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Schiebergesteuerte Brennkraftkolbenmaschine Die Erfindung bezieht
sich auf schiebergesteuerte Brennkraftkolbenmaschinen jener Art, bei der die Öffnungen
in jedem der Zylinder mittels eines einzigen Schieberventils gesteuert werden, dem
eine kombinierte Schwing- und Hinundherbewegung erteilt wird, derart, daß jeder
Punkt der Schieberhülse gegenüber der Zylinderwandung eine Bahn durchläuft, die
abgewickelt ungefähr kreisförmig oder oval ist.
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Bisher hat man bei Verwendung der erwähnten Schieberventile zur Erzielung
eines geeigneten Zeitdiagramms für jede Öffnungsfreigabe pro Arbeitshub, d. h. zur
Erzielung eines Zeitdiagramms mit rascher Vergrößerung des Öffnungsbereiches in
der anfänglichen Öffnungsperiode und ähnlich rascher Verkleinerung des Öffnungsbereiches
in der Schließphase zwecks Sicherung einer guten Spülwirkung, jede der Öffnungen
in dem Zylinder und im Schieber etwa dreieckig ausgebildet, und zwar mit abgerundeten
Ecken dieses Dreieckes.
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Es sind die verschiedensten Verfahren angewendet worden, um derartige
Öffnungen in den Ventilschiebern zu erzeugen; so hat man z. B. Profilfräsen angewandt
oder die Öffnungen freihändig bzw. nach Schablone ausgefeilt; bestanden die Ventilschieber
aus gewissen Materialien, so wurden die Öffnungen auch durch Stanzen erzeugt. Die
Anwendung von Profilfräsen und das Feilen
von Hand nehmen verhältnismäßig
viel Zeit in Anspruch; beide Verfahren sind daher zur Anwendung in der Großfabrikation
wenig geeignet; andererseits kann das Stanzverfahren bei Ventilschiebern aus bestimmten
Baustoffen, wie z. B. Gußeisen, nicht zur Anwendung kommen.
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In vielen Fällen, insbesondere in jenen, in denen sehr kleine Maschinen
in großen Mengen fabriziert werden sollen, spielt die Zeitersparnis in der Fertigung
eine großeRolle; während dieZylinder solcher Maschinen, insbesondere wenn sie aus
Leichtmetall bestehen, im Spritzgußverfahren erzeugt werden können, wobei die Öffnungen
beim Spritzvorgang gebildet werden, derart, daß keine weitere Bearbeitung dieser
Öffnungen notwendig ist, läßt sich ein ähnliches rasches Herstellungsverfahren bisher
bei der Herstellung von Schieberventilen nicht anwenden, und zwar vornehmlich dann,
wenn diese Schieber aus nicht stanzbarem Material bestehen; dies gilt vornehmlich
für den Fall, daß die Schieber aus dünnem Gußeisen bestehen, das in mancher Beziehung
bei der Verwendung der Schieber in Zylindern, die im Spritzgußverfahren erzeugt
werden, wünschenswert und notwendig ist.
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Der Zweck der Erfindung besteht darin, diese Schwierigkeiten zu verringern
bzw. zu überwinden und die Aufgabe zu lösen, Schieberventile für Maschinen der erwähnten
Art und insbesondere für Kleinmotoren rascher und billiger zu erzeugen als bisher.
Die Erfindung ist in erster Linie anwendbar auf solche Brennkraftmaschinen, deren
Ventilschieber aus einem Metall bestehen, in dem sich die Öffnungen nicht durch
Stanzen erzeugen lassen; es ist aber selbstverständlich, daß die Erfindung dennoch
auch bei jenen Maschinen zur Anwendung kommen kann, deren Schieber aus stanzbarem
Baustoff bestehen.
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Gemäß der Erfindung weist jede Öffnung in jedem Schieber einer Brennkraftkolbenmaschine
der erwähnten Art eine kreisförmige Umfangsgestalt auf; die mit der genannten Schieberöffnung
zusammenwirkende Öffnung in der Zylinderwandung besitzt andererseits eine Umfangsgestalt,
bei der konvexe Abschnitte in den Öffnungsbereich hineinragen und je einen Krümmungsradius
haben, der demjenigen der Schieberöffnung annähernd entspricht; diese konvexen Abschnitte
sind einerseits an der Seite der Zylinderöffnung vorgesehen, über die eine Kante
der Schieberöffnung hinweggleitet, wenn die Schieberöffnung mit der Zylinderöffnung
in Deckung kommt, und die andererseits an der Seite der Zylinderöffnung, über die
die Kante der Schieberöffnung hinwegtritt, wenn diese sich von der Zylinderöffnung
entfernt. Es geht daraus hervor, daß ein beträchtlicher Bogenabschnitt des Umfanges
der Schieberöffnung über einen entsprechenden Bogenabschnitt des. Umfanges der Zylinderöffnung,
wie er von einem der konvexen Abschnitte gebildet wird, hinweggleitet in dem Augenblick,
in dem die Öffnungen miteinander in Verbindung kommen; in ähnlicher Weise gleitet
ein erheblicher Bogenabschnitt des Umfanges der Schieberöffnung über einen entsprechendem
Bogenabschnitt des durch den anderen konvexen Ansatz gebildeten Umfanges der Zylinderöffnung
'hinweg, sobald die Öffnungen wieder außer Verbindung treten.
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Auf diese Weise läßt sich ein zufriedehstellendes Zeitdiagramm für
die Öffnungsfreigabe gewinnen, bei Anwendung kreisförmiger Öffnungen im Schieber.
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Es - leuchtet ein, daß solche kreisförmigen Öffnungen in dem Schieber
in einfacher Weise durch Bohren und/oder andere einfache und rasch durchführbare
Bearbeitungsmaßnahmen erzeugt werden können, die selbstverständlich nicht anwendbar
wären, wenn eine Umfangsform der Öffnungen notwendig wäre, die nicht kreisförmig
ist.
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Die Erfindung läßt sich mit besonderem Vorteil auf kleine Maschinen
der erwähnten Art anwenden, bei denen der bzw. die Zylinder im Spritzgußverfahren
zusammen mit den darin befindlichen Öffnungen hergestellt sind. Das bzw. die Schieberventile
können dann aus Gußeisen oder einem anderen geeigneten Material bestehen und die
Öffnungen darin durch einfaches Bohren erzeugt werden, z. B. mit Hilfe einer Bohrschablone,
die die genauen Stellungen der Öffnungen in dem Schieber gegenüber dem Schieberzapfen,
Schieberstutzen od. dgl. festlegt, unter dessen Vermittlung dem Schieber die kombinierte
Schwing- und Hinundherbewegung erteilt wird; die Schieber können daher mit einer
Herstellungsgeschwindigkeit erzeugt werden, die in einem vernünftigen Verhältnis
zu jener Zeit steht, in der sich die Zylinder im Spritzgußverfahren herstellen lassen;
die Massenfertigung der Maschinen wird auf diese Weise erleichtert.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung in ihrer Anwendung auf eine
derartige Maschine ist in der Zeichnung veranschaulicht.
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Fig. i zeigt einen senkrechten Schnitt durch die Brennkraftmaschine,
und zwar in einer Ebene, die die Zylinderachse und die Kurbelwellenachse enthält;
Fig. z zeigt einen Querschnitt durch den Zylinder in einer auf der Zylinderachse
senkrechten Ebene, und zwar an der Stelle, an der sich die Ein- und Auslaßöffnungen
befinden; Fig. 3 zeigt in größerem Maßstabe , eine Ausführungsform der Zylindereinlaßöffnung
und der Ventileinlaßöffnung in schematischer Darstellung, die die Form dieser Öffnungen
und die Art und Weise erkennen läßt, wie sie zusammenwirken; Fig. q. ist eine Darstellung
ähnlich der Fig. 3 und zeigt eine Ausführungsform der Auslaßöffnung des Zylinders
und der Auslaßöffnung des Schiebers und veranschaulicht, wie diese beiden Öffnungen
miteinander zusammenwirken; Fig. 5 und 6 sind ähnliche Darstellungen wie die Fig.
3 und q. und zeigen Abänderungsformen der Ein- und Auslaßöffnungen des Zylinders.
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Die Maschine nach den Fig. i und 2 besteht aus einem Kurbelgehäuse
A, in dem die übliche Kurbelwelle B in Lagern Bi ruht; an ihrem einen Ende trägt
die Kurbelwelle ein Schwungrad, das gleichzeitig eine Antriebsscheibe B2 bildet,
und an ihrem anderen Ende den umlaufendenTeil C eines Zündmagneten,
mit
dessen Hilfe die üblichen Zündimpulse erzeugt und der Zündkerze Cl zugeführt werden.
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Auf dem Kurbelgehäuse A sitzt ein luftgekühlter Zylinder D mit einer
Einlaßöffnung Dl und einer Auslaßöffnung D2, die wie Fig. a zeigt, diametral einander
gegenüber angeordnet und so geformt sind, daß der Zylinder zusammen mit den in ihm
vorgesehenen Öffnungen im Spritzgußverfahren hergestellt werden kann. Das äußere
Ende des Zylinders D ist mit dem üblichen Zylinderkopf E abgeschlossen, und der
Zylinder enthält ein Schieberventil F, das Ein- und Auslaßöffnungen F1, F2 aufweist;
diese Öffnungen wirken mit den Öffnungen Dl und D2 in noch näher zu beschreibenden
Weise zusammen.
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Auf der Kurbelwelle B sitzt ein Zahnrad G, das mit einem Zahnrad
GI einer Zwischenwelle G2 derart zusammenwirkt, daß diese Welle mit der halben
Kurbelwellengeschwindigkeit umläuft. Die Zwischenwelle G2 ruht in Lagern G3 und
trägt einen Kurbelzapfen G4 an ihrem einen Ende, der so angeordnet ist, daß er auf
die Hülse F eine kombinierte Schwing- und Hinundherbewegung überträgt; dies erfolgt
in bekannter Weise unter Vermittlung eines Kugelgelenkes G5, das in einem Ansatz
F3 der Hülse F angeordnet ist.
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Mit Hilfe einer Anlaßkurbel H und unter Vermittlung einer Klauenkupplung
Hl kann die Zwischenwelle G2 gedreht werden, um die Maschine in bekannter Weise
anzuwerfen.
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Die Öffnungen Dl, D2 wirken mit den Ein- und Auslaßöffnungen D3, D4
im Zylinder zusammen; bei einem Ausführungsbeispiel haben die Öffnungen Dl, D2 die
in größerem Maßstab in den Fig. 3 und ,4 veranschaulichten Umfangsformen, während
die Öffnungen F1, F2, wie gleichfalls aus den Fig. 3 und 4 zu erkennen ist, Kreisform
besitzen; die Öffnungen F1, F2 sind durch Bohren der Hülse F an den in Frage kommenden
Stellen erzeugt worden. Die Öffnung F1 ist in Fig. 3 in zwei verschiedenen Stellungen
veranschaulicht, die durch die Linien I.0. und I. C. gekennzeichnet sind; die Öffnung
F2 andererseits ist in Fig.4 in zwei Stellungen veranschaulicht, die durch die Linien
E. O. und E. C.
gekennzeichnet sind.
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Es ist zu erkennen, daß die strichpunktierten Linien K und KI in den
Fig. 3 und 4 in der üblichen Weise die Bahnen der Mittelpunkte der Öffnungen F1
bzw. F2 kennzeichnen; die Pfeile deuten die Bewegungsrichtung dieser Mittelpunkte
während des Betriebes an.
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Wie Fig. 3 erkennen läßt, ist die Zylindereinlaßöffnung Dl in Gestalt
etwa rechteckig, mit Ausnahme zweier konvexer Abschnitte J und J1; diese Abschnitte
ragen in die Öffnung an denjenigen Stellen hinein, an denen sich einerseits die
Öffnung F1 unmittelbar vor der Freigabe der Einlaßöffnungen nähert, und andererseits
unmittelbar nach dem Schließen der Einlaßöffnungen wieder entfernt. Diese Abschnitte
J, Il haben einen Krümmungsradius, der etwa demjenigen der Öffnung F1 entspricht,
und sie sind so angeordnet, daß, wie die Zeichnung zeigt, ein erheblicher Umfangsabschnitt
der Öffnung F1 im Augenblick des Öffnungsvorganges gleichzeitig über die Kante des
Abschnittes J tritt; entsprechend tritt im Augenblick des Schließens der Öffnungen
ein erheblicher Teil des Umfanges der Öffnung F1 im gleichen Augenblick über die
Kante des Ansatzes Il.
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Ähnlich ist die Auslaßöffnung D2 mit Ansätzen od. dgl. 13 und J4 versehen,
die den gleichen Krümmungsradius haben wie die Öffnung F2 und die so angeordnet
sind, daß ein wesentlicher Teil des Umfanges der Öffnung F2 beim Öffnen der Auspufföffnungen
über die Kante des Ansatzes 13
tritt bzw. im Augenblick des Schließens der
Auspufföffnungen über die Kante des Ansatzes 14 hinweggelangt.
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Bei der Abänderungsform der Öffnungen Dl und D2, wie sie in den Fig.
5 und 6 veranschaulicht ist, in denen die Öffnungen in den gleichen Relativstellungen
zueinander wie in den Fig. 3 und 4 dargestellt sind, weist die Öffnung Dl Ansätze
od. dgl. J5 und J6 auf; diese entsprechen den Ansätzen J und J1, sind jedoch wesentlich
tiefer als diese, so daß die Gesamtumfangsform der Öffnung Dl sehr viel stärker
von einem Rechteck abweicht als bei der Ausführung nach den Fig. 3 und 4; andererseits
ist ein rascheres Öffnen und Schließen der Einlaßöffnungen .erreicht. Entsprechend
weist die Öffnung D2 Ansätze, Vorsprünge od. dgl. h; Ja auf, die den Ansätzen J3,
14 der Ausführungsform nach den Fig. 3 und 4 entsprechen, aber wesentlich größer
bzw. tiefer als diese sind; daher weist die Öffnung D2 eine Form auf, die wesentlich
stärker von derjenigen eines Rechtecks abweicht; es findet aber ein rascheres Öffnen
und Schließen der Auspufföffnungen statt.
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Bei der Ausbildung nach den Fig. 5 und 6 erstrecken sich die Öffnungen
Dl und D2 von den Bahnen K und KI weiter fort, als es an sich notwendig ist, um
in dem richtigen Zeitpunkt eine maximale Öffnungsfreigabe zu gewährleisten. Eine
solche Ausbildung kann in manchen Fällen aus konstruktiven Gründen vorteilhaft sein;
andererseits kann die Form der Öffnungen so abgeändert werden, daß ihre von den
Bahnen K und K1 abgewandten Seiten etwa der durch die strichpunktierten Linien L
und L1 bezeichneten Umfläche folgen; in diesem Fall fällt die Kante der Öffnung
F1 oder F2 während eines wesentlichen Abschnittes der Öffnungszeit einer jeden Öffnung
mit der Kante L bzw. L1 der Öffnung Dl bzw. D2 zusammen.
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Bei dem beschriebenen Ausführungsbeispiel wird das Spülvolumen der
Maschine für gewöhnlich kleiner sein als roo ccm; die Bohrung des Schiebers kann
beispielsweise 3,18 cm, der Kolbenhub etwa 3,8 cm und der Schieberhub etwa
1,5 cm, d. h. also ungefähr 4o% des Kolbenhubs betragen; die Verhältnisse sind dann
so gewählt, daß die Kolbengeschwindigkeit bei maximaler Kraftleistung etwa zwischen
314 und etwa 46o m pro Minute liegt.
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Wenngleich vorstehend die Erfindung insbesondere in ihrer Anwendung
auf eine kleine
schiebergesteuerte Brennkraftmaschine beschrieben
worden ist, so leuchtet es doch ein, daß die Erfindung auch auf solche schiebergesteuerte
Maschinen der erwähnten Art angewendet werden kann, die eine oder mehrere Einlaßöffnungen
und eine oder mehrere Auslaßöffnungen in dem bzw. den Zylindern und in der bzw.
den Schiebern aufweist; hierbei ist es auch gleichgültig, welche sonstigen Abmessungen
oder baulichen Eigenschaften, z. B. welches Spülvolumen, die Maschine aufweist.