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Regelungsvorrichtung für Verbrennungskraftmaschinen. Die Erweiterung
des Bereiches der Regelbarkeit von Viertaktmaschinen ist bisher durch zwei verschiedene
Mittel versucht worden, nämlich entweder durch Umsteuerung auf Zweitaktbetrieb,
wenn es darauf ankam, auch bei niederer Drehzahl einen guten Gleichförmigkeitsgrad
und eine gute Leistung zu erzielen, oder durch Erhöhung der Gemischladung, falls
lediglich eine Leistungssteigerung erzielt werden sollte.
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Bei der Maschine nach vorliegender Erfindung werden diese beiden Mittel
gleichzeitig angewendet. Das bei Zweitaktbetrieb als Gemischpumpe wirkende Kurbelgehäuse
dient bei Viertaktbetrieb als Luftpumpe in der Weise, daß kurz nach Beginn des Auspuff
ens Spülluft und am Ende des Saughubes Zusatzluf t dem Arbeitszylinder zugeführt
wird. Die vom Arbeitskolben der Maschine gesteuerten, vom Kurbelgehäuse zum Arbeitszylinder
führenden Kanäle werden in beiden Fällen zur Gemisch-bzw. zur Luftzuführung benutzt,
Die Umsteuerung der Maschine erfolgt außer durch Umschaltung der Vergaserleitung
durch achsiale Verschiebung der mit halber Maschinendrehzahl umlaufenden Nockenwelle,
die in ihrer einen Stellung mit dem üblichen Ansaug- und Auspuffnocken auf die beiden
zugehörigen Ventile einwirkt und in ihrer anderen Stellung lediglich das Auspuffventil
mittels eines Doppelnockens steuert. Auf der Zeichnung ist die Maschine in einem
Ausführungsbeispiel dargestellt, wobei zwecks Vereinfachung die bekannten Kühlrippen
oder Kühlmäntel weggelassen sind. Es zeigt: Abb. z einen Achsialschnitt durch den
Zylinder der schematisch dargestellten Maschine, Abb. 2 Einzelheiten der Steuerung.
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Die Maschine vereinigt in sich die äußeren Merkmale einer Viertaktmaschine
und einer nach dem Einkanaltyp gebauten Zweitaktmaschine mit Auspuffventil. Der
Zylinder r nimmt in seinem Kopf das Auspuffventil e und das Ansaugventil 3 auf,
wobei bei Ausbildung des Verbrennungsraums die Bildung von unzugänglichen Ecken,
in denen Restgase zurückbleiben könnten, sorgfältig vermieden ist. Die j Schlitzsteuerung
für den 1J''bertrittt des im Kurbelgehäuse 6 verdichteten Gemisches bzw. der Spül-
und Zusatzluft in den Zylinder wird gebildet durch die dem Zylinderkopf zugekehrten
Kanten q. von achsial verlaufenden, in den inneren Zylinderumfang eingefrästen nutenförmigen
Kanälen 5.
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Die Gemisch- bzw. Luftzuführung zu dem Kurbelgehäuse erfolgt durch
das selbsttätige Ansaugventil 7, das durch die Drosselklappe to und den Verbindungsstutzen
23 sowie die Umschaltklappe 25 wahlweise mit der Frischluft oder mit dem Vergaser.in
Verbindung gebracht werden kann. Die Umschaltklappe 25 ist so angeordnet, daß sie
in ihrer einen Stellung
einen Überströmkanal 24 überdeckt, der zur
Gasansaugleitung =i führt, die den Vergaser mit dem Ansaugventil 3 verbindet; in
ihrer anderen Stellung gestattet sie dem durch den Vergaser angesaugten Gemisch
den Übertritt von der Leitung =i in die Leitung 23, schließt jedoch die Leitung
23 gegenüber der Außenluft nicht vollkommen ab, so daß durch sie gleichzeitig bei
Benutzung des Kurbelgehäuses als Ge-nischpumpe die Zusatzluft reguliert werden kann.
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Die Steuerung der Maschine ist so ausgebildet, daß die Kanten 4 der
in den Zylinder eingearbeiteten Kanäle 5 während des Kurbelweges 13 bei jeder
Umdrehung der Kurbel vom Kolben freigelegt und damit die Kanäle 5 geöffnet werden.
Das Ansaugventil ist während des Kurbelweges i4 des ersten Taktes und das Auspuffventil
während des Kurbelweges 15 des vierten Taktes geöffnet, falls die Maschine auf Viertaktbetrieb
eingestellt ist. Bei Zweitaktbetrieb wird durch Achsialverschiebung der Nockenwelle
16 der Hebel 21 für das Ansaugventil außer Eingriff mit dem Nocken 17 gebracht,
während der das Auspuffventil betätigende Hebel 2o nicht mehr mit dem einnasigen
Nocken 18, sondern mit dem doppelnasigen Nocken i9 zusammen arbeitet. Das Ansaugventil
bleibt dann dauernd geschlossen, während das Auspuffventil bei jeder Umdrehung während
des Kurbelweges 22 geöffnet wird.
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Die Arbeitsweise der Maschine ist folgende Bei Viertaktbetrieb wird
durch die Umschaltklappe 25 die Überströmöffnung 24 geschlossen, so daß der Vergaser
nur mit dem Ansaugventil 3 in Verbindung steht und durch die Leitung 23 nur Frischluft
in das Kurbelgehäuse gesaugt werden kann. Gleichzeitig wird die Nockenwelle 16 so
eingestellt, daß die einfachen Nocken 17 und 18 mit dem Hebel 21: und 2o für das
Ansaub und Auspuffventil zusammen wirken.
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Beim ersten Takt saugt- die Maschine aus der Gemischleitung =i mit
Brennstoff übersättigtes Gemisch an. Gleichzeitig wird die im Kurbelgehäuse durch
das Ventil 7 beim vorhergehenden Auspuffhub angesaugte Frischluft verdichtet. Bei
Beginn der Öffnung der Kanalkanten 4, die zeitlich zusammenfällt mit dem Schluß
des Ansaugventils 3, strömt aus dem Kurbelgehäuse verdichtete Frischluft über, bis
ein annähernder Druckausgleich zwischen dem Zylinder und Kurbelgehäuse stattgefunden
hat. Mit dem Überdecken der Kanalkanten 4 durch den Kolben beginnt der Verdichtungshub,
der ebenso wie der Verbrennungshub wie bei den im Viertakt arbeitenden Maschinen
verläuft.
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Das Auspuffventil, welches sehr reichliche Voröffnung erhält, läßt,
bevor von dem Kolben die Kanalkanten .1 freigegeben werden, so viel verbrannte Gase
entweichen, daß bei Öffnen der Kanäle 5 im Zylinder kein höherer Druck herrscht
als im Kurbelgehäuse. Während des Offenstehens der Kanäle 5 strömt Frischluft in
den Zylinder ein, die die Verbrennungsgase vom Kolben weg in den Verbrennungsraum
drängt, um sie vor sich her während des Auspuffhubes durch das Auspuffventil auszuschieben,
so daß am Ende dieses Hubes der Verbrennungsraum nur noch von Frischluft gefüllt
ist.
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Das bei der folgenden Ansaugperiode eintretende frische Gemisch erfährt
daher keine Temperaturerhöhung und keine Verunreinigung durch verbrannte Gase. Infolge
der niederen Anfangstemperatur des Gemisches bei Beginn der Kompression kann mit
einer höheren Verdichtung gearbeitet werden, als sonst bei Verpuffungsmaschinen
üblich, ohne daß die Gefahr des Eintritts von Frühzündungen besteht. Sowohl hierdurch
als durch die Möglichkeit, ein nahezu reines Gemisch, d. h. ein Gemisch ohne Beimengung
von. Verbrennungsrückständen und großer Überschußluftmenge, verarbeiten zu können,
wird sowohl der thermische Wirkungsgrad der Maschine als die Leistung der Maschine,
bezogen auf den Zylinderinhalt, ganz wesentlich verbessert.
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Ferner wird durch die bei jeder Umdrehung dem Zylinder zugeführte
kalte Frischluft eine Kühlwirkung auf die Zylinderwandungen und bei der auf der
Zeichnung dargestellten Ausführungsform vor allem auch auf den Kolben ausgeübt.
Da nämlich die Überströmkanäle vom Kurbelgehäuse zum Zylinder als achsial verlaufende
und auf den Zylinderumfang gleichmäßig verteilte Nuten ausgeführt sind, werden breite
Streifen der Mantelfläche des Kolbens bei Übertritt der Frischluft in den Zylinder
von dieser bespült und abgekühlt.
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Durch diese Kühlwirkung auf den Kolben wird allerdings anderseits
eine gewisse Erwärmung der überströmenden Luft herbeigeführt, die eine Erhöhung
der Anfangstemperatur des Gemisches herbeiführen könnte. Praktisch dürfte diese
Erwärmung jedoch unschädlich sein, da durch gute Kolbenkühlung anderseits wieder
die Wärmestrahlung des Kolbenbodens während des Verdichtungshubes vermindert wird.
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Die Regelung der Maschine erfolgt durch die Drosselklappen =o und
12, die in die zum Kurbelgehäuse führende Leitung 23 und in die Gemischansaugleitung
=i eingebaut sind. Der Vergaser, der nach einem bewährten System gebaut sein kann,
muß so eingestellt werden, daß er ein mit Brennstoff übersättigtes Gemisch liefert,
da dem durch die Leitung =z angesaugten Gemisch sich noch sowohl die im Verbrennungsraum
vorhandene als die am
Ende der Saugperiode aus dem als Verdichter
wirkenden Kurbelgehäuse übertretende Frischluft beimengt, durch deren Beimengung
erst das zündfähige Gemisch gebildet wird.
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Da der Luftüberschuß des Gemisches bekanntlich in ziemlich weiten
Grenzen geändert werden kann, ohne daß die Zündfähigkeit und die normale Verbrennung
des Gemisches praktisch beeinträchtigt wird, empfiehlt es sich, die Regelung der
Maschine als kombinierte Gemisch- und Mengenregelung durchzubilden, derart, daß
eine Leistungsminderung der Maschine zunächst durch Drosselung der Gemischleitung
ii und einer dadurch erzwungenen Verarbeitung eines Gemisches mit größerem Luftüberschuß
erreicht wird, wobei der Kompressionsenddruck und damit die Wirtschaftlichkeit der
Verbrennung nur unwesentlich herabgemindert wird.
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Erst bei etwa gewünschter, noch weiterer Leistungsminderung der Maschine
muß dann auch die Leitung 23, durch welche Frischluft in das Kurbelgehäuse gesaugt
wird, abgedrosselt werden, damit eine Verminderung der am Ende der Saugperiode dem
Gemisch beigemengten Frischluft eintritt und so die gesamte Gemischmenge verringert
wird, ohne daß ihre Zündfähigkeit in Frage gestellt wird.
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Allerdings wird durch Drosselung der Leitung 23 auch die -während
der Auspuffperiode in den Zylinder übertretende Luftmenge vermindert, so daß kein
vollkommenes Austreiben der Restgase aus dem Verbrennungsraum mehr erfolgt. Dieser
Nachteil kann jedoch in Kauf genommen werden, da das Gemisch in diesem Falle eine
genügende Überschußluft besitzt, um auch bei Verunreinigung durch Restgase einwandfrei
verbrennen zu können.
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Sollte es jedoch wünschenswert sein, daß auch bei verminderter Maschinenleistung
mit keinem durch die Restgase verunreinigten Gemisch gearbeitet wird, so kann durch
Einbau eines von der Nockenwelle zwangläufig gesteuerten Einlaßorgans in die Leitung
23 oder durch ähnliche Mittel dafür Sorge getragen werden, daß während des Verdichtungshubes
die Wirkung der Drosselklappe io ausgeschaltet und in das Kurbelgehäuse die volle
zur Spülung des Zylinders während des Auspuffhubes nötige Luftmenge eingesaugt wird,
während nur am Ende der Ansaugperiode eine Verminderung der in dem Zylinder übertretenden
Luftmenge unter Einfluß der Drosselklappe io erfolgt.
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Soll die Maschine im Zweitakt arbeiten, so wird durch eine mechanische
Kupplung zwischen der Klappe 25 und den die Achsialverschiebung der Nockenwelle
herbeiführenden Maschinenteilen die Klappe 25 geöffnet und zugleich die Nockenwelle
verschoben, so daß das Ansaugventil 3 außer Tätigkeit gesetzt und d2,s Auspuffventil
2 bei jeder Kurbelumdrehung während Zurücklegung des Kurbelweges 22 ge;jffnet wird.
Das Gemisch strömt dann von der Leitung i i durch die Überströmöffnung 24 und die
Leitung 23 zum Saugventil 7 des Kurbelgehäuses, wobei durch den von der Klappe 25
frei gelassenen Luftspalt dem vom Vergaser gelieferten an Brennstoff übersättigten
Gemisch die noch benötigte Luft zugesetzt wird. Die Regelung der Maschine erfolgt
dann ausschließlich durch die Drosselklappe io.
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Die Möglichkeit, die Maschine als Viertakt-und als Zweitaktmaschine
zu betreiben, ist besonders wertvoll bei ihrer Verwendung zum Antrieb von Kraftfahrzeugen,
da sie als Zweitaktmaschine einen höheren Gleichförmigkeitsgrad besitzt und bei
niederer Drehzahl pro Umdrehung eine höhere Leistung abgeben kann wie als Viertaktmaschine,
so daß sich in vielen Fällen der Einbau eines Übersetzungsgetriebes ganz erübrigt
oder wenigstens dieses einfacher gestaltet werden kann.