DE3231503A1

DE3231503A1 - Zweitakt-brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE3231503A1
Application number: DE19823231503
Authority: DE
Inventors: Des Erfinders Auf Nennung Verzicht
Original assignee: PAULAT ERWIN
Current assignee: PAULAT ERWIN
Priority date: 1982-08-25
Filing date: 1982-08-25
Publication date: 1984-03-01

Description

PATENTANWALT DR.-ING. KLAUS DURM KARLSRUHt FELIX-MOTTL-STRASStE "ί» TELEFON 8533» 231503 ZUGELASSENER VERTRETER BEIM EUROPÄISCHEN PATENTAMT

1, P 3085/82

10. August 1982

Erwin Paulat, Kaufmann
Tilsiter Straße· 7

6728 Germersheim
10

Zweitakt-Brennkraftmaschine

Die Neuerung bezieht sich auf eine Zweitakt-Brennkraftmaschine mit Luftverdichtung und anschließender Brennstoffzufuhr, mit einem Zylinder, einem Zylinderkopf und einem mit einer Kurbelwelle in Verbindung stehenden KoI-ben sowie im Zylinder vorgesehenen Überströmkanälen, welche vom Kolben geöffnet bzw. geschlossen werden, und vorverdichtete Luft aus dem mit einem Ansaugstutzen versehenen Kurbelgehäuse in den Zylinderraum führen, und im Zylinderraum ein Auslaßventil vorgesehen ist, das von einem Nocken mit einer Anlaufschulter und einer Ablaufschulter gesteuert wird, der auf einer von der Kurbelwelle gedrehten Nockenwelle sitzt.

Die Neuerung findet Anwendung bei nach dem Ottoverfahren ^ou sowie dem Diesel-Prinzip arbeitenden Zweitakt-Brennkraftmaschinen, wo es auf sparsamste Ausnutzung der im Kraftstoff vorhandenen Energie ankommt.

Bei den bekannten Zweitakt-Brennkraftmaschinen ist die

Füllung des Brennraumes bei Vollast und bei Leerlauf

praktisch gleichgroß, jedoch enthält diese Füllung bei Vollast einen höheren Anteil an vergastem Kraftstoff als bei Leerlauf j demzufolge ist auch der Anteil des verbrannten Kraftstoffes bei Leerlauf und Vollast sehr verschieden. Nachteilig dabei ist insbesondere, daß bei Freigabe der Überströmkanäle durch den Kolben im Brennraum noch ein beträchtlicher Druck besteht und der lastabhängige, unterschiedliche Anteil an verbranntem Kraftstoff den Wirkungsgrad der Brennkraftmaschine verringert.

Die Aufgabe der Neuerung besteht in der optimalen Ausnutzung der Lm Kraftstoff vorhandenen Energie bzw. einer Verbesserung des Wirkungsgrades einer Zweitakt-Brennkraftmaschine, die unabhängig von der Drehzahl ist.

Zur Lösung der gestellten Aufgabe wird von einer Zweitaktbrennkraftmaschine der eingangs beschriebenen Bauart ausgegangen und gelöst wird die Aufgabe dadurch, daß die Nockenwelle axial verschiebbar gelagert ist und die Ablaufschulter des Nockens auf einer die Nockenwelle umschlingenden Schraubenlinie angeordnet ist. Durch das axiale Verschieben dieser Nockenwelle kann der Zeitpunkt des Schließens des vom Nocken gesteuerten Auslaßventils während des wechselnden Betriebes der Brennkraftmaschine beliebig verändert werden, was die auf einer Schraubenlinie liegende Ablaufschulter des Nockens ermöglicht. Eine optimale Ausnutzung des Kraftstoffes ergibt sich, wenn bei geringer Drehzahl das Auslaßventil erst schließt, wenn der Kolben seinen oberenTotpunkt noch nicht erreicht hat.

Oa bei der vorgeschlagenen Anordnung die Anlaufschulter des Nockens zweckmäßig in axialer Richtung angeordnet ist, findet das Öffnen des Auslaßventiles - unabhängig von der axialen Stellung der Nockenwelle - immer zum gleichen Zeitpunkt statt.

-A -

Aus konstruktiven Gründen ist es zweckmäßig, wenn ein Zylinderkopfaufsatz vorgesehen ist, in welchem die Nockenwelle drehbar und verschiebbar gelagert ist.

Zum axialen Verschieben der Nockenwelle dient eine an der Nockenwelle angreifende Stellvorrichtung mit einer an der Nockenwelle angreifenden Stellplatte. Mit dieser Stellvorrichtung kann der Schließzeitpunkt des Auslaßventiles von Hand optimal eingestellt werden. 10

Nach einem weiteren, wichtigen Merkmal der vorgeschlagenen Zweitakt-Brennkraftmaschine ist im Zylinderkopf ein unter der Einwirkung einer Feder stehender Hilfskolben verschiebbar angeordnet, der eine Schräge aufweist, welehe mit einem im Zylinderkopf verschiebbar vorgesehenen Keil zusammenarbeitet, der mit der Stellplatte verbunden ist. Mit diesem Hilfskolben, welcher gleichzeitig mit der Nockenwelle verschoben wird, läßt sich z.B. der Brennraum verkleinern und damit die Verdichtung vergrößern, sobald das Schließen des Ausgangsventiles zu einem späteren Zeitpunkt erfolgt. Durch diese Maßnahme wird der Wirkungsgrad der vorgeschlagenen Zweitakt-Brennkraftmaschine weiter verbessert.

Bei nach dem Otto-Verfahren arbeitenden, neuerungsgemäßen Zweitakt-Brennkraftmaschinen kann die gleichzeitige Verschiebung der Nockenwelle und des Hilfskolbens selbsttätig in Abhängigkeit von der Drehzahl der Brennkraftmaschine erfolgen. Zu diesem Zweck greift an der Stellplatte der Stössel einer Druckdose an, unterhalb deren auf einer Druckfeder aufsitzenden Kolben ein Druckraum vorgesehen ist, der über eine Druckleitung mit dem Ansaugstutzen verbunden ist.

Zwecke münden die Überströmkanäle etwa in der Mitte des
Zylinders 1.

Der Zylinder 1 ist durch einen Zylinderkopf 8 abgeschlossen. Im Zylinderkopf 8 sind ein Auslaßventil 9, eine

Zündkerze IQ sowie eine Einspritzdüse 11 vorgesehen, welche in den Brennraum 7 hineinragen.

öss Auslaßventil 9 besitzt einen Ventilschaft 12, der in
einer zylindrischen Ventilführung geführt ist, die in
den Zylinderkopf 8 eingesetzt ist. Eine Ventilfeder 13
ist zwischen eine Schulter des Zylinderkopfes 8 und eine . am Ventilschaft 12 befestigte Scheibe 14 unter Vorspannung eingesetzt und hält das Auslaßventil 9 in seiner
Geschlossenstellung.

Das Auslaßventil 9 ist von einem Nocken 15 gesteuert, der auf einer Nockenwelle 16 sitzt; hierzu arbeitet das freie Ende des Ventilschaftes 12 mit dew Nocken 15 zusammen.
Die Nockenwelle 16 viird von der Kurbelwelle mittels einer Kette (nicht dargestellt) im Gleichlauf gedreht.

Auf dem Zylinderkopf 8 sitzt - siehe Figur 2 - ein Zylinderkopfaufsatz 17, in welchem die Nockenwelle l€ in zwei
Kugellagern 17» drehbar und axial verschiebbar gelagert
ist.

Der Nocken 15 der Nockenwelle 16 weist (vgl. Figur 2)
eine AbIaufschulter 18 auf, die auf einer die Nockenwel-
^ Ie 16 umschlingenden Schraubenlinie angeordnet ist. Die
Anlaufschulter 18¹ des Nockens IS ist dagegen in axialer
Richtung angeordnet.

Im Zylinderkopf 8 ist - siehe Figur 2 - ein kleiner Hilfs- ^^J kolben 19 verschiebbar angeordnet, der unter der Einwirkui

(9
-X-

Die Neuerung wird nachstehend anhand zweier Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen Zylinder einer Zweitakt-Brenn

kraftmaschine mit einem Auslaßventil, in einem Längsschnitt, etwa in natürlicher Größe;

Fig. 2 einen Zylinder einer Zweitakt-Brenn

kraftmaschine mit einem Auslaßventil und einem Hilfskolben im Zylinderkopf, ebenfalls in einem Längsschnitt, in etwa natürlicher Größe;

Fig. 3 einen Teil eines Zylinders entspre

chend Figur 2, jedoch mit einer Druckdose, in einem Längsschnitt, etwa in natürlicher Größe.

In einem Zylinder 1 einer Zweitakt-Brennkraftmaschine welche einen oder mehrere Zylinder aufweisen kann - ist ein Kolben 2 verschiebbar zwischen seinem oberen Totpunkt 3 und dem unteren Totpunkt 4 angeordnet.Am Kolben greift eine Pleuelstange 5 an, die mit der Kurbelwelle (nicht dargestellt) der Zweitakt-Brennkraftmaschine in Verbindung steht. Diese Kurbelwelle dreht sich in einem geschlossenen Kurbelgehäuse 5' (in Figur 3 mit Strichlinien angedeutet), welches sich an den Zylinder 1 anschließt.

Im Mantel des Zylinders 1 sind Überströmkanäle 6 vorgesehen, welche den Innenraum des Kurbelgehäuses 5' mit dem Brennraum 7 des Zylinders 1 verbinden, sobald der KoI-^OJ ben 2 seinen unteren Totpunkt 4 erreicht hat; zu diesem

WItV I * · »

einer Feder 20 steht, welche sich auf einem Widerlager 21 aufstützt, das im Zylinderkopf 8 befestigt ist. Der Hilfskolben 19 tragt einen Schaft 22, der eine Schräge 23 aufweist. Im Zylinderkopf 8 ist ein verschiebbarer Keil 24 vorgesehen, mit welchem die Schräge 23 zusammenarbeitet. Aus Gründen besserer Übersicht sind in Figur die Zündkerze und die Einspritzdüse nicht dargestellt.

An der Nockenwelle 16 greift eine Stellvorrichtung 25 an - siehe Figur 2 - , mit deren Hilfe die Nockenwelle 16 axial verschoben werden kann. Diese Stellvorrichtung besteht aus einer Stellplatte 26, einem Stellhebel 27 und einer Stellscheibe 28. Die Nockenwelle 16 ist an der Stellplatte 26 befestigt, wobei ein Kugellager 29 ihre Drehbarkeit gewährleistet. Der einarmige Steühebel 27 verbindet gelenkig die Stellplatte 26 mit der drehbaren Stellscheibe 25*

Mit der Stellvorrichtung 25 wird auch der verschiebbare Keil 24 betätigt, hierzu ist der Keil 24 an der Stellplatte 26 befestigt. Wird die Stellscheibe 28 verdreht (wie es der Pfeil a andeutet), dann werden zugleich die Nockenwelle 16 und der Keil 24 verschoben, wie dies durch Strichlinien angedeutet ist.
25

Eine andere Ausführungsform der Betätigung der Verschiebung von Nockenwelle 16 und Keil 24 ist in Figur 3 wiedergegeben. An den Zylinderkopf 8 und den Zylinderkopfaufsatz 17 ist eine Druckdose 30 angesetzt, in welcher

^ou ein Kolben 31 verschiebbar angeordnet ist. Unter dem Kolben 31 befindet sich ein Druckraum 32, der über eine Druckleitung 33 mit dem Ansaugstutzen 34 des Kurbelgehäuses 5» in Verbindung steht. Die Hündung des Ansaugstutzens 34 in das Kurbeigehäuse S* ist mit einer Rückschlagklappe

^OJ 35 verschlossen» Der Kolben 31 sitzt auf einer Druckfeder

und am Kolben 31 ist ein Stössel 37 befestigt, der einen Zylinderboden 38 druckdicht durchsetzt und an der Stellplatte 26 angreift. Über dem Kolben 31 ist die Druckdose 30 offen.

Die Funktion der Anordnung, welche nach dem Zweitaktverfahren arbeitet, ist folgende.

Bei einer Aufwärtsbewegung (vgl. Figur 1) hat der KoI-ben 2 Luft durch die Rückschlagklappe 35 in das Kurbelgehäuse 5· gesaugt, welche bei seiner Abwärtsbewegung und geschlossener Rückschlagklappe 35 vorverdichtet wird. Kurz vor dem Erreichen des unteren Totpunktes 4 gibt der Kolben 2 die Überströmkanäle 6 frei und die vorverdichtete Luft gelangt durch die Überströmkanäle 6 in den Brennraum 7. Bei der jetzt erfolgenden Aufwärtsbewegung wird die vorverdichtete Luft bei geschlossenem Auslaßventil 9 komprimiert, und im Bereich des oberen Totpunktes 3 wird mittels der Einspritzdüse 1 Kraftstoff in den Brennraum eingespritzt und anschließend von der Zündkerze 10 gezündet. Unter der Einwirkung der Verbrennungsgase bewegt sich der Kolben 2 jetzt nach unten und leistet Arbeit. Im Bereich des unteren Totpunktes 4 gibt der Kolben 2 die Überströmkanäle 6 frei und das Auslaßventil 9 wird geöffnet. Die Abgase können jetzt den Brennraum 7 durch das Auslaßventil 9 verlassen, wobei sie von der vorverdichteten, durch die Überströmkanäle 6 einströmenden Luft in gerader Richtung hinausgespült werden.

° Der Zeitpunkt des Schließens des Auslaßventils 9 wird durch den Nocken 15 gesteuert, wobei der Zeitpunkt in weiten Grenzen verändert werden kann. Diese Veränderung des Schließzeitpunktes des Auslaßventiles 9 geschieht durch axiale Verschiebung der Nockenwelle 16 während des

Betriebs der Zweitakt-Brennkraftmaschine. Die auf einer

Schraubenlinie angeordnete Ablaufschulter 18 steuert den Schließzeitpunkt des Auslaßventils 9: In der in Figur 2
gezeichneten Lage der Nockenwelle 16 schließt das Auslaßventil 9 spät, und mit zunehemender axialer Verschiebung der Nockenwelle 16 in Richtung zur Stellvorrichtung 25 wird das Auslaßventil 9 früher geschlossen.

Zugleich mit der Verschiebung des Schließzeitpunktes des Auslaßventils 9 wird die Größe des Brennraumes 7 verändert, was mit dem Hilfskolben 19 bewerkstelligt wird. Wird mit der Stellvorrichtung 25 die Nockenwelle 16 axial (in Figur 2 nach links) verschoben, verschiebt sich zugleich
der Keil 24 in gleicher Richtung, was bewirkt, daß sich
der Hilfskolben 19 unter der Einwirkung der Feder 2O nach oben verschiebt, wodurch der Brennraum 7 vergrößert wird.

Die Verschiebung des Schließzeitpunktes des Auslaßventils 9 sowie die Veränderung der Größe des Brennraumes 7 durch den Hilfskolben 19 kann bei nach dem Otto-Verfahren ar-

leitenden Brennkraftmaschinen auch in Abhängigkeit von

dem im Ansaugstutzen 34 des Kurbelgehäuses 5' herrschenden Unterdruck mittels der Druckdose 30 (siehe Figur 3)
selbsttätig erfolgen. Ist bei Vollast der vorgeschlagenen Brennkraftmaschine der Unterdruck im Ansaugstutzen 34

null oder ist er - je nach Stellung der Drosselklappe 39 sehr gering, dann drückt die Druckfeder 36 den Kolben 31 der Druckdose 3O hoch (in Figur 3 nach links), was bewirkt, daß der Brennraum 7 sich infolge des nach oben sich verschiebenden Hilfskolbens 19 vergrößert und das Schliessen des Auslaßventils 9 früher erfolgt, weil das freie
Ende des Ventilschaftes 12 bei (nach links) verschobener Nockenwelle 16 früher die Ablaufschulter 18 des Nockens
16 erreicht. Da bei Leerlauf der Brennkraftmaschine bzw. bei geringer Last im Ansaugstutzen 34 ein entsprechender

^5 Unterdruck herrscht und dieser durch die Druckleitung 33

-y-

1 dem Druckraum 32 übermittelt wird, verschiebt sich der Kolben 31 infolge der Einwirkung des atmosphärischen Druckes auf den Kolben 31 gegen die Einwirkung der Druckfeder 36 (in Figur 3 nach rechts), was eine Verkleinerung

5 des Brennraumes 7 und ein späteres Schließen des Auslaßventiles 9 zur Folge hat.

Da die Anlaufschulter 18' des Nockens 15 in axialer Richtung (vgl. Figur 2) angeordnet ist, wird der Zeitpunkt 10 des Öffnens des Auslaßventils 9 bei der Verschiebung der Nockenwelle 16 nicht verändert.

1 P 3085/82

10. August 1982

5 Zusammenstellung der verwendeten Bezuqsziffern

	1	Zylinder	20	Feder
	2	Kolben	21	Widerlager
10	3	oberer Totpunkt	22	Schaft
	4	unterer Totpunkt	23	Schräge
	5	Pleuelstange	24	Keil
	5·	Kurbelgehäuse	25	Stellvorrichtung
	6	Überströmkanäle	26	Stellplatte
15	7	Brennraum	27	Steilhebel
	8	Zylinderkopf	28	Stellscheibe
	9	Auslaßventil	a	Pfeil
	10	Zündkerze	29	Kugellager
	11	Einspritzdüse	30	Druckdose
20	12	Ventilschaft	31	Kolben
	13	Ventilfeder	32	Druck raum
	14	Scheibe	33	Druckleitung
	15	Nocken	34	Ansaugstutzen
	16	Nockenwelle	35	Rückschlagklappe
25	17	Zylinderkopfaufsatz	36	Druckfeder
	17'	Kugellager	37	Stössel
	18	AblaufSchulter	38	Zylinderboden
	18'	Anlaufschulter	39	Drosselklappe
	19	Hilfskolben

Claims

P 3085/82

10. August 1982

Ansprüche

Il.JZweitakt-Brennkraftmaschine mit Luftverdichtung und anschließender Brennstoffzufuhr, mit einem Zylinder, einem Zylinderkopf und einem mit einer Kurbelwelle in Verbindung stehenden Kolben sowie im Zylinder vorgesehenen Überströmkanälen, welche vom Kolben geöffnet bzw. geschlossen werden und vorverdichtete Luft aus dem mit einem Ansaugstutzen versehenen Kurbelgehäuse in den Zylinderraum führen, und im Zylinderkopf ein Auslaßventil vorgesehen ist, das von einem Nocken mit einer Anlaufschulter und einer Ablaufschulter gesteuert wird, der auf einer von der Kurbelwelle gedrehten Nockenwelle sitzt, d a durch gekennzeichnet, daß die Nokkenwelle (16) axial verschiebbar gelagert und die Ablaufschulter (18) auf einer die Nockenwelle (16) umschlingenden Schraubenlinie angeordnet ist.

■" 2. Zweitakt-Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Anlaufschulter (18¹) des Nockens (15) in axialer Richtung angeordnet ist.

3. Zweitakt-Brennkraftmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Zylinderkopfaufsatz (17) vorgesehen ist, in welchem die Nockenwelle (16) drehbar und verschiebbar gelagert ist.

4. Zweitakt-Brennkraftmaschine nach Anspruch 1 bis 3, gekennzeichnet durch eine an der Nockenwelle (16) angreifende, zum axialen Verschieben der Nockenwelle (16) dienenden Stellvorrichtung (25) mit einer an der Nockenwelle (16) angreifenden Stellplatte (16).

5. Zweitakt-Brennkraftmaschine nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß im ZyI in·

Ί0 derkopf (8) ein unter der Einwirkung einer Feder (20) stehender Hilfskolben (19) verschiebbar angeordnet ist, der eine Schräge (23) aufweist, welche mit einem im Zylinderkopf (8) verschiebbar vorgesehenen Keil (24) zusammenarbeitet, der mit der Stellplatte (26) verbunden ist.

6. Zweitakt-Brennkraftmaschine nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß an der Stellplatte (26) der Stössel (37) einer Druckdose (30) angreift, unterhalb deren auf einer Druckfeder (36) aufsitzenden Kolben (31) ein Druckraum (32) mit dem Ansaugstutzen (34) verbunden ist.