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Schieberbrennkraitmaschine Die Erfindung bezieht sich auf eine Brennkraftmaschine
mit mehreren reihenweise angeordneten Zylindern mit exzentrisch über diesen angeordneten
scheibenförmigen Drehschiebern, die jeweils eine zentrale Öffnung im Zylinderboden
überschneiden und die notwendigen Steueröffnungen enthalten.
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Die Erfindung besteht darin, daß jeder Drehschieber eine oder mehrere
Brennkammern besitzt, die insbesondere während des Verdichtungshubes in an sich
bekannter Weise mit der Öffnung im Zylinderboden zur Deckung gelangen, und daß die
Ein- bzw. Auslaßöffnungen im Zylinderkopf oberhalb des mit durchgehenden geneigten
Steuerkanälen versehenen Drehschiebers angeordnet sind.
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Durch eine solche Anordnung wird auf einfache Weise eine Brennkammer
geschaffen, in welche die im Verdichtungsraum zu komprimierende Luft bei der allmählichen
Überdeckung der Brennkammer mit der zentralen Zylinderöffnung tangential einströmt
und in dieser Kammer verwirbelt wird. Insbesondere im oberen Totpunkt des Arbeitskolbens
und bei voller Überdeckung der Brennkammer mit der zentralen Öffnung des Zylinders
entsteht ein geschlossener Brennraum, der weder Ventile noch sonstige Einbauten
aufweist, so daß das explosive Gemisch überall glatte Wände vorfindet und der
Zünddruck
sich voll auf den Kolben auswirken kann. Im Fall der Ausbildung der Brennkammer
als selbstzündende (Diesel-) . Maschine kann der Kolben mit einer Auswölbung nach
oben versehen sein, um den notwendigen Kompressionsdruck zu erreichen.
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Bei mit Leichtbrennstoff und Fremdzündung arbeitenden Maschinen ist
es möglich, den Kolben. als Flach- oder Muldenkolben auszubilden..
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Zur Einspritzung des Brennstoffes, insbesondere bei selbstzündenden
Brennkraftmaschinen, besitzen die in. den Steuerschiebern. angeordneten Brennkammern
eine oder mehrere auf der dem Zylinderraum gegenüberliegenden Seite angeordnete
Öffnungen; der Brennstoff kann also unmittelbar in die im Brennraum kreisende Luft
eingespritzt werden, so daß eine gute Durchmischung von Luft und Brennstoff gegeben
ist, die den Wirkungsgrad der Maschine in günstiger Weise beeinflußt. Bei mit Fremdzündung
arbeitenden Brennkraftmaschinen kann durch die in den Brennkammern auf der dem Zylinderraum
gegenüberliegenden Seite angeordneten Öffnungen der Zündfunke zur Entzündung des
Gas-Luft-Gemisches überspringen.
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Durch entsprechende Wahl und Anordnung der Kanäle und Brennkammern
in den Steuerschiebern kann erreicht werden, daß diese sowohl bei Zweitakt- als
auch bei Viertaktmaschinen mit derselben Drehzahl, nämlich mit halber Drehzahl der
Motorwelle, umlaufen.
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Die durch den Steuerschieber möglichen glatten Formen der Ein- und
Auslaßkanäle ermöglichen eine vorteilhafte, rasche und widerstandslose Zu-und Abführung
des Gases oder der Luft. Für den Auslaß bringt dies den weiteren Vorteil, daß gegebenenfalls
die Schwingungen der Auslaßsäule zum vermehrten Ansaugen von Luft bzw. Gas zur Zylinderfüllung
herangezogen werden können. Durch die zentrale Anordnung der Öffnung des Zylinderraumes
ergibt sich -der Vorteil, daß ein Verziehen des Zylinderbodens ausgeschlossen ist.
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In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung schematisch
dargestellt, und zwar zeigt Abb. i den Schnitt durch eine selbstzündende Viertaktbrennkraftmaschine,
Abb. 2 eine Draufsicht auf diese Maschine, Abb. 3 den Schnitt durch eine mit Fremdzündung
arbeitende Brennkraftmaschine, Abb. 4 eine Gesamtansicht der Brenulcraft#-maschine,
Abb. 5 eine Draufsicht auf die Maschine, Abb. 6 bis i i verschiedene Stellungen
einer selbstzündenden Viertaktbrennkraftmaschine, wobei der Steuerschieber und Zylinderkopf
in der Abwicklung dargestellt sind, Abb. 6 a bis i i a die in den Abb. 6 bis i i
dargestellten Stellungen des Steuerschiebers in Draufsicht, Abb. i2 ein Steuerdiagramm
der Brennkraftmaschine gemäß den Abb. 6 bis i i, Abb. iß bis 17 verschiedene
Stellungen einer selbstzündenden Zweitaktbrenukraftmaschine mit durch den Kolben
gesteuerten lEinlaßkanälen, wobei der Steuerschieber und Zylinderkopf in der Abwicklung
@dargestellt -sind, , Abb. ißa bis i7 a die in den Abb. 13 bis
17 dargestellten Stellungen des Steuerschiebers in Draufsicht, Abb. 18 ein
Steuerdiagramm. der Brennkraftmaschine gemäß den Abb. 13 bis 17.
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Die in Abb. i dargestellte selbstzündende Viertaktbrennkraftmaschine
besteht aus einem Zylinderblock a, dem Kolben b, dem Steuerschieber c und
dem Zylinderkopf d.
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In der gezeichneten Stellung befindet sich der Kolben b im oberen
Totpunkt, und die Brennkammer v des Steuerschiebers c steht mit der zentralen Öffnung
a1 des Zylinderraumes a1 in voller Überdeckung. Der Steuerschieber c ist um das
Maß aus der Zylindermitte versetzt und dreht sich um die mit dem Schieber fest verbundene
Achse cl in den Lagerbüchsen a2 und dl. Im Zylinderkopf d ist die Einspritzdüse
i angeordnet, die durch die Offnung o in die Brennkammer v einspritzt. Die Öffnung
o im Steuerschieber c ist z. B. durch einen an sich bekannten federnden Dichtungsring
g, die Brennkammer v durch einen Dichtungsring v1 gegenüber dem Zylinderkopf
d bzw. dem Zylinder a
abgedichtet. In ähnlicher Weise erfolgt die Abdichtung
der zentralen Öffnungdl des Zylinderraumes a1 gegenüber dem Steuerschieber c, und
zwar durch die Dichtung f. Der Steuerschieber e ist am äußeren Umfang mit der Verzahnung
h versehen und durch diese Verzahung einerseits mit dem in den Abb. 4 und 5 dirgestellfien
Antriebsrad i3, andererseits mit dem benachbarten Steuerschieber verbunden, so daß
über das Antriebrad i3 sämtliche Steuerschieber c der Brennkraftmaschine angetrieben
werden.
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Die axiale Abdichtung des Steuerschiebers c gegenüber dem Zylinderblock
a erfolgt durch Kolbenringe h, gegenüber dem Zylinderkopf d durch
Kolbenringe hl.
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Die mit dem Steuerschieber d fest verbundene Achse cl besitzt die
Bohrungen m und n zum Ein-und Austritt des Kühlmittels. Das durch die Bohrung m
eintretende Kühlmittel wird durch eine Durchtrittsöffnung c2 den Kühlräumen des
Steuerschiebers c zugeleitet und tritt durch die Öffnung c3 und die Bohrung n wieder
aus. Dadurch ist Gewähr dafür gegeben, daß sämtliche Wandungen des Steuerschiebers
c durch das Kühlmittel bestrichen werden. Der Zylinderkopf d besitzt, wie in Abb.
2 -dargestellt, die Ein- und Auslaßöffnungen r bzw. s, während im Steuerschieber
c außer der Brennkammer v noch die Durchgangsöffnungen t, u angeordnet
sind. Abb. 3 zeigt in ähnlicher Weise wie Abb. i eine B:rennkraftmaschine, deren
muldenförmiger Kolben q sich im oberen Totpunkt des Zylinderraumes a1 befindet.
An Stelle der in Abb. i dargestellten Einspritzdüse i ist hier eine Zündkerze p
angeordnet, da es sich um eine mit Fremdzündung arbeitende Brennkraftmaschine handelt,
die entweder als Vergasermaschine oder als Maschine mit Leichtbrennstoffeinspritzung
betrieben sein kann.
Durch die Durchtrittsöffnung o des Steuerschiebers
c tritt in diesem Fall der Zündfunke nach der Brennkammer v zur Zündung des Gas-Luft-Gemisches
über. Im übrigen ist die Anordnung der einzelnen Teile gleich wie bei der in Abb.
i dargestellten Maschine.
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In Abb. d. ist die Ansicht einer Brennkraftmaschine mit z. B. vier
Arbeitszylindern dargestellt. Von der Kurbelwelle i wird über ein Kegelräderpaar
il und die senkrechte Welle i, das Antriebsrad i3 für die Steuerschieber c angetrieben,
und zwar derart, daß die Steuerschieber c mit der halben Drehzahl der Motorwelle
umlaufen. Wie aus Abb. 5 ersichtlich, sind die Steuerschieber c durch die Verzahnung
h miteinander gekuppelt, so daß durch das Antriebsrad i3 sämtliche Steuerschieber
in Drehung versetzt werden. Die Ein und Auslaßleitungen r bzw. s können beispielsweise
an gemeinsame Saug-und Auspuffleitungen angeschlossen sein, wobei für Brennkraftmaschinen,
die mit Aufladung arbeiten, an die Saugleitung ein Ladegebläse angeschlossen sein
kann.
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Um dem gegenlkufigen Drehsinn der Steuerschieber c Rechnung zu tragen,
können sich die Kanäle r und s im Zylinderkopf d überkreuzen.
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Die Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine ist folgende:
In den Abb. 6 bis i i bzw. 6 a bis i i a sind für eine selbstzündende Viertaktbrennkraftmaschine
die verschiedenen Stellungen des Steuerschiebers in bezug auf die zentrale Austrittsöffnung
ai und die Ein- und Auslaßkanäle r, s im Zylinderkopf d dargestellt.
In den Abb. 6 und 6 a befindet sich der Kolben b in seinem oberen Totpunkt am Ende
des Auspuffhubes. Die Kanäle t, u des Steuerschiebers c stehen mit den Ein-
und Auslaßkanälen r, s des Zylinderkopfes d gleichzeitig in Verbindung, so daß eine
Durchspülung des Zylinderraumes a1 durch die Leitungen s, 2c, t, r stattfindet.
Bewegt sich der Kolben b im nachfolgenden Saughub abwärts, so wird die Auslaßleitung
r geschlossen, während die Verbindungsleitung u im Steuerschieber c mit der Einlaßleitung
s zur Überdeckung kommt und die Luft durch diese Leitungen s, zc in den Zylinderraum
a1 einströmen kann. Befindet sich der Kolben b, wie in den Abb. 7 und 7 a dargestellt,
im unteren Totpunkt, so steht die Einlaßleitung s durch die Verbindungsleitung 2i
mit dem Zylinderraum a1 in Verbindung, wobei jedoch kurz nach der Kolbenumkehr die
Leitung s abgeschlossen wird. Beim Aufwürtsgang des Kolbens kommt die Brennkammer
v allmählich mit der zentralen Öffnung ai des Zylinderraumes a1 zur Überdeckung,
wobei die in die Brennkammer v übergeschobene Luft durch deren halbkugelförmige
Ausgestaltung in Wirbeleng versetzt wird (vgl. Abb. 8 und 8a). Am Ende des Kompressionshubes
befindet sich, wie in den Abb. 9 und 9 a dargestellt, der Kolben im oberen Totpunkt,
und die Brennkammer v ist inzwischen zur vollen Überdeckung mit der zentralen Öffnung
ai des Zylinderraumes a1 gekommen. Durch die Öffnung o wird im oberen Totpunkt bzw.
kurz vor dem oberen Totpunkt Brennstoff in die Brennkammer v eingespritzt, wo das
Luft-Brennstoff-Gemisch zur Entzündung gebracht wird und den Kolben nach abwärts
bewegt. Kurz vor Erreichen des unteren Totpunktes bringt die Leitung t im Steuerschieber
c den Zylinderraum a1 mit der Auslaßleitung rin Verbindung, so daß die verbrannten
Gase ausströmen können (vgl. Abb. io und ioa).
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Bei der Umkehr und dem Aufwärtsgang des Kolbens b kommt der
Kanal t im Steuerschieber c sowohl mit der zentralen Öffnung a, als auch
mit dem Auslaßkanal allmählich zur vollen Überdeckung, so daß die verbrannten Gase
aus dem Zylinder ausgeschoben werden können (vgl.Abb. i i und i i a). Ist der Kolben
im oberen Totpunkt angelangt, so ergibt sich wiederum die in den Abb. 6 und 6a gezeichnete
Stellung, d. h. es findet durch die gleichzeitig geöffneten Ein- und Auslaßkanäle
eine Durchspülung des Zylinderraumes dl statt, bevor der Zylinder im Saughub wieder
mit Frischluft gefüllt wird. In Abb. 1a ist ein Diagramm der eben beschriebenen
selbstzündenden Viertaktbrennkraftmaschine dargestellt, aus dem hervorgeht, daß
der Einlaßbeginn EB kurz vor, das Auslaßende AB
dagegen kurz nach dem oberen
Totpunkt 0T liegt. Umgekehrt liegt der Auslaßbeginn AB kurz vor, das Einlaßende
EE dagegen kurz nach dem unteren: Totpunkt UT. Bei der in den Abb. 13 bis 17 bzw.
13a bis 17a dargestellten selbstzündenden Zweitaktbrennkraftmaschine wird der Einlaß
in an sich bekannter Weise durch den Kolben b gesteuert, wobei die Spül- und Ladeluft
durch am Umfang des Zylinders angeordnete Leitungen und Schlitze eintritt. Der Zylinderraum
a1 besitzt wiederum eine zentrale Mittelöffnung al ; und im Zylinderkopf d ist ebenfalls
zentral der Auslaßkanal w angeordnet. Der mit der halben Motordrehzahl umlaufende
Steuerschieber c besitzt in diesem Fall auf seinem Umfang zwei Brennkammern x und
x1 und zwei sich nach dem Zylinderkopf d zu erweiternde Öffnungen y und y1. In der
in den Abb. 13 und 13 a gezeichneten Stellung befindet sich der Kolben b im oberen
Totpunkt, und die Brennkammer x steht mit der zentralen Zylinderöffnung ai in voller
überdeckung. Durch die Öffnung o wird der Brennstoff in die Brennkammer x gespritzt
und durch die darin befindliche Luft zur Entzündung gebracht. Unter der Wirkung
dieser Explosion wird der Kolben b nach abwärts gedrückt. Ehe der Kolben die Oberkante
der Einlaßschlitze z erreicht hat, bewegt sich der Steuerschieber so weit, daß durch
dessen Kanal y eine Verbindung zwischen dem Zylinderraum a1 und der Auslaßöffnung
w hergestellt wird und die in dem Zylinderraum a1 befindlichen verbrannten Gase
in den Auslaß entweichen können (vgl. Abb. 14 und iq.a). Bewegt sich der Kolben
noch weiter nach abwärts bis zum unteren Totpunkt, so werden, wie in den Abb. 15
und 15 a dargestellt, die Einlaßschlitze z frei, während die Auslaßöffnung w noch
geöffnet ist.
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Es findet also eine Durchspülung des Zylinderraumes a1 statt. Nach
der Kolbenumkehr im unteren Totpunkt findet eine weitere Spülung des Zylinderraumes
a1 statt, bis der Kanal y außer Überdeckung
mit der zentralen Zylinderöffnung
ui kommt. Dabei hat der Kolben b die obere Kante derEinlaßkanäle z noch nicht erreicht,
so daß von diesem Zeitpunkt ab bis zu deren Abschluß die Aufladung des Zylinders
stattfindet. Sobald der Kanal y aus dem Bereich der Öffnung a: gerückt ist, kommt
die Brennkammer x1 allmählich zur Überdeckung mit dieser Öffnung ai .
Beim
Kolbenaufwärtsgang wird die angesaugte Luft tangential in. die Brennkammer x bzw.
x1 gedrückt und dort infolge der halbkugelförmigenAusbildung dieser ,Brennkammer
in Wirbelung versetzt (vgl. Abb. 16 und 16a). Hat der Kolben b seine Stellung im
oberen Totpunkt erreicht, so ist die Brennkammer x1 zur vollen Überdeckung mit der
Zylinderöffnung ui gekommen, und es wird durch die Öffnung o der Brennkammer x1
Brennstoff eingespritzt, der mit der komprimierten Luft zur Entzündung kommt und
den Kolben abwärts treibt (vgl. Abb. 1'7 und i7a). Das Arbeitsspiel der Brennkraftmaschine
beginnt nun von neuem, und zwar in der Reihenfolge, wie in den Abb. 14 bis 17 bzw.
14a bis 17a dargestellt. Das in Abb. 18 dargestellte Steuerdiagramm zeigt, daß Einlaßbeginn
EB und Einlaßende EE symmetrisch zum unteren Totpunkt UT liegen, während durch die
besondere Ausbildung des Steuerschiebers der Auslaßbeginn AB weiter vor dem
unteren Totpunkt als das Ausläßende AE nach dem unteren Totpunkt UT liegt. Dadurch
ergeben sich für den: Betrieb der Brennkraftmaschine hinsichtlich Zündung, Spülung
und Aufladung besonders vorteilhafte Verhältnisse.
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Bei mit Fremdzündung arbeitenden Leichtbrennstoff-Einspritz-Rrennkraftmaschinen
kann der Leichtbrennstoff entweder in die Saugleitung oder aber unmittelbar in den
Zylinderraum eingespritzt werden. Weiterhin kann bei den mit Fremdzündung arbeitenden
Maschinen der Kolben als Flachkolben, Muldenkolben oder in ähnlicher Weise wie bei
mit Fremdzündung arbeitenden Maschinen mit einem Kolbenansatz. bi ausgebildet sein.
Durch Austausch des Kolbens und durch Auswechseln der Düse bzw. der Zündkerze sind
solche Motoren auf einfachste Art in Otto- bzw. Dieselmotoren zu verwandeln,