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Viertaktverbrennungskraftmaschine mit veränderlichem Kolbenhub. Gegenstand
der Erfindung ist eine Verbrennungskraftmaschine, bei welcher der Kolben verschieden
lange Hübe ausführt. Diese Verschiedenheit der Kolbenbewegungen wird, wie bei bekannten
Maschinen, dadurch erzeugt, daß die Mittelpunkte der die Kurbel umfassenden Pleuelstangenenden
einen kreisförmigen Weg um den Kurbelzapfen durchlaufen, indem sie z. B. als Exzenterringe
ausgebildet sind, die die Exzenterscheiben, die auf dem Kurbelzapfen mit der halben
Geschwindigkeit der Maschine umlaufen, umfassen.
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Im Sinne der Erfindung wird der Brennstoff oder das Brennstoffluftgemisch
dem Zylinder durch Einlässe zugeführt, welche am Ende des Saughubes vom Kolben abgedeckt,
aber am Ende des Arbeitshubes vom Kolben geschlossen erhalten werden. Um dies zu
erreichen, sind die Exzenter so angebracht, daß, wenn der Kurbelarm an einem toten
Punkt steht, und der Kolben sich am Ende des Auspuffhubes- befindet, die Linie,
die die beiden Mitten des Exzenters verbindet, mit dem Kurbelarm einen Winkel von
go°-oder weniger bildet.
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Wenn man diesen Winkel kleiner als go° wählt, wird der Kolben so bewegt,
daß er gegen das 'Ende des Auspuffhubes in den Verdichtungsraum eintritt und außerdem
die Einlaßöffnungen am Ende des Saughubes freigibt. -Durch geeignete Wahl des Winkels
kann die Abänderung des Kolbenweges, die durch das Exzenter veranlaßt wird, in jedem
gewünschten Verhältnis zwischen den beiden Enden des Kolbenhubes so verteilt werden,
daß der Kolben entweder mehr das Ende des Auspuffhubes erreicht zur besseren Entfernung
der verbrauchten Gase und mehr am Ende des Saughubes die Vergrößerung des Einlaßweges
für den Brennstoff bzw. das Brennstoffluftgemisch herbeiführt.
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Bei Anwendung der Erfindung auf Maschinen] mit sternförmig angeordneten
feststehenden Zylindern oder auf Maschinen mit . festem Kurbelarm und umlaufenden
Zylindern werden die Exzenterscheiben auf dem Kurbelzapfen in derselben Weise wie
bei bekannten Naschinen angebracht und das Lager mit den Exzenterscheiben und der
Getriebewelle, das als ein einheitliches Ganzes ausgebildet wird, erhält eine neue
Anfangsstellung bezüglich der Kurbelwelle.
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In Übereinstimmung mit den Verschiedenheiten in der Stellung des Kolbens
am Ende des Saug- und Arbeitshubes sind Einlässe von. geeigneter Größe und Form
auf dem Außenende des Zylinders angebracht, durch -welche
das Brennstoffluftgemisch
entweder ganz oder teilweise eingelassen wird, in welch letzterem Falle die genannten
Einlässe als Hüfseinlaßöffnungen dienen. Diese Einlässe bleiben während des ganzen
Arbeitshubes geschlossen, so daß die entzündeten Gase niemals durch die Einlässe
zurückschlagen können, wenn auch die Auspufföffnungen bis zum Ende des Arbeitshubes
geschlossen bleiben. .
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Wenn das Brennstoffluftgemisch den Zylindern durch die Kurbelkammer
zugeführt wird, stehen die Einlässe mit Leitungen zur Kurbelkammer in Verbindung.
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Auf der Zeichnung ist eine beispielsweise Ausführungsform der Erfindung
dargestellt. Fig. i erläutert die Anwendung der Erfindung bei einer Maschine mit
umlaufenden Zylindern und zeigt die gegenseitigen Stellungen des Kolbens, des Zylinders,
des Exzenters und des Kurbelzapfens bei den vier aufeinanderfolgenden Hauptstellungen
des Kolbens ein und desselben Zylinders für den Fall, daß der Nacheilungswinkel
zwischen Exzenter und Kurbelzapfen bei der gezeichneten Anfangsstellung 30° beträgt.
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Fig. 2 zeigt die vier Stellungen-des Kolbens in den äußeren und inneren
Totlagen.
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Fig. 3 bis 6 sind eine Reihe von Diagrammen, deren jedes die Bewegung
des Kolbens gegenüber dem Zylinder während eines Winkelweges des Kurbelzapfens von
720', d. h. während zweier Umläufe erläutert. Für jede dieser vier Figuren
ist eine bestimmte Stellung des Exzenters zugrunde gelegt, aber für jede Figur eine
andere.
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Das erste Diagramm (Fig. 3) gibt die Kolbenstellungen für den Fall
an, daß der Nacheilungswinkel wie bei bekannten Maschinen o° beträgt. Die oberste
Linie stellt das Kopfende des Zylinders vor, die zweite und die. dritte Linie die
beiden inneren Totlagen des Kolbens und die vierte -untere Linie die beiden äußeren
Totlagen des Kolbens, welche unter den Voraussetzungen, für welche das Diagramm
der Fig. 3 entworfen ist, zusammenfallen. Diese Anordnung entspricht der Arbeitsweise
der bekannten Maschinen.
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Das zweite Diägrämm (Fig. 4) - entspricht dem der Maschine der Fig.
i und 2 für einen i Nacheilungswinkel von 30°. Hier stellen die ' vierte und die
fünfte untere Linie die beiden äußeren Totlagen des Kolbens dar.
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Das dritte Diagramm (Fig. 5) gilt für einen Nacheilungswinkel von
q.5°.
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Das vierte Diagramm (Fig. 6) .gilt für einen Nacheilungswinkel von
go°. In diesem Fall ergeben sich verschiedene Totlagen nur am äußeren Hubende, während
am inneren Hubende die beiden Totlagen zusammenfallen.
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Die Zerlegung des Exzenterkreises y in vier Teile entspricht den Vorgängen
des Ansaugens, der Verdichtung und des Zünd- und Arbeitshubes und des Auspuffs,
welche mit S, C, W, E
bezeichnet sind. Die Diagramme 3 und 6 entsprechen
den beiden möglichen Grenzfällen, welche der Darstellung in den Fig. i und 2 nicht
zugrunde gelegt sind. Vielmehr gehört zu den Fig. i und 2 das Diagramm der Fig.
4 mit dem Nacheilungswinkel von 3o°.
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Der Kreis r stellt den geometrischen Ort des Mittelpunktes des Pleuelstangenkopfes
bei seiner Bewegung um den Kurbelzapfen dar. Der Winkel a, ist der Betrag der Nacheilung,
welche den Exzenterscheiben a gegenüber der Grundstellung gegeben wird, Als Grundstellung
ist diejenige gewählt; bei welcher keine Verschiedenheit der beiden äußeren Totlagen
sich ergibt, also die Stellung, die dem Diagramm der Fig. 3 entspricht. Angenommen,
es sei D der Durchmesser des Kreises y (also der Durchmesser des Exzenterkreises),
so ergibt sich bei einem Nacheilungswinkel a bei den beiden äußeren Totlagen ein
Hubunterschied ungefähr im Betrage D sin u, während der Hubunterschied für die beiden
inneren Kolbentotlagen ungefähr D cos u- beträgt, vgl. die in Fig. 4 eingetragenen
Maße.
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Die radialen Linien I, Il; III und IV teilen den Kreis y in vier Quadranten
S, C, W, E,
die den Vorgängen des Ansaugens, Verdichtens, Arbeitens und -Auspuffens
entsprechen. Die Punkte, in denen die angegebenen radialen Linien der Fig. 2 den
Kreis r schneiden, entsprechen den vier in den Fig. i und 2 gezeichneten Hauptstellungen
i, 2. 3 und 4, die der Kolben b eines Zylinders .während einer vollen Arbeitsperiode
einnimmt. Diesen Punkten entsprechen ferner im Diagramm der Fig. 4 die Stellungen
des Kolbens bei o° (72o°), 18o°, 36o', 540'.
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Zwischen den beiden Totlagen, die der Kolben b. _ am äußeren Ende
des Zylinders c einnimmt, nämlich zwischen den Stellungen 2 und 4 in den Fig. i
und z, sind in- der Zylinderwandung die Öffnungen e vorgesehen, welche bei dem für
die Darstellung gewählten Ausführungsbeispiel mit dem Innern des Kurbelgehäuses
in Verbindung stehen, und dazu dienen, das Brennstoffluftgemisch von da nach den
Zylindern zu leiten.
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Wenn man die vier aufeinanderfolgenden Stellungen des Kolbens verfolgt,
so erkennt man, daß der Kolben b die Öffnungen e am Ende des Saughubes freiläßt;_
wenn er aus der Stellung i in- die Stellung 2 übergeht, während gleichzeitig das
bei - der Kurbel befindliche Ende der Pleuelstange p den Quadranten S des Kreises
y durchläuft. Durch diese Öffnungen e wird das brennbare Gemisch oder der Brennstoff
eingelassen. Alsdann wird der Kolben b in die Lage 3 am Ende des Verdichtungshubes
gebracht. -Hierauf geht der
Kolben bin seinem Arbeitshub von dej
Stellung 3 in die Stellung 4 über. Solange die Öffnungen e geschlossen bleiben,
wirkt der Kolben b wie ein gesteuertes Ventil, welches die Verbindung zwischen dem
Zylinder und dem Kurbelgehäuse unterbricht, so daß nicht etwa eine Entzündung des
im Kurbelgehäuse d befindlichen Brennstoffs oder Brennstoftluftgemisches stattfinden
kann. Schließlich geht der Kolben bin seine- erste Stellung hinauf, wobei die verbrannten
Gase anfangs durch das Ventil v entweichen und gegen Ende des Hubes vom Kolben b
hinausgedrängt werden, indem dieser die Gase aus dem gesamten Verdichtungsraum oder
aus einem Bruchteil desselben ausspült.
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Das Diagramm der Fig.3 erläutert den Kolbenweg für den Fall, daß das
Exzenter seine Grundstellung einnimmt, d. h. daß eine Verschiedenheit zwischen den
aufeinanderfolgenden Hüben nur für das Kopfende, d. h. für das innere Ende jedes
Zylinders besteht, zum Zwecke, die verbrauchten Gase aus dem Verdichtungsraum hinauszuspülen.
Mit anderen Worten-. der zusätzliche Hub befindet sich nur am Ende- des Auspuffhubes
wie bei bekannten Maschinen.
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Bei einem Nacheilungswinkel von go° ergibt sich die Hubverschiedenheit
ebenfalls als zusätzlicher Hub aber nicht am Ende des Auspuffhubes, sondern am Ende
des Saughubes (Fig. 6). In diesem Fall wird die Verschiedenheit der Kolbenhübe lediglich
dazu benutzt, um die Öffnungen e durch den Kolben für den Einlaß des Brennstoffluftgemisches
abzudecken. Da sich in diesem Fall keine Differenzwirkung am inneren Hubende ergibt,
so fehlt auch jegliche Spülwirkung.
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Bei einem Nacheilungswinkel von 45°, wie im dritten Diagramm (Fig.
5) angegeben, ergibt sich ein kleiner Üntersch:ed sowohl am Ende des Auspuffes als
auch am Ende des Saughubes, und zwar im Betrage
oder o,7o7 D.
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Bei einem Nacheilungswinkel von weniger als 45' ergibt sich ein kleinerer
Unterschied am Ende des Saughubes als am Ende des Auspuffhubes, und bei einem Nacheilungswinkel
von mehr als- 45° findet das Umgekehrte statt. In allen Fällen, in denen der Winkel
zwischen Exzenter und Kurbel weniger als go° beträgt, wird die doppelte Wirkung
der Einlaßsteuerung für das Brennstoffluftgernisch und der Ausspülung der Rückstände
in mehr oder weniger hohem Grade herbeigeführt.