DE900503C - Brennkraftmaschine, insbesondere mit Leichtbrennstoffen betriebene Sechstaktmaschine mit einem zusaetzlichen Spuel- bzw. Kuehlhub - Google Patents

Description

• 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.
• 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.
• 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.
• 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.
• 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..
• 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.
• 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-.
• 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.
• 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.
• 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.
• 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.
• 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.
• 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.
• 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..
• 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.
• 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.
• 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.

Claims (1)

1. PATENTANSPRÜCHE: i. Brennkraftmaschine, insbesondere mit Leichtbrennstoffen betriebene Sechstaktmasdhine mit einem zusätzlichen, Spül- bzw. Kühlhub, gekennzeichnet,durch einen außerhalb des Zylinderraumes (i) liegenden Drehschieber (9), der durch einen an der Mündung des zum Brennraum führenden Schlitzes (5) vorgesehenem Ventilkolben (4) mechanisch und thermisch entlastet ist. z. Brennkraftmasehi:ne nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, !daß der Zylinder (i) einen gemeinschaftlichen Ein- und Auslaßkanal (3) im Zylinderkopf aufweist, von welchem ein durch einen Ventilkolben (4) überlaufener Schlitz (5) nach dem Drehsch.iebergehänse führt, in das sowohl der Frischlu£teinlaßkanal (io) einmündet und von welchem auch der Auspuffkanal (i i) abzweigt. 3. Brennkraftmaschine nach den Ansprüchen i und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Drehschieber (9) aus einem Lamellenpaket bestecht, dessen Lamellen in einigem Abstand voneinander .angeordnet sind, so daß sich zwischen diesen ein Luftspalt befindet, und.. sich neben der Lzftspaltwärme.isolierung eine Labyrinthdichtung am Schieberumfang ergibt. 4. Brennkraftmaschine nach, den Ansprüchen; i bis. 3, dadurch gekennzeichnet, daß in den Einlaßkanal (io) vor dem Drehschieber (9) eine Brennstoffdüse (12) hineinragt, deren Düsennadel (15) in Abhängigkeit von der Nockenwellendrehzahl (24) gesteuert wird, und daß -der Brennstoff oder Düse (12) durch eine Brennstoffleitung (30) stetig durch .Gefälle zufließt. Brennkraftmaschine nach den Ansprüchen i bis 4, dadurch gekennzeichnet, @daß die Steuerung der Brennstoffdüsennadel (15) durch eine axial verschiebbare Schaltwalze (23) mit einem in axialer Richtung -sich verjüngenden Kontaktbelag (29, 2911) elektrisch erfolgt, wobei oder letztere, je nach der axialen Einstellung der Schaltwalze (2&) mehr oder weniger lang von einem die Düsennadel (12, 15) steuernden Schleifkontäkt (22) überlaufen wird. 6. Brennkraftmaschine nach den Ansprüchen i bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß als Absperrglied für die Brennstoffdüse (112, 14) vor einem verstellbaren Anschlag (18) mit axialem Spiel eine Ventilnadel (12, 15) innerhalb eines Düsenkörpers (12) angeordnet ist, die Ventilnadel. (i2) einen innerhalb einer Solenoidspule (16) liegenden Tauchkern (17) aufweist und das Solenoid (16) von dem auf der Schaltwalze (23) gleitendlen Schleifkontakt gesteuert wird. 7. Brennkraftmaseh.ine nach den Ansprüchen i bis. 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstellung der Schaltwalze (23) für die Brennstoffdüse (12) durch einen willkürlich von Hand oder durch einen automatisch beein_ flußten Schwenkhebel (28) erfolgt. B. Brennkraftmaschine nach den Ansprüchen i bis 7, dadurch gekennzeianet, daß in Höhe der Düsenmündung (14) im Lufteinlaßkanal (io) ein; Absperrschieber (32) angeordnet ist, der z. B. mit dem Stellhebel (28) für die Schaltwalze (23) gekuppelt ist, derart, daß bei einer Verstellung der Schaaltwalle (23) für eine Brennstoffverminderung der Luftdurchtrittsquerschnitt an der Brennstoffdüse (12, n4) entsprechend gedrosselt wird" um eine hohe Strömungs,geschwindiigkeit auch bei geringer Drehzahl der Maschine aufrechtzuerhalten und gleichzeitig eine richtige Zusammensetzung des Brennstoff-Luft-Gemisches zu sichern. 9. Brennkraftmaschine nach den Ansprüchen i bis 8, dadurch gekennzeichnet, d@aß Schaltwalze (23) und Zündverteiler miteinander gekuppelt sind. io. Brennkraftmaschine nach. den Ansprüchen i bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß .die Zündvorrichtung (13) im Zylinderkopf in einer untaerhalb dier Ventilkolbenlaufbahn (3) vorgesehenen kegeligen Nische (31) angeordnet ist. i i. Brenokr.aftmaschine nach den Ansprüchen i bis io, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilkolben (4) pneumatisch gesteuert wird.