außerhalb
des Zylinderraumes, insbesondere an einem gemeinscbaftlichen Ein- und Auslaßkanal
liegenden Drehachiebers und eines an der Einmündung dieses Kanals in den Brennraum
liegenden Ventilkolbens. Was den Betrieb insbesondere einer solchen Maschine als
Sechstaktmaschine betrifft, geht man von der Erwägung aus, @daßdurch den Sechstaktbetrieb
schon rein theoretisch, 331/30/0 weniger an Brennstoff pro Zeiteinheit verbraucht
werden. Dieser Idealwert wird zwar in der Praxis nicht erreicht werden. können,
doch liegt eine Ersparnis von etwa zo % durch die Erfindung im Bereich der Möglichkeit.
Man kann die Wärmeverluste mit etwa -z3 0/a annehmen. Bei Benzinbetrieb- ist mit
den gewöhnlich verwendeten Kraftstoffen niedriger Oktanzahl eine Verdichtung bis.
zu z : 6 klopffrei möglich. Das ergibt bei einem Viertaktmotor normaler Bauart einen
Mitteldruck von etwa 6 kg/cm2. Der gleich große Sechstaktmotor müßte dann einen
solchen von etwa 9 kg/cm2 erreichen, damit er auf
,die gleiche Leistung
kommt. Dieser Mitteldruck erfordert ein Verdichtungsverhältnis- von angenähert i
: g-. Voraussetzung für eine so hohe Verdichtung ist die Entfernung aller Glühstellen
sowie der ,heißen Restgase am Ende des Auspuffhubes.
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Durch. ..den Ersatz der üblichen Tellerventile durch einen Ventilkolben
sind störende Glühflächen vermieden, und die heißen Restbase werden durch zwei zusätzliche
Spültakte beseitigt. Der Ventilkolben überläuft einen einzigen. Ein.- und Ausl.aßschltz
und schützt den vorgeschalteten Drehschieber vor dem Expansionsdruck. Der Drehschieber
ist zur Steuerung des eigentlichen Gaswechsels vorgesehen und zusätzlich, thermisch
dadurch noch entlastet, daß er aus einer Anzahl Blechlamellen derart zusammengesetzt
ist, daß zwischen diesen jeweils ein Luftspalt verbleibt. Durch diesen Schieberaufbau
ist erreicht, da,ß die Wärmeströmung, insbesondere des Auslaßhubes von der einen
Schieberseite auf die andere stark abgebremst wird. Es wird der Schieber bei jedem
Arbeitsspiel von sechs Takten auf jeder Seite aufgeheizt und wieder abgekühlt. Bei
dieser Schieberkonstruktion erreicht man gleichzeitig .am äußeren Umfang eine sehr
wirksame Labyrinthdichtung, und es kann. der Drehschieber mit verhältnismäßig großem
Laufspiel eingebaut werden, weil eine Wandberührung zur Herbeiführung des Abdichtvorganges
nicht erforderlich ist. Durch .das Einfügen der Spültakte ergibt sich auch ein Vorteil
bezüglich der Luftfilterung, weil wahrend des Ausstoßhubes beim Spülvorgang das
Filter saubergeblasen wird. Außerdem enthält die ausgestoßene Luft so viel Öldampf,
daß eine selbsttätige, s.tändige Benetzung der Filterlabyrinthe-,sichergestellt
ist. Man kommt auf diese Weise also mit einem wartungsfreien, einfachen und billigen
Luftfilter aus.
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Die Zuführung des Brennstoffes erfolgt zweckmäßig,duTch. eine normale
Förderpumpe oder durch natürliches Gefälle durch die Schieberkammer. Die Zuteilung
des Brennstoffes auf ;die einzelnen Zylinder wird mit einem elektrisch gesteuerten
einfachem Nadelventil bewirkt. Es kann. im: Rahmen Ader Erfindung auch ein beliebiges
anderes Einspritzverfahren gewählt werden; doch sind, beim Erflnidungsgegenötand
die sonst üblichen, baulich komplizierten, teuren und kraftverzehrenden Einrichtengen
zur Einspritzung des Brennstoffes nicht erforderlich. Außerdem kann bei. dem geschilderten
Sechstaktvexfahren mit einer wesentlichen Herabsetzung,der Drehzahlen, von Nockenwelle
und Drehschieber .gerechnet werden. Die Nockenwelle läuft mit nur 1/s und der Drehschieber
mit nur l/s der Kurib-el`veldendreh@z,ähl um.-Der Zeitpunkt des Einspritzens. und
die Öffnungsdauer des Brennstoffventils sind während des Laufes regelbar und: können
den Bedürfnissen ,des Motors jeweils angepaß.t werden. Der Sechstaktbetrieb bringt
außerdem eine wesentliche Verbesserung der Drehsch.wingungsverhältnisse.
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In der Zeichnung ist die Erfindung in einem Ausführungsbeispiel dargestellt,
und zwar zeigen Abb. i bis 6 das Arbeitsschema der Sechstaktmaschine mit den zum
jeweiligen Arbeitstakt gehörigen Nockenventilkolben- und Drehschieberstellungen,
Abb. 7 einen Längsschnitt durch den Zylinderkopf ,der Brennkraftmaschine mit Ventilkolben,
Drehschieber und! Einspritzvorridhtung in einem größeren Maßstab, Abb. 8 die Steuervorrichtung
für die Einspritzvorrichtung nach Abb. 7, Abb. g eine Einzelheit zu Abb. 7; und
zwar einen Luftdurchtrittsquerschnittregelischieber in Draufsicht.
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In allen Ausführungen ist mit i der Zylinder und, mit 2 der Arbeitskolben
der Brennkraftmaschine bezeichnet. Der einzige im Zylinderkopf vorhandene Ein- und
Auslaßkanal ist mit 31 gekennzeichnet, und dieser wird durch einen Ventillzolben
4 gesteuert, der einen. Schlitz 5 überläuft. Die Bewegung des -Ventilkolbens 4 erfolgt
einerseits durch einen Nocken 6 und andererseits durch eine Rückfüh.rfeder 7. Weitenhin
l.iegt am dem Kanal 8 vor dem Schlitz 5 ein Drehschieber g für ,die Steuerung :der
Lufteinlaßlei.tung io und der Auspuffleitung i i. In die Lufteinlaßleitung io ist
die Einspritzvorrichtung 12 und im Zylinderraum die Zündvorridhtung 13; vorgesehen..
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Wie die Abb.7 zeigt, besteht die Einspritzvorrichtung aus dem Düsenkörper
12, liessen Einspritzdüsenmünclung 14 durch ein Nadelventil 15 gesteuert wird. Die
Steuerung der Ventilnadel 15 geschieht elektrisch -durch eine Solenoidsp.ule 16,
in die ein Kernstück 17 der Ventilnadel 15 eintaucht, Das Bewegungsspiel der Nadel
15 wind durch einten verstellbaren Anschlag 18 begrenzt. Die Spule 16 ist durch
die Drahtleitung ig an eine Stromquelle 2o gelegt, an der ein Kontakt 21 angeschlossen
ist (Abb.,8i). Dieser steht ,durch einen federnden Gleitkontakt 22 mit einer Schaltwalze
23 in Verbindung, die mit der Motornockenwelle 24 umläuft. Es isst die Schaltwalze
23 mittels einer Keilstiftkupplung 25, 26 in dem hohl gehaltenen Nockenwellenende
24 axial verschiebbar gelagert und steht unter dem Einfluß einer Rückführfeder 27.
Durch einen doppelarmigen Hebel 28 kann die Schaltwalze 233 entgegen der Kraft der
Rückführfe(der 27 axial
verschoben werden. Die Schaltwalze 23 weist eine ringförmige,
metallische Kontaktfläche 29 auf, die geigen die Nockenwelle 24 zu in eine Zunge
29a übergeht. Die Kontaktfläche ist an die Masse angeschlossen.
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Die Wirkungsweise der geschilderten, Anordnung ist folgende: i. Takt
(Abb. i) : Die Verbrennung der Ladung mit darauffolgender Expansion und Abwärtsbewegung
des Arbeitskolbens 2. Der Ventilkolben sperrt den Schlitz 5 ab und der Drehschieber
g gibt den Auslaß'kanal i i gegen Ende des Arbeitshubes frei-.
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2. Takt (Abb. 2) : Auspuff. Also Aufwärtsbewegung -dies, Arbeitskolbens
2. Der Ventilkolben: 4 hat den Schlitz 5 unid,der Drehschieber gi,den Auslaßkanal
i i freigegeben. Die Verbrennungsgase
werden zum größten Teil aus
dem Zylinderraum n ausgeschoben und strömen :durch den Schlitz 5, den Kanal 8 und
den Auslaßk.anal i i aus.
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3. Takt (Abt. 3) : Neue Abwärtsbewegung des Arbeitskolbens 2 bei durch.
den Drehschieber 9: geöffnetem Einlaßkanal io und .durch den Ventilkolben 4 freigegebenem
Schlitz 5. Es wird die zur endgültigen Ausspülung dies Zylinderraumes i dienende
Spülluft angesaugt.
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t)
4. Takt (Abt. 4) : Aufwärtsbewegung des Arbeitskolbens 2
bei durch (den Ventilkolben 4 geöffnetem Schlitz 5 und durch. den Drehschieber 9
geöffnetem Kanal io. Die Restgase werden mit Hilfe der vorher angesaugten Spülluft
aus dem Zylinder i und dem Kanal io ins Freie ausgeschoben.
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5. Takt (Abt.. 5) : Abwärtsbewegung des Arbeitskolbens 2 bei geöffnetem
Einlaßkanal io. und freigegebenem Schlitz 5. Einsaugen einer neuen Verbrennungsladung
mit gleichzeitigem Ansaugen von Brennstoff in den Einlaßkanal i o durch :die Düse
12 innerhalb einer bestimmten Zeit.
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6. Takt (Abt. 6) : Abwärtsbewegung des ArbeitskoIben.s 2 bei geschlossenem
Schlitz 5 und, geschlossenem Ein- und Auslaßkanal io, ii. Verdichtung der Ladung
und Zündung :gegen Ende des Verdichtungshubes durch. ,die Zündkerze 13.
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Der Vorteil einer solchen Arbeitsweise ist offensichtlich. Beim Viertaktmotor
steht zur inneren Kühlung nur der Ansau:gehub zur Verfügung. Beim Sechsta@ktmotor
sind drei Hübe für die innere Kühlung wirksam. Außerdem wird durch. die Arbeitsweise
im Sechstakt jedem Zylinder in der gleichen Zeiteinheit weniger Brennstoff und somit
auch weniger Wärme zugeführt, und es stehen für die Außenkühlung ebenfalls zwei
Takte mehr zur Kühlung zur Verfügung als bei einem gleich großen Viertaktmotor.
Aus allen diesen Gründen eignet sich der Erfindungsgegenstand. für luftgekühlte
Motoren besonders gut. Außerdem muß man bei den bisher üblichen, thermisch hoch
belasteten, luftgekühlten Motoren den Kopf aus Leichtmetall herstellen,
um eine ausreichende Wärmeabfuhr zu erzielen. Beim Erfindungsgegenstand dagegen
kann man ohne Glühzündungsgefahr Graugußköpfe verwenden. Man kann eine Maschine
mit der oben geschilderten Schieber- und Ventilkolbenanordnung auc im Viertakt laufen
lassen. Dann empfiehlt es sich, eine Wasserkühlung zu verwenden, weil beim Viertaktbetrieb
der Wärmeanfall so groß ist, @daß man ,diesen mit der Luftkühlung nicht mehr beherrscht.
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Die Steuerung der Einspritzdüse erfolgt, wie bereits erwähnt, elektrisch
dadurch, d@aß der Gleitkontakt 22 den elektrisch leitenden Belag 29, 29a
(Abt. 8) der Schaltwalze 23 überläuft. Dadurch schließt sich der Zündstromkreis
des Solenoids 16, und die Düsennadel i#5 wird in ihre öffnung:sstellung gezogen,
bis sie am Anschlag 18 einen Widerstand findet, wobei der Saugzug :der von der Leitung
io durch den Kanal 8 nach dem Schlitz 5 strömenden; Verdichtungsluft Brennstoff
aus der Düse 14 mit in den Zylinder reißt. Der Brennstoff fließt der Düse 12 durch
die Leitung 30 stetig zu. Durch die zungenartige Ausbildung des stromleitenden Belages-29,
29a auf der Schaltwalze 23 und. durch die axiale Verschiebbarkeit der Schaltwalze
23: ist Odile Öffnungszeit der Einspritzdüse veränderlich gemacht. Die Düse i2 bleibt
um so länger offen, je größer die Strecke ist, welche der Schleifkontakt 22 auf
dem Belag 2,91, 2ga überlaufen muß. Die Verschwenkung des Hebels 28 im Uhrzeigersinn
hat also eine Verlängerung der Einspritzzeit zur Folge, und umgekehrt. Die Verstellung
des Hebels 28 kann von Hand oder von einem Regler automatisch in Abhängigkeit von
einer beliebigen Funktion der Brenukraftmaschine erfolgen. Für gewöhnlich erfolgt
die Regelung in Abhängigkeit von,der Drehzahl..
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Die Zündvorrichtung 13 ist zweckmäßig unmittelbar unterhalb der Ventilkolbenlaufbahn
in einer kegelförmigen Nische 31 untergebracht. Diese Anordnung hat den Vorteil,
.daß auch die Zündkerze durch die durch den Kanal 3 hindurchströmende Kühl- und
Aufladeluft wirksam gekühlt wird. Eine wirksame Kühlung des Kolbenventils wird erzielt,
wenn man dieses hohl ausführt und den HahJraum zum Teil mit Natrium oder Ouecks.ilber
füllt.
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Eine weitere, Gemischregelung kann man dadurch erzielen, daß man in
Höhe der Brennstoffdüse im Einströmkanal io ein Absperrglied, z. B. wie Ü:ie Abb.
7 und 9 zeigen, einen Absperrschieber 32 anordnet, der entweder willkürlich von
Hand verstellt werden kann oder der nach dem Ausführungsbeispiel von. Abb. g mit
dem Verstellgestänge des Hebels 28 für die Verstellung der Sohaltwalze 23 gekuppelt
ist, derart, daß bei einer Verstellung der Schaltwalze 23 für eine Vermehrung der
Brennstoffmenge auch der Überströmquerschnitt vor der Düse 12 vom Kanal io nach
dem Drehsch.iebergebäuse gedrosselt wird. Dies hat den Vorteil, daß auch bei ;geringerer
Drehzahl der Maschine oder bei deren Leerlauf eine hohe Strömungsgeschwindigkeit
der Luft vor der Düsenmündung io aufrechterhalten bleibt und die richtige Gemischbildung
sichergestellt ist.
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Was den Ventilkolben 4. betrifft, kommt man gegebenenfalls auch ohne
die Feder 7 aus, wie die Abb. 7 zeigt, wenn man den Kolben 4 mit einem oberen Bun@dring
33 versieht und diesen in einen Druckrauen 34 laufen läßt. Gegebenenfalls kann man
die Düsennadel auch pneumatisch oder mechanisch steuern. Man kann idie Schaltwalze!
23 auch mit dem Zündverteiler auf einem gemeinschaftlichen Läufer anordinen., -da
Zündverteiler und Schaltwalze mit der gleichen Drehzahl umlaufen.