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Zweitakt-Fahrzeugmotor Die Erfindung bezieht sich auf Zweitakt-Fahrzeugmotoren
mit Gleichstromspülung, bei denen z. B. die Spülluft durch Schlitze in den Zylinder
eingeblasen und durch im Zylinderkopf befindliche, durch eine Nockenwelle gesteuerte
Auslaßventile ausgeblasen wird. Motoren dieser Art werden in zunehmendem Maße in
Schwerlastkraftw.aigen eingebaut. Für derart schwere Fahrzeuge, insbesondere für
Lastzüge, genügen die bisher üblichen Reibungsbremsen nicht mehr, da sie, nicht
die bei langen, steilen Talrdahrten erforderliche Bremsileistung aufzubringen vermögen
und auch nicht d.ie erforderliche Betriebssicherheit bieten. Aber auch die übliche
Motorbremsung durch Mitschleppen des Motors von den Fahrzeugrädern her genügt, insbesondere
bei Zweitaktmotoren, nicht mehr den heutigen Ansprüchen.
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Um diesem Maiigel abzuhelfen, hat man elektrische Bremsen, die auf
dem Wirbelstromprinzip beruhen, geschaffen. Diese sind aber auerordentlich kostspielig.
Außerdem bereitetes Schwierigkeiten, die'bei diesen Bremsen auftretenden großen
Wärmemengen schnell genug abzuleiten, so daß eine unerwünscht starke Erhitzung von
Konstruktionsteilen in Kauf genommen werden muß.
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Die Erfindung weist nun einen neuen Weg, wie bei schweren Fahrzeugen,
die mit Zweitaktmotoren der eingangs genannten Art ausgerüstet sind, unter Anwendung
einfachster Mittel und betriebssicher große Bremsleistungen erreicht werden können,
ohne daß eine unerwünschte Wärmestauung oder ein Überdrehen des Motors eintritt.
Dies wird in erster Linie dadurch erreicht, daß die den Auslaß steuernden umlaufenden
Steuerglieder, z. B. die die Auslaßventile betätigende Nockenwelle, während ihmes
Umlaufens verdreht werden können und daß allein durch dieses Verdrehen der Öffnungsbeginn
der Ausl.aßorgane in einem Bereich regelbar ist, der sich von
dem
normalen Öffnungsbeginn his wenigstens annähernd zum oberen Totpunkt erstreckt.
Der Erfindung liegt nämlich die Erkenntnis zugrunde, d.aß sich ein Zweitaktmotor
der eingangs genannten Art mit @geringstem konstruktivem Aufwand in einen gesteuerten
Zweitaktkompressor umwandeln läßt. Die Steuerung erfolgt dabei in der Weise, daß
je nachdem, wie stärk gebremst werden soll, der Öffnungsbeginn der Auslaßorgane
mehr oder weniger nach dem oberen Totpunkt hin verlegt wird, so daß die Bremswirkung
stufenlos regelbar ist. Größte Bremswirkungen erreicht man, wenn die Öffnung der
Auslaßorgane in der Nähe des oberen Totpunktes erfolgt, so daß am Ende jeden Kompressionshubes
die verdnchtete Luft nahezu vollständig entweicht und daher beim darauffolgenden
Abwärt.sgang des Kolbens keine Arbeit leistet. Die vom Kolben geleistete Verdichtungsarbeit
tritt daher nahezu vollständig als Bremsarbeit in Erscheinung, wobei die bei der
Verdichtung anfallende Wärme durch die entweichende Luft jeweils wieder abgeführt
wird. Die Auswertung dieser Erkenntnis gemäß der Erfindung hat zu überraschenden
Ergebnissen geführt. Es zeigte sich, daß schwere Lastwagen, wenn die Zweitaktmotoren
durch Verdrehen der Nockenwelle auf Kompressorbetrieb umgestellt werden, kilometerlange
Strecken steil bergab fahren können, ohne daß der Fahrer die Fußbremse zu betätigen
braucht, die eine Bremsreserve für den Fall der Gefahr bildet. Dabei lief der Motor
mit einer Drehzahl, die weit unter seiner Höchstdrehzahl lag, so daß beliebig lange
Bremsfahrten ohne schädlichen Einfluß auf den Motor blieben. Es trat auch an keiner
Stelle des Motors eine ungewöhnliche Erwärmung ein.
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Die Erfindung ist nicht nur bei Zweitaktmotoren mit Ausl:aßventilen
und Nockenwelle anwendbar, sondern auch bei solchen Zweitaktmotoren, bei denen in
jedem Zylinderkopf ein Drehschieber als Auslaßorgan für die Spülluft vorgesehen
ist. In diesem Falle wird, wenn man bremsen will, der Drehschieber während seines
Umlaufens in der Weise verdreht, daß er in der Nähe des oberen Totpunktes zu öffnen
beginnt. Die Anwendung ,der Erfindung bei Zweitaktmotoren mit Drehschiebersteuerung
bringt den Vorteil, daß man den Öffnungsbeginn genau in den oberen Totpunkt oder
unmittelbar vor diesen verlegen kann, wodurch sich eine optimale Bremswirkung erzielen
läßt, während man bei AuslaB-ventilen ,den Öffnungsbeginn gewöhnlich wenigstens
so weit hinter den oberen Totpunkt verlegt, daß im Hinblick auf den erforderlichen
kleinen schädlichen Raum ein Zusammenstoßen zwischen dem durch den oberen Totpunkt
gehenden Kalben und dem nach innen öffnenden Ventilteller vermieden wird.
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Andererseits bringt die Anwendung der Erfindung bei einem Zweitaktmotor
mit Auslaßventil und Nockenwelle einen besonderen Vorteil. Es hat sich nämlich gezeigt,
daß das Verdrehen der Nocken-,velle, das mittels einer vom Fahrer zu bedienenden
Handhabe erfolgt, nur dann möglich isst, wenn der Motor läuft, da bei Stillstand
des Motors der von den Ventilfedern herrührende, auf die Nocken wirkende Druck der
Ventilspindel-ii einen zu großen Widerstand gegen das Verdrehen der Nockenwelle
hervorruft. Wenn daher nach Beendigung der Talfahrt, während deren sich die Nockenwelle
in Bremsstellung befindet, der Wagen angehalten und der Motor bei eingeschaltetem
Getriebegang stillgesetzt wird, so kann die Nockenwelle nicht mehr von Hand aus
ihrer Bremsstellung in die Betriebsstellung gedreht werden. Es :ist .also ohne weiteres
die Wirkung einer Feststellbremse erreicht. Selbst wenn daher .der Fahrer beim Verlassen
des Wagens versäumt hat, die Handbremse zu ziehen oder wenn die Handbremse ausgefallen
ist, so. kann sich der einmal stillgesetzte Wagen auch auf abschüssiger Bahn dank
.der Bremsstellung der Nockenwelle nicht in Bewegung setzen. Dies bedeutet eine
beachtliche Herabminderung der Unfallgefahr.
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Zur Verdrehung der N ockenwelle oder des Drehschiebers während des
Umlaufens kann ein an sich bekanntes Mittel angewandt werden, z. B. kann man -das
Antriebszahnrad der Nockenwelle, statt es fest mit der Nockenwelle zu verbinden,
als Mutter ausbilden, in deren Gewindegängen eine mit entsprechendem Außengewinde
versehene Muffe geführt ist, die auf der Nockenwelle uridrehbar, aber mittels eines
in eine Ringnut eingreifenden Hebels längs verschiebbar ist.
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Vorteilhaft ist es, zur Verdrehung der Nockenwelle oder des Drehschiebers
hydraulische oder pneumatische Mittel anzuwenden, indem z. B. die Verschiebung der
erwähnten Muffe mittels eines von Drucköl oder Druckluft beaufschlagten Kolbens
erfolgt. Verwendet man Druckluft, so kann eine solche Steuerung vorgesehen sein,
daß gleichzeitig mit der zum Zweck des Bremsens erfolgenden Verdrehung der Nockenwelle
die auf die Räder des Anhängers wirkenden Druckluftbremsen betätigt werden. Dies
braucht nicht mit dem vollen Bremsdruck zu geschelien, da es nur darauf ankommt,
zu vermeiden, .d.a@ß beim Einsetzender Motorbremsung der Motorwagen den gesamten
,durch die Verzögerung des Anhängers hervorgerufenen Schub aufnehmen muß.
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Gemäß einem weiteren Schritt der Erfindung wird nun bei der erwähnten
Muffe der Windungssinn des Gewindes so gewählt, daß das Antriebszahnrad, wenn es
v an der Kurbelwelle des Motors angetrieben wird, das Bestreben hat, .die Muffe
in die Stellung zu verschieben, die der Betriebsstellung der '-i\rockenwelle entsprücht.
Dies bringt den folgenden Vorteil: Wenn der Motor stillgesetzt worden war, während
sich die Nockenwelle in ihrer Bremsstellung befand, so wird beim Wiederanlassen
des Motors die Nockenwelle durch das von der Kurbelwelle in Bewegung besetzte Zahnrad
sofort in die Betriebsstellung übergeführt. Dem Fahrer wird es daher erspart, beim
Anlassen des Motors d ie Nockenwelle in Betriebsstellung zu drehen.
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Wenn ein Zweitaktmotor nach dem Verdrehen der Nockenwelle oder des
Drehschiebers gemäß der Erfindung als Kompressor arbeitet, so erhöht sich der Spülluftdruck,
,da -dann während des größten Teiles der Zeit, während der die Spüllufteinlaß.schlitze
geöffnet sind, die Auslaßschl.itze geschlossen sind, wobei
das
Spülluftgebläse die Luft nicht durch die Zylinder hindurclispült, sondern sie in
die Zylinder hineinpreßt. Infolgedessen erhöht sich das zum Antrieb des Spülluftgebläses
aufzubringende Drehmoment und damit .das Bremsdrehmoment. Damit aber der Druck nicht
unzulässig anwächst und womöglich Schaden am Gebläse verursacht, empfiehlt es sich,
in die Druckleitung des Gebläses ein Überdruckventil einzubauen, das den Luftdruck
in zulässigen Grenzen hält.
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Zweckmäßig wird man .die Mittel zum Verdrehen der Nockenwelle in der
ZVeise mit der Brennstoffzuleitung koppeln, daß, wenn die Nockenwelle in die Bremsstellung
verdreht wird, die Brennstoffzufuhr zu den Zylindern abgeschaltet wird.
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In der Zeichnung ist die Erfindung beispielsweise erläutert, und zwar
zeigt Fig. i einen Querschnitt durch einen Motor, wie er für die Anwendung der Erfindung
in Frage kommt; Fig. 2 ist ein Steuerdiagramm; Fig. 3 zeigt eine Einrichtung zum
Verdrehen der Nockenwelle des Motors teilweise im Schnitt.
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In Fig. i ist mit i der Zylinderdes Motors, mit 2 der Kolben, mit
3 die Laufbüchse des Zylinders und mit d. das Spülluftgebläse bezeichnet. Dieses
fördert die Spülluft im Sinne der eingetragenen Pfeile und drückt sie durch die
Schlitze 5 der Laufbüchse' 3 in den Zylinder, wenn der Kolben 2 die Schlitze bei
seinem Abwärtsgang freigegeben hat. Die Spülluft entweicht dann beim normalen Motorbetrieb
im Gleichstrom durch das im Zylinderkopf befindliche Auslaßventil 6, das durch die
Nockenwelle 7 gesteuert wird.
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Gemäß der Erfindung wird nun die Nockenwelle 7 zum Zweck des Bremsens
während,ihres Umlaufens in der Weise verdreht, daß,d'er Öffnungsbeginn vorverlegt
wird.
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Das Steuerdiagramm nach Fig. 2 zeigt den Kurbelkreis, an dem der untere
Totpunkt mit UT und der obere Totpunkt mit 0T bezeichnet ist und die Drehrichtung
durch den Pfeil angegeben ist. Das Öffnen des Auslaßventiils 6 erfolgt,im normalen
Motorbetrieb im Punkt A, kurz bevor beim Abwärtsgang des Kolbens die Schnitze- 5
freigegeben werden. Durch die erwähnte Verdrehung der Nockenwelle 7 kann man den
Öffnungsbeginn des Auslaßventils 6 z. B. in den oberen Totpunkt 0T verlegen, so
daß am Ende dies Kompressionshubes das Ventil geöffnet wird und die verdichtete
Luft entweicht. In diesem Fall wird praktisch die größte Bremswirkung erzielt. Man
hat es aber in der Hand, die Bremswirkung stufenlos zu regeln, indem man den Öffnungsbeginn
des Ventils 6 nicht bis zu dem oberen Totpunkt verlegt, sondern z. B.,in den Punkt
B. Die Bremswirkung ist dabei um so geringer, je weiter sich der Punkt
B von 0T entfernt. Es ergibt sich sonach für das stufenlose Regeln der Bremswirkung
ein Bereich, der durch den Winkel a gekennzeichnet ist.
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In Fig. 3 ,ist -die Nockenwelle mit 8 bezeichnet, die eine Verlängerung
9 besitzt, auf der eine Muffe io verschiebbar gelagert ist. Ein Keil i i verhindert
eine Drehung ,der Muffe Po gegenüber der Welle 9. Die Muffe io hat ein mehrgängiges
Steiilgewinde 12, das mit einem entsprechenden Innengewinde eines Zahnrades 13 im
Eingriff steht. Dieses ist unverschiebbar im Gehäuse 14 gelagert und wird durch
ein Zahnrad 15 angetrieben, das seinen Antrieb von der Kurbelwelle her erhält. Die
Muffe io besitzt an ihrem freien Ende eine Ringnut 16, in die ein im Punkt 17 gelagerter
Gabelhebel 18 eingreift.
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In der in Eig. 3 dargestellten Stellung der Muffe io liegt diese mit
ihrer linken Stirnseite an einem Widerlager i9 des Zahnrädes 13 an. Diese Stellung
entspricht dem normalen Motorbetrieb. Soll gebremst werden, so wird der Hebel 18
nach rechts geschwenkt, wodurch die Muffe io teilweise aus dem Innengewinde des
Zahnrades 13 herausgezogen und entsprechend der Steigungdes Gewindes die Nockenwelle
8 während dhres Umlaufens verdreht wird. Der Umlaufsinn der Nockenwelle 8 ist durch
den Pfeil 2o gekennzeichnet. Im gleichen Sinn läuft auch dias Zahnrad 13 um (vgl.
den Pfeil 21).
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Der Windungss,inn des Gewindes 12 .ist nun so gewählt, daß das umlaufende
Zahnrad 21 das Bestreben hat, die Muffe io nach links zu schieben, also sie aus
der Bremsstellung in die in Fig. 3 dargestellte Motorbetriebsstellung zu überführen.
Infolgedessen wird, wie schon oben erwähnt wurde, diie Nockenwelle, wenn sie sich
-beim Stillsetzen des Motors in Bremsstellung befand, beim Wiederanlassen des Motors
selbsttätig in die Betriebsstellung übergeführt. Wie weiterhin auch schon bemerkt
wurde, kann die Verschiebung der Muffe io auch durch hydraulische oder pneumatische
Mittel erfolgen, indem z. B. ein von Druckluft beaufschlagter Kolben auf den Gabelhebel
wirkt.