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Steuerung für Verbrennungskraftmaschinen. Vorliegende Erfindung bezieht
sich auf eine Steuerung für Verbrennungskraftmaschinen, bei welchen die Betriebsstoffzuführung
durch einen zwischen den beiden Endlagen des Kolbens der Maschine liegenden Durchbruch
in der Zylinderwand erfolgt, und bei welchen sowohl die Betriebsstoffzuführung als
auch der Auspuff durch den Arbeitskolben in Verbindung mit einer besonderen Ventileinrichtung
vor sich geht. Die Erfindung bezweckt, bei Maschinen dieser Art eine zuverlässige
Wirkungsweise bei möglichst hoher Leistung zu erzielen und erreicht den Zweck dadurch,
daß ein solches Zusammenspiel zwischen dem Arbeitskolben und dem besonderen Ventil,
deren gemeinschaftlichem Einfluß die Betriebsstoffzuführung unterliegt, vorgesehen
wird, daß der Zutritt des Brennstoffs zum Zylinder freigegeben wird, sobald der
Arbeitskolben beim Saughub an der Einlaßöffnung an der Zylinderwand vorbeigegangen,
während die Absperrung des Brennstoffs vom Zylinder unabhängig vom Arbeitskolben
durch das besondere Ventil am Ende des Saughubes des Kolbens erfolgt. Eine solche
Absperrung der Brennstoffzuführung durch das besondere Ventilunabhängig vom Arbeitskolben
ermöglicht es, den Durchlaß für den Betriebsstoff in der Zylinderwand an einer solchen
Stelle vorzusehen, daß der größtmögliche Effekt erzielt wird, was nicht möglich
wäre, wenn der Einlaß nicht durch das besondere Ventil, sondern durch den Arbeitskolben
selbst während des Kompressionshubes verschlossen würde, wie es bereits vorgeschlagen
ist. Voraussetzung hierbei ist, daß sich der Brennstoffeinlaß zwischen den beiden
Endlagen des Arbeitskolbens befindet. Hierin liegt ein besonderer Unterschied gegenüber
solchen ebenfalls vorbekannten Maschinen, bei welchen sich oder Brennstoffeinlaß
am Ende des Saughubes des Arbeitskolbens befindet. Zur Erzielung einer zuverlässigen
Wirkung ist es wünschenswert, daß der Eintritt ,des Brennstoffs .in Iden Zylinder
iwährend eines mehr oder minder ausgedehnten Teiles des Saughubes erfolgt und nicht
auf den Augenblick beschränkt ist, in :dem der Arbeitskolben am Ende des Saughubes
seine Bewegungsumkehr vollzieht.
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Die Eafindung ist auf den beiliegenden Zeichnungen erläutert, uni.
zwar zeigt: Alb. r einen Aufriß.der Maschine mit Kolbenventil.
Abb.
2 ist ebenfalls ein Auf riß eines Teiles einer abgeänderten Form der Maschine, bei
welcher das Ventil aus einem Schieberventil besteht.
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Abb. 3 ist ein ähnlicher Aufriß wie Abb. 2 und zeigt eine wehere Abänderung
der Maschine mit einem von dem in Abb.2 dargestellten abweichenden Ventil.
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Abb.4 ist ein Querschnitt durch ein Zylinderpaar und die zugehörigen
Ventile bei einer Maschine von dem sogenannten V-Typ.
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In den Abb.5 bis I2 ist eine Reihe von schematischen Querschnitten
dargestellt, welche die Wirkungsweise der in Abb. 4 dargestellten Maschine erläutern,
indem sie die Kolben und Ventile und die Haupt- und Ventilkurbelwellen in verschiedenen
Lagen zeigen.
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Obwohl die Zeichnung nur ein Paar von Zylindern erkennen läßt, kann
die V-Typ-Maschine natürlich auch zwei Zylindergruppen besitzen, wobei jede Gruppe
zwei oder mehr Zylinder enthält.
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In der Darstellung der Abb. I ist der Zylinder der Maschine mit 20
bezeichnet. In demselben arbeitet der Kolben 2I, der an die Kurbelwelle 22 angeschlossen
ist. Die Verbindung des Kolbens mit der Kurbelwelle erfolgt durch die Kurbel 23
und die Kolbenstange 24. Das Kurbelgehäuse ist mit 25, ein Ventilzylinder eit 26
und ein Kolbenventil in demselben mit 27 bezeichnet.
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Der Ventilkolben wird mit der Hälfte der Geschwindigkeit des Hauptkolbens
mit Hilfe der Ventilkurbel 28 hin und her bewegt. Diese Ventilkurbel ist mit dem
Ventilkolben durch eine Stange 29 verbunden und sitzt auf der Kurbelwelle 3o, die
durch Getriebe 3I oder auf sonstige geeignete Weise mit der Hauptkurbelwelle 22
gekuppelt ist. Die Ventilkammer 26 steht in direkter Verbindung mit der Verbrennungskammer
32 des Hauptzylinders 20 an ihrem äußeren Ende. Außerdem ist ein Verbindungsweg
33 zwischen den beiden Zylindern vorgesehen, welcher sich in einer erheblichen Entfernung
von der Verbrennungskammer befindet, wie aus Abb. I klar ersichtlich ist.
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Die Maschine ist mit einem Auslaßkanal 34 und einem Zulaßkanal 35
ausgerüstet. Der Auslaßkanal liegt nahe dem Ende des Ventilzylinders und ist bei
einer bestimmten Ventillage offen, so daß er unmittelbar mit der Verbrennungskammer
in Verbindung steht.
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Der Ventilkolben besitzt einen Querkanal 36, der auf der Zeichnung
in punktierten Linien angedeutet ist und durch den eine Verbindung zwischen dem
Einlaßkanal 35 und dem Durchlaß 33 hergestellt werden kann, welche die Zuführung
einer frischen Brennstoffladung zum Hauptzylinder während des letzteren Teiles des
Saughubes gestattet. Die Maschine ist, wie man sieht, außerordentlich einfach in
ihrer Konstruktion, besitzt nur verhältnismäßig wenige Teile und verlangt keine
besonderen Hilfseinlaß- oder -auslaßventile.
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Die Einfachheit der Konstruktion ist durch die besonders zweckmäßige
Anordnung der Kanäle erreicht, welche ermöglicht, daß der Hauptkolben 2I in Gemeinschaft
mit dem Ventilkolben den Einlaßkanal steuert, wie sich aus der späteren Beschreibung
der Wirkungsweise der Maschine deutlich ergeben wird.
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Angenommen, -die Teile befänden sich in der Lage, in welcher sie in
den Zeichnungen dargestellt sind, und ferner angenommen, daß eine komprimierte Brennstoffladung
soeben entzündet worden und daß das Kolbenventil, wie :erwähnt, mit der Hälfte der
;Geschwindigkeit nies Hauptkolbens bewegt wird. Der Hauptkolben wird dann zunächst
sich nach auswärts bewegen und seinen Arbeitshub vollführen, während das Kolbenventil
gleichzeitig um einen Weg vorrücken wird, welcher einer Drehung :der Kurbel 28 um
9o° entspricht. Wenn der Hauptkolben ungefähr :die Hälfte seines Arbeitshubes gemacht
hat, dann läßt er den Durcblaß 33 frei, welcher jedoch vorher durch das Kolbenventil
verdeckt worden ist, das sich in der gleichen Zeit nur um eine Weglänge verschoben
hat, die :einer Drehung der Kurbel 28 um ungefähr 45' entspricht.
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Der nächste Hub des Hauptkolbens ist der Auspuffhub, und während :dieses
Hubes bewegt sich der Kolben um eine Strecke, die einer weiteren Vierteldrehung
der Ventilkurbel entspricht. Die Anordnung der Teile ist so, daß der Auslaßkanal
beim Beginn des Auspuffhubes offen ist, so daß die verbrannten Gase ausgestoßen
werden, worauf ider Auslaßkanal wiedergeschlossen wird.
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Während des Saughubes des Kolbens, welcher sich daran anschließt;
rückt idie Ventillaurbel um eine weitere Viertelumdrehung vor, und das Kolbenventil
nimmt ungefähr die Lage ein, die in Abb. i dargestellt ist, aber es bewegt .sich
in umgekehrter Richtung wie der Hauptkolben nach dem innern Ende seines Hubes. Der
Kanal 33 wird -dabei mit dem Zulaßkanal 25 verbunden. Der Brennstoff gelangt in
den Zylinder durch fliesen Kanal, da natürlich ein Teilvakuum in ider Verbrennungskammer
während des ersten Teiles ides Saughubes entsteht, bis der Kolben hinreichend verschoben
ist, um den Kanal 33 freizugeben. Der Brennstoff wird in der üblichen Weise während
des Restes des Hubes zugeführt.
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Während ides Berginns des -Kompressionshubes ist ;der Zulaßkanal 33
offen; aber alsbald wird er durch den Ventilkolben geschlossen, welcher sich bei
seiner Bewegung
nach dem inneren Ende darüberschiebt. Im weiteren
Verlauf dieses Hubes bedeckt der Hauptkolben den Durchlaß, und demgemäß wird der
Brennstoff daran verhindert, in den Zylinder 26 überzutreten, wenn der Ventillcolben
den Durchlaß wieder freilegt.
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Die Erfindung ist auch anwendbar auf Maschinen mit Schieberventil,
wie eine solche in Abb.2 bruchstückweise veranschaulicht ist. Die in dieser Abbildung
dargestellte Maschine besitzt einen Kolben 40, der von einem Ventilschieber 4I umschlossen
ist, und der durch eine Kurbel 43 und eine Kolbenstange 44 an eine Kurbelwelle angeschlossen
ist. Der Ventilschieber besitzt einen seitlichen Ansatz 45 an seinem äußeren Ende,
der mit einer Ventilkurbelwelle 46 durch eine Ventilkurbel 47 und eine Verbindungsstange
48 gekuppelt ist. Die Kurbelwelle des Kolbens 40 ist mit der Kurbelwelle 46 durch
ein Getriebe 49 gekuppelt.
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Der Maschinenzylinder besteht aus einem Seitenteil 5o, einem Endteil
5I und einem Paar von ringförmigen Zwischenstücken 52 und 53, worin der Auslaßkanal
54 und der Zulaßkanal 55 angeordnet sind.
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Wie im folgenden näher auseinandergesetzt, werden der Auslaßkanal
54 und der Ringraum, mit dem er in Verbindung steht, während des Auspuffhubes freigelegt
infolge einer entsprechenden Verschiebung des Schieberventils. Andererseits werden
die Zulaßöffnung und der Kanal, mit denn sie durch eine Mehrzahl von radialen Öffnungen
56 im Ventilschieber in Verbindung steht, geöffnet, indem der Kolben so verschoben
wird, daß er die Schieberöffnungen im richtigen Augenblick freilegt.
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Auch diese Ausführungsform der Maschine ist sehr gedrungen, während
gleichzeitig Zulaß- und Auslaßkanäle verhältnismäßig groß sind und sich aus den
Ringkanälen rings in den Zylinder öffnen.
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Der Ventilschieber beginnt beim ersten Teil des Kompressionshubes
damit, sich über seine innere Mittellage hinauszubewegen und schließt den Zulaßkanal
unabhängig vom Kolben, welch letzterer den Kanal während des letzten Teiles dieses
Hubes schließt und dadurch verhindert, daß Gas in die Brennstoffkammer zurückgedrückt
wird.
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Die Eignung der Erfindung für Maschinen mit Tellerventilen ist in
Abb. 3 veranschaulicht. Bei dieser Ausführungsform der Maschine ist der Maschinenzylinder
mit 6o, der Kolben mit 6I, die Kurbelwelle mit 62, die Kurbel mit 63, -die Kolbenstange
mit 64 und eine Verbrennungskammer mit 65 bezeichnet. Ein Tellerventil 66 steuert
den Auslaßkanal 67, und ein weiteres Tellerventil. 68 steuert den Einlaßkanal 69,
und zwar in Gemeinschaft mit dem Kolben, wie dieses früher erläutert wurde.
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Die Ventile werden durch Nockenwellen 70, 7I betätigt, die mit der
Kurbelwelle 62 unter Benutzung eines auf dieser sitzenden Stirnrades 72 durch ein
Triebwerk gekuppelt sind.
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Obwohl bei dieser Ausführungsform zwei besondere Ventile vorgesehen
sind an Stelle des einen Kolben- oder Schieberventils der bisher erläuterten Abbildungen,
arbeitet der Maschinenkolben doch bezüglich der Steuerung des Zulaßkanals in der
gleichen Weise wie vorher angegeben, nämlich wie folgt: Der Zulaßkanal wird durch
das ihm zugeordnete Tellerventil während des letzten Teiles des Expansionshubes
geschlossen gehalten, so daß der Druck der Gase im Zylinder auf den Kolben wirkt,
auch nachdem der Kanal vom Kolben freigelegt worden. Das Tellerventil bleibt dann
noch geschlossen, ;bis der Kolben den Kanal bei dem Auspuffhub überschleift. Bei
dem Saughub bleibt der Kanal offen, wenn der Kolben seine Auswärtsbewegung fortsetzt,
nachdem er seinerseits den Kanal freigelegt hat, so daß eine frische Brennstoffladung
in den Zylinder hineingesaugt wird.
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Die in Abb.4 .dargestellte Maschinenform besitzt ein Paar Zylinder
8o, 8i, .deren Achsen im ,wesentlichen in der gleichen Ebene liegen, aber einen
Winkel miteinander einschließen. Die Zylinderachsen können z. B. in einem Winkel
von 9o° zueinander stehen. In den Zylindern arbeiten :Kolben 82, 83, welche .durch
Kolbenstangen 84, 85 an einen Kurbelzapfen 86 angeschlossen sind, der mit der Kurbelwelle
87 verbunden ist.
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Oberhalb der Kurbelwelle 87 und zwischen den Zylindern 8o und 8i befindet
sich eine Ventilkurbelwelle 88 mit einem Kurbelzapfen 89, an .den die Kolbenventile
9o und 9i angeschlossen sind. Diese Ventile bewegen sich in Ventilzylindern 92 und
93. Der Ventilzylinder 92 öffnet sich mit .seinem einen Ende nach der Verbrennungskammer
94 des Zylinders 8o und -der Ventilzylinder 93 nach der Verbrennungskammer 95 des
Zylinders 8i.
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Die Konstruktion und Anordnung der Ventilzylinder und die Lage der
Einl.aß- und der Auslaßkanäle sind ähnlich wie mit Bezug auf Abb. i angegeben, abgesehen
,davon, daß der Ventilzylinder mit einer gewissen Neigung zum Maschinenzylinder
angeordnet ist. Die Erläuterung der Wirkungsweise kann daher kurz gehalten -werden.
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Die Ventilzylinder 9o und 9i entsprechen einander, so daß die auf
den einen, beispielsweise ,den Zylinder 9b bezügliche Erläuterung zugleich für den
Zylinder 9i gilt. Für den Ventilzylinder 9o ist -ein Ouerkanal 96 vorgesehen,
welcher
an den Zulaßkanal 97 und an einen Durchlaß 98 nach dem Zylinder 8o in einem mittleren
Teil des Hubes des Kolbens 82 angeschlossen werden kann. Die Zuführung von Brennstoff
zu der Maschine wird daher durch das Kolbenventil in Verbindung mit dem Maschinenkolben
geregelt.
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Ein Auslaßkanal 99 wird mit der Verbrennungskammer 94 in Verbindung
gesetzt, wenn der Ventilkolben seine äußerste Lage einnimmt.
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Die Kanäle in den Zylindern 8I und 93 und im Ventilkolben gI sind
mit den gleichen Bezugszahlen wie in dem zweiten Zylinderpaar bezeichnet, abgesehen
davon, daß den Bezugszahlen das Zeichen a hinzugefügt ist.
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Die Kurbelwelle 87 ist mit der Ventilkurbelwelle 88 durch ein
geeignetes Getriebe, wie z. B. das Getriebe 103 gekuppelt.
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Die Wirkungsweise der Maschine in dieser Ausführungsforen ergibt sich
ohne weiteres aus den schematischen Darstellungen der Abb.5 bis I2.
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Abb. 5 zeigt den linksseitigen Kolben im Begriff, den Krafthub zu
beginnen, während sich der rechtsseitige Kolben in einer mittleren Stellung während
des Auspuffhubes befindet.
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Abb.6 zeigt den linksseitigen Kolben in einer mittleren Stellung des
Krafthubes und den rechtsseitigen Kolben im Begriff, den Saughub zu beginnen.
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In Abb. 7 ist der linksseitige Kolben, am Ende des Krafthubes dargestellt,
im Begriff, den Auspuffhub zu beginnen, während der rechtsseitige Kolben sich während
des Saughubes in einer Mittellage befindet.
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In Abb. 8 befindet sich der linksseitige Kolben während des Auspuffhubes
in einer Mittellage und der rechtsseitige Kolben in einer Endlage im Begriff, den
Kompressionshub zu beginnen.
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In Abb. 9 ,befindet sich der linksseitige Kolben im Beginndes Saughubes
und der rechtsseitige in einer Mittellage während des Kompressionshubes.
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In Abb. Io befindet sich der linksseitige Kolben in einer Mittellage
des Saughubes und der rechtsseitige im Beginn des Krafthubes.
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In Abb. II ist der linksseitige Kolben in der Lage dargestellt, in
welcher er den Kompressionshub beginnt, und der rechtsseitige in einer Mittellage
während des Krafthubes.
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In Abb. I2, endlich ist der linksseitige Kolben in einer Mittellage
während des Kompressionshubes dargestellt und der rechtsseitige beim Beginn des
Auspuffhubes. Eine genaue Betrachtung der Diagramme zeigt, daß, wenn die Ventilkurbelwelle
mit der Hälfte der Geschwindigkeit der Maschinenkurbelwelle bewegt wind, dann die
Ventile, obwohl sie an denselben Kurbelzapfen angeschlossen sind, sich doch stets
in der richtigen Arbeitsstellung befinden. Bei dieser Maschinenausbildung wind der
Raum zwischen den Maschinenzylindern ausgenutzt zur Aufnahmedes, Ventilmechanismus
und der Ventilkurbelwelle, so daß sich eine sehr gedrungene Anordnung ergibt. Da
sich jeder Ventilzylinder in geneigter Lage zu dem ihm zugeordneten Maschinenzylinder
befindet, so liegen die Ventilzylinderenden, welche sich nach den Maschinenzylindern
öffnen, sehr dicht neben den betreffenden Maschinenzylinderenden, wodurch es möglich
wird, eine kleinere Verbrennungskammer zu benutzen und dadurch die Leistung der
Maschine zu steigern.
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Die Ventilkolben dienen auch dazu, durch das Kupplungsgetriebe Kraft
auf die Maschinenwelle zu übertragen.
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Der Winkel zwischen den Achsen der Ventilzylinder hängt ab von dem
Winkel zwischen den Achsen der Maschinenzylinder. Bei einer Maschine z. B., bei
welcher die Maschinenzylinderachsen einen Winkel von go° miteinander einschließen,
ergibt sich für die Ventilzylinder eine Lage, bei welcher sie einen Winkel von etwa
I35° einschließen.
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Diese Maschinenform ist besonders geeignet für Automobile, Flugzeuge
und für Motorboote, kann jedoch auch für andere Zwecke mit Nutzen Anwendung finden.
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Die Darstellung ider Abb. 3 soll die Erfindung in Verbindung mit zweigetrennten
Ventilen veranschaulichen, wobei es jedoch belanglos ,ist, von welcher Art diese
Ventile sind; an Stelle Ader dargestellten Tellerventile können auch beliebige andere
geeignete Ventile Anwendung finden.