DE913598C

DE913598C - Zweitaktmotor

Info

Publication number: DE913598C
Application number: DES24466A
Authority: DE
Inventors: Jean Bertin; Henri Meulien
Original assignee: SNECMA SAS
Current assignee: Safran Aircraft Engines SAS
Priority date: 1950-08-19
Filing date: 1951-08-17
Publication date: 1954-06-18
Also published as: GB742360A; US2714879A; FR1023618A

Description

Zweitaktmotor Die bekannten Zweitaktkolbenmotoren besitzen hinsichtlich Leistung und Wirkungsgrad große Vorteile, jedoch weisen sie auch verschiedene schwerwiegende Nachteile auf, durch die sie für verschiedene wichtige Anv#endungszwecke ausgeschlossen werden.
Einer dieser Nachteile besteht darin, daß die Gasbewegungen, d. h. das Einlassen, das Ausspülen der verbrannten Gase und das Ausstoßen, in. einer Zeit erfolgen müssen, die zur Vollendung des Kreislaufes zu gering ist, was zu Füllverlusten, einem schlechten Wirkungsgrad usw. führt.
Diesem Nachteil kann dadurch begegnet werden, da,ß zur Steuerung bzw. Verteilung Mäntel oder Einsätze verwendet werden, die mit in zweckentsprechender Weise angeordneten Einlaß- und Auslaßschlitzen versehen sind, um über die Oberfläche der Zylinder verteilte Öffnungen zu steuern, wodurch große Gasdurchlaßquerschnitte und wirksame Gasbewegungen unabhängig von dem jeweiligen Betriebszustand des Motors erhalten werden können.
Ein anderer schwerwiegender Nachteil der Zweitaktmotoren, soweit es sich um Motoren mit Vergasung und gesteuerter Zündung handelt, liegt darin, daß ihre Leistung schwierig zu regeln ist.
Gemäß einer Arbeitsweise, die bei kleinen Motorrad- und Kleinwagenmotoren mit Vorkompression im Motorgehäuse angewendet wird, wird der Zustrom zum Vergaser gedrosselt, wobei die Öffnungen des Zylinders sich normal öffnen können, aber die Spülung und ebenso die Zündung dann unregelmäßig erfolgen und der Motor mit einem sehr unangenehmen Stoßen arbeitet. Zweck der Erfindung ist, einen Zweitaktmotor zu schaffen, welcher nicht nur eine genaue Regelung der Leistung in den Grenzen, wie sie in üblicher Weise von mit veränderlichen Ladungsmengen arbeitenden Motoren, wie z. B. Fahrzeugmotoren, verlangt werden, sondern auch ein gleichmäßiges Arbeiten in den verschiedenen Gängen des Motors zu erzielen gestattet.
Die Erfindung besteht im wesentlichen darin, daß der Steuer- oder Verteilereinrichtung eine Vorrichtung zugeordnet ist, die, je nachdem ob die Ladung des Motors zunimmt oder abnimmt, die wirksamen Qüerschnittsflächen der Einlaß- und Auslaßschlitze gleichzeitig zu vergrößern oder zu verkleinern gestattet.
Die Anwendung der Erfindung ermöglicht, daß in den verschiedenen Betriebszuständen des Motors der bei der Spülung herrschende Druck praktisch konstant gehalten oder zum mindesten seine Änderung nicht erzwungen wird.
Auf Grund der gleichzeitig erfolgenden Verkleinerung der Einlaß- und Auslaßschlitze bei abnehmender Motorladung wird nicht nur wie bei den bekannten Anordnungen die bei jedem Hub in einem Zylinder des Motors eingelassene Luftmenge herabgesetzt, sondern es wird auch die Gasmenge, die aus dem Zylinder entweichen kann, in einem entsprechenden Verhältnis vermindert.
Die Spülung erfolgt dann auf eine sich wenig ändernde Art und Weise. Nur die zum Einsatz gelangenden Gasmengen sind verschieden. Es besteht somit nicht mehr die Gefahr, daß bei vermindertem Betrieb ein w.esentlicherTeil Frischgase in den Auslaß gelangt und dadurch ein,entsprechender Verlust in der Leistung eintritt.
Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht schließlich darin, daß die bei jedem Hub im Zylinder verbleibende Gasmenge genau dosiert ist und daß die Zündungen regelmäßig erfolgen.
Die Übergänge auf höhere Geschwindigkeiten werden in sehr guter Weise erhalten, was für Motoren von Landfahrzeugen sehr wichtig ist. Abgesehen davon, daß der Zweitaktzyklus bei gleicher Zylinderzahl ein konstanteres Drehmoment als der Viertaktzyklus liefert, wird dadurch, daß der Spüldruck immer auf derselben Höhe wie bei voller Ladung gehalten wird, ermöglicht, die bei jeder Zündung entwickelte Arbeit zu erhöhen, sobald die Steuereinrichtung geöffnet wird. Es tritt keinerlei Verzögerung ein, und die Erhöhung des Drehmomentes und der Geschwindigkeit erfolgt augenblicklich.
Die Erfindung läßt sich bei jeder Art von Zweitaktmotoren anwenden, insbesondere bei denjenigen Motoren, bei denen die Verteilung ganz oder teilweise durch vom Kolben freigelegte Schlitze erfolgt, wobei im letzteren Fall die restliche Verteilung durch ein gesteuertes Ventil hindurch erfolgen kann. Die Erfindung bietet jedoch besondere Vorteile, wenn sie auf Motoren mit beweglichen Einsätzen zum Steuern von im Motorzylinder vorgesehenen Schlitzen angewendet wird, weil in diesem Fall nicht nur die gleichzeitige Regelung der wirksamen Querschnittsflächen der Einlaß- und Auslaßschlitze auf besonders einfache Weise erreicht werden kann, sondern weil es außerdem möglich ist, bei voller Ladung große Durchlaßquerschnitte zu erhalten, die in bester Weise eine rasche und wirksame Gasführung gestatten.
Die den Gegenstand der Erfindung bildende Einrichtung zum Antrieb und zum Regeln der Verteilung ist bei jeder Art von Zweitaktmotoren mit oder ohne Kompressor anwendbar.
Sie eignet sich auch für Motoren mit Vorvergasung, weil auf Grund der Regelung der Abmessungen der Auslaßschlitze das in den Zylinder eingelassene Gas-Luft-Gemisch bei geringen Ladungen weniger die Neigung hat, durch die Auslaßschlitze zu entweichen und dadurch den Wirkungsgrad herabzusetzen. Wenn bei hohen Ladungen, bei welchen die Schlitze ganz geöffnet sind, die Gefahr eines Verlustes an vergastem Gemisch besteht, so bedeutet dies kein Hindernis, die Erfindung auch bei Motoren anzuwenden, bei denen der mittlere Ladungskoeffizient etwas erhöht bleibt, wie z. B. bei Automobilmotoren.
Bei schwachen Ladungen werden die Schlitze später geöffnet als bei hohen Ladungen. Es folgt daraus, daß die volumetrischen Verhältnisse der Kompression und Entspannung bei schwachen Ladungen vergrößert sind. Der Wirkungsgrad wird somit bei Teilladungen erhöht, ohne daß Detonationen zu befürchten sind. Es ist somit leicht, eine solche Regelung herbeizuführen, daß bei hohen Ladungen mit gleichen volumetrischen Kompressions- und Entspannungsverhältnissen, z. B. in der Größenordnung von 8, der Auslaß sich 8o° vor dem unteren Totpunkt öffnet und 8o° dahinter schließt, aber bei schwachen Ladungen sich 53° vor dem unteren Totpunkt öffnet und 5o° dahinter schließt, wobei gleiche volumetrische Verhältnisse in der Größenordnung von 11,a gegeben sind.
Es ist ersichtlich, daß die Erfindung auch bei Einspritzmotoren beliebiger Art anwendbar ist. Die Einspritzung erfolgt praktisch nach dem Schließen der Schlitze und ist genau dosiert, und der Wirkungsgrad bleibt selbst bei teilweiser Ladung gut, was im Gegensatz zum Arbeiten des bekannten Zweitaktmotors steht.
Bei Dieselmotoren gestattet die Erfindung, die Leistung oder das Antriebsmoment in einfacher Weise an den Wirkungsgrad dadurch anzupassen, daß ein geeigneter Kompressionsdruck aufrechterhalten wird. Tatsächlich können Kompression und Entspannung bei schwachen Ladungen sehr stark und bei hohen Ladungen sehr gering sein, weil die Anordnung derart getroffen werden kann, daß sich bei schwachen Ladungen die Schlitze ein wenig vor dem unteren Totpunkt des Kolbens öffnen und ein wenig dahinter schließen, während bei hohen Ladungen sich die Schlitze ein gutes Stück vor dem unteren Totpunkt öffnen und erheblich dahinter schließen. Das Starten erfolgt leicht mit der Verteilervorrichtung in der Stellung, die dem Langsamgang entspricht, und der letztere selbst ist stabil. Es kann ein Kompressor vorgesehen sein, um die Vorteile der spezifischen Leistung in bester Weise auszunutzen, die durch die Verkleinerung des volumetrischen Verhältnisses der Kompression ermöglicht wird, wenn von schwachen Ladungen auf starke Ladungen übergegangen wird, ohne daß ein wechselseitiger volumetrischer Verlust zu befürchten ist.
Die Regelung der Schlitze gestattet es weiterhin, einen Motor zu erhalten, der elastischer als ein üblicher Motor arbeitet. Bei den üblichen Zweitaktmotoren ist der Querschnitt der Schlitze festgelegt, um eine gute Spülung bei den höchsten Drehgeschwindigkeiten zu gewährleisten; er ist infolgedessen bei niedrigen Geschwindigkeiten zu groß, so daß beachtliche Gasverluste verursacht werden und, selbst bei stärkeren Ladungen, der Ausstoß zu früh und die Kompression zu spät beginnt. Demgegenüber kann die Einrichtung gemäß der Erfindung derart in Abhängigkeit von der Drehzahl des Motors gebracht werden, daß der Querschnitt der Schlitze für jede Drehzahl auf den besten Wert eingeregelt wird. Es wird auf diese Weise gewährleistet, daß das höchste Drehmoment beim Beschleunigen erhalten wird, was von besonderer Bedeutung bei Automobilmotoren ist.
Es ist schließlich auch möglich, mit der Änderung der wirksamen Querschnittsfläche der Einlaß- und Auslaßschlitze eine Änderung der Relativwerte des Verlaufes der Kompression und der Entspannung zu kombinieren, wenn von starken Ladungen auf schwache Ladungen und umgekehrt übergegangen wird.
Die Erfindung wird nachstehend an Hand der Zeichnung beispielsweise näher erläutert.
Abb. i ist ein schematischer, durch die Achse eines Motorzylinders verlaufender Schnitt einer Einsatzsteuerung gemäß der Erfindung; Abb. i a ist eine in vergrößertem Maßstab gehaltene Schnittansicht des Servomotors, der einen Teil der Einrichtung nach Abb. i bildet; Abb. 2 ist ein Teilschnitt nach der Linie II-11 von Abb. i in vergrößertem Maßstab; Abb. 3 ist eine teilweise Abwicklung des Steuereinsatzes mit den Einlaß- und Auslaßschlitzen; Abb. q. und 5 sind Diagramme, welche die Arbeitsweise erläutern; Abb. 6 ist eine schematische Ansicht einer anderen Ausführungsform der Einrichtung gemäß den Abb. i und 2; Abb.7 ist ein schematischer, durch die Achse eines Motorzylinders verlaufender Schnitt einer Ausführungsform, bei welcher die Verteilung teilweise durch Ventile erfolgt; Abb.7a zeigt in vergrößertem Maßstab eine Einzelheit von Abb. 7; Abb. 8 ist ein Schnitt nach der Linie VIII-VIII von Abb. 7 ; Abb. 9 ist ein Diagramm, welches die Änderung der Fläche der Steuerschlitze als Funktion von der Drehzahl des Motors zeigt; Abb. io ist eine schematische Ansicht einer Ausführungsform einer Vorrichtung, welche die in Abb.9 zum Ausdruck gebrachte Gesetzmäßigkeit auf selbsttätigem Wege herbeizuführen gestattet, indem sie die Größe der Schlitze in Abhängigkeit von der Drehzahl begrenzt; Abb. i i ist eine schematische Ansicht, die eine teilweise Abwicklung des Steuereinsatzes mit den Einlaß- und Auslaßschlitzen zeigt; Abb. 12 und 13 sind zwei Kreisdiagramme der Arbeitsweise der Steuerung bei starken Ladungen, und sie entsprechen jeweils verschiedenen Stellungen der Vorrichtung zum Antrieb des Einsatzes in bezug auf die Kurbelwelle des Motors; Abb. 14 ist eine der Abb. 6 ähnliche Ansicht der Vorrichtung zum Bewegen des Einsatzes, die zu dem in der nachstehenden Beschreibung angegebenen Zweck verwendet wird; Abb. 15 ist ein Kreisdiagramm, welches die Takte der Steuerung bei schwachen Ladungen zeigt.
Bei der in Abb. i wiedergegebenen Ausführungsform ist mit i die Zylinderwand eines Zweitaktmotors bezeichnet, die in ihrem unteren Teil mit Einlaßschlitzen 2 und in ihrem oberen Teil mit Auslaßschlitzen 3 versehen ist, wobei diese Schlitze vorzugsweise um den ganzen Zylinder herum verteilt sind. Im Innern des Zylinders befindet sich ein zylindrischer Steuereinsatz q. mit Schlitzen 2', die zum Einlassen der Luft beim Spülen und Laden mit den Schlitzen 2 in der Zylinderwand zur Deckung kommen können und die sich während der Kompression, Explosion und Entspannung von den Schlitzen 2 entfernen. Dieser Einsatz q. steuert mittels seines oberen Randes 3' gleichzeitig die Auslaßschlitze 3 des Zylinders. Der Kolben 5 gleitet innerhalb des Einsatzes q.. Die Anordnung der Einlaßschlitze 2 am unteren Ende des Zylinders und der Auslaßschlitze 3 am oberen Ende des Zylinders bietet den Vorteil, daß beim Heben des Kolbens die Überführung der Gase im Zylinder zwischen den Einlaßschlitzen und den Auslaßschlitzen in der gleichen Richtung wie die Bewegung des Kolbens erfolgt. Die Bewegung, bei welcher die Schlitze 2' des Einsatzes q. mit den Schlitzen 2 des Zylinders zusammenwirken, bildet eine zusammengesetzte Bewegung, wobei jeder Punkt des Einsatzes eine wechselnde Längsbewegung parallel zur Achse des Zylinders und eine oszillierende Bewegung um die Achse des Zylinders ausführt. Diese zusammengesetzte Bewegung wird von einem Kurbelarm 6 herbeigeführt, der sich um eine Achse 7-7 dreht. Dieser Arm 6 steht zur Ausführung einer leichten Gleitbewegung im Eingriff mit einem Kugelgelenk 12, das in einem am Einsatz q. befindlichen, ausgehöhlten Ansatz i i mit sphärischer Innenoberfläche angeordnet ist. Der Kurbelarm 6 selbst wird von einer Buchse 8 getragen, die auf Kugellagerng angeordnet ist, welche die Achse 7-7 zu ihrer Achse haben. Die Buchse 8 wird um die Achse 7-7 mit einer Geschwindigkeit, die gleich derjenigen der Kurbelwelle des Motors ist, mittels eines nicht dargestellten Getriebes in Umdrehung versetzt, welches in einen Zahnkranz io der Buchse 8 eingreift.
Es ist ersichtlich, daß, wenn der Einsatz q: in Abwicklung dargestellt wird (Abb. 3) und wenn R der Radius der Exzenterbewegung des Armes 6 in bezug auf die Achse 7-7 ist, jeder Punkt des Einsatzes bei jeder Umdrehung der Kurbelwelle einen Kreis vom Radius R beschreibt. Im Laufe dieser Kreisbewegung legen die Schlitze 2' und der Rand 3' des Einsatzes die volle Fläche der entsprechenden Schlitze 2 bzw. 3 des Zylinders frei, was der vollen Ladung des Motors entspricht.
Wenn nun, beispielsweise mittels der nachstehend beschriebenen Vorrichtung, der Radius des von dem wirksamen Außenende des Kurbelarmes 6 beschriebenen Kreises verkleinert wird, dann werden die Schlitze :2 und 3 des Zylinders im Laufe einer Umdrehung nur teilweise freigelegt, und außerdem werden die Drehwinkel der Kurbelwelle kleiner, währendwelchendas (verringerte) Öffnender Ein- und Auslaßschlitze des Zylinders stattfindet.
Dies geht aus Abb. 3 hervor, die erkennen läßt, daß für den größten Radius R des von dem Kurbelarm 6 beschriebenen Kreises der Schlitz 2' zur vollen Deckung mit dem Schlitz 2 des Zylinders kommt, wenn sich der Einsatz 4: am unteren Ende seines Weges befindet, wobei der obere Rand 3' des Einsatzes die Auslaßschlitze 3 des Zylinders gleichzeitig vollständig freilegt. Für einen kleineren Radius r des vom Kurbelarm 6 beschriebenen Kreises kommen die Schlitze 2 und 2' nur auf einem Teil ihrer Höhe zur Deckung, während der obere Rand 3' des Einsatzes gleichfalls nur einen Teil der Höhe der Auslaßschlitze 3 freilegt.
Es ist außerdem ersichtlich, daß, wenn für den Radius R der Beginn des öffnens des Einlaßschlitzes 2 dem Punkt 0" der Drehung des Kurbelarmes 6 und das Schließen des Einlaßschlitzes dem Punkt F" entspricht, diese Punkte nach 0ä bzw. Fä verlagert werden und einen kleineren Drehwinkel einschließen, wenn der Radius des vom Arm 6 beschriebenen Kreises auf den Wert r verkleinert wird. Das gleiche Ergebnis wird an der Seite der Auslaßschlitze 3 erhalten (Punkte 0e bzw. F" für den Radius R und Punkte 0e bzw. Fe für den Radius r).
Es ist zu bemerken, daß Abb. 3 nur ein Schema darstellt; es können z. B. durch zweckentsprechende Verlagerung der Einlaßschlitze 2' auf dem Einsatz. leicht die gewünschten Winkelverschiebungen zwischen den Augenblicken des öffnens der Einlaß- und Auslaßschlitze und den Augenblicken ihres Schließens erhalten werden.
Das in Abb. 4. wiedergegebene Diagramm ist dadurch entstanden, daß auf den Abszissen die Drehwinkel der Kurbelwelle und auf den Ordinaten die während eines Umlaufes freigelegten Flächen der Schlitze aufgetragen sind. Es entsprechen die ausgezogenen Kurven den Einlaßschlitzen und die strichpunktierten Kurven den Auslaßschlitzen. Mit T" ist der untere Totpunkt des Kolbens bezeichnet. Die erste Kurvenserie I entspricht dem größten Radius des von dem Kurbelarm 6 beschriebenen Kreises, während die Serien II und III zwei kleineren Werten des Radius entsprechen.
Das in Abb. 5 wiedergegebene Diagramm ist dadurch entstanden, daß auf den Ordinaten die wirksauren Flächen der Einlaß- und Auslaßschlitze und auf den Abszissen die entsprechenden Radien des Kurbelarmes 6 zwischen dem kleinsten Wert r," und dem größten Wert R aufgetragen sind.
Die Vorrichtung, welche diese Änderung des von dem Kurbelarm 6 beschriebenen Kreises herbeiführt, setzt sich, wie dies aus den Abb. i, i a und 2 hervorgeht, aus folgenden Elementeis zusammen: Der Arm 6 ist drehbar auf einer Achse 13 gelagert, die von der Buchse 8 rechtwinklig zur Achse 7-7 getragen wird. Der Arm 6 weist außerdem einen Teil 1¢ in Form einer Gabel auf, die mit dem Arm einen Winkel von go° bildet und eine Achse 15 trägt, auf welcher eine Stange 16 drehbar gelagert ist; die mit ihrem anderen Ende auf einer Achse 17 drehbar ist, welche mit einem zweiseitig wirkenden Kolben 18 fest verbunden ist. Dieser Kolben 18 bewegt sich in einem Zylinder ig, der mit der Buchse 8 ein Stück bildet. Ein zylindrischer Schieber 2o kann sich in einer axialen Bohrung 20" des Kolbens 18 hin und her bewegen, wobei die Längsverschiebungen des Schiebers 2o in bezug auf den Kolben durch Drehung einer Welle tob herbeigeführt werden, welche ein Zahnrad 2o, trägt, das in eine mit dem Schieber 2o fest verbundene Zahnstange 20d eingreift. Die Verschiebungen des Schiebers 2o in bezug auf den Kolben 18 werden durch einen auf dem Schieber vorgesehenen Bund 2o, begrenzt, der sich in einer im Schaft des Kolbens 18 vorgesehenen Vertiefung tot bewegt.
Aus einer nicht dargestellten Quelle kommendes Öl wird unter Druck in eine Bohrung 20". des Schiebers 2o durch eine Düse 23 hindurch zugeführt, die in dem festen Gehäuse 26 vorgesehen ist, welches die Kugellager g enthält; in denen sich das gesamte, aus Buchse 8, Zylinder ig und Kolben 18 bestehende System drehen kann. Zwischen der äußeren Oberfläche des Schiebers 2o und der inneren Oberfläche des Gehäuses 2 6 ist eine Dichtung 23R vorgesehen, die verhindert, daß durch die Düse 23 eintretendes Öl in das Gehäuse 26 gelangt.
Das in den Schieber 2o unter Druck eingeführte Öl strömt in einen Kanal tot" der mit einer Öffnung toi versehen ist, die, je nach der Stellung des Schiebers 2o, entweder vor einer Ringnut 21' des Kolbenschaftes liegt, von welcher ein mit einer Kammer 22 des Zylinders ig in Verbindung stehender Kanal 2i abzweigt, oder vor einer anderen Ringut 21," liegt, von welcher ein mit einer Kammer 22" des Zylinders ig in Verbindung stehender Kanal 21, abzweigt, oder auch durch den zwischen den Kanälen 21 und 21" befindlichen Teil der Wand des Kolbens i8 abgesperrt werden kann (Gleichgewichtslage). Bei der in Abb. i wiedergegebenen Lage der Teile liegt die Ö tnung toi des Schiebers 2o vor der zum Kanal 21 gehörigen Ringnut 21 ', und das unter Druck in die Kammer 22 des Zylinders ig geführte Öl drückt den Kolben 18 nach rechts, wie in Abb. i gesehen, so daß die Stange 16 den Kurbelarm 6 der Drehachse 7-7 nähert, wodurch der Radius des von dem Arm 6 beschriebenen Kreises verkleinert wird. Die gegenüberliegende Kammer 22" des Zylinders ig i steht dann durch den Kanal 2 1", die Ringnut 21"' und weiter durch Öffnungen toi und 2ok des Schiebers 20 mit einem Kanal 2o1 in Verbindung, durch den das 01 in das Getriebe gelangt, um zu dessen Schmierung beizutragen.
Wenn umgekehrt durch Drehung der Welle tob der Schieber 2o in bezug auf den Kolben 18 nach links verschoben wird, gelangt die Öffnung tot vor die Nut 21ä des Kanals 21a, so daß das Öl unter Druck in die Kammer 22a des Zylinders i 9 strömt. Da sich die gegenüberliegende Kammer 22 dann entsprechend in der Lage befindet, in welcher sie sich durch den Kanal 21, die Ringnut 21', die Öffnungen tot und 20k und den Kanal 201 entleeren kann, wird der Kolben 18 nach links gedrückt. Der auf die Stange 16 einwirkende Kolben 18 entfernt den Kurbelarm 6 von der Achse 7-7, wodurch der Ra dius des von dem Arm beschriebenen Kreises vergrößert wird.
Ein Feder 24, die zwischen dem Ende 25 des Schiebers 20 und einem am Gehäuse 26 angebrachten Ring 25" angeordnet ist, sucht den Schieber 2o nach links zurückzuführen.
Das vorstehend beschriebene System bildet eine Vorrichtung zur zwangläufigen Steuerung der Änderungen des Radius des von dem Kurbelarm 6 beschriebenen Kreises.
Zwischen dem Kolben 18 und dem Zylinder i9 kann eine Feder 24, vorgesehen sein, welche den Kolben selbsttätig zurückzuführen sucht, wenn er sich in der Lage befindet, die dem kleinsten Radius des von dem Arm 6 beschriebenen Kreises entspricht, d. h. wenn im verlangsamten Betrieb des Motors der Öldruck zu schwach wird.
Bei der in Abb. 6 wiedergegebenen Abänderung bleibt der Radius des von. dem Kurbelarm 6 beschriebenen Kreises und infolgedessen die Bewegung des von ihm gesteuerten Einsatzes 4. konstant. Die gleichzeitige Änderung der wirksamen Querschnittsflächen der Einlaß- und Auslaßschlitze wird in diesem Fall dadurch erhalten, daß die Mittellage des Einsatzes ,4 im Motorzylinder verändert wird. Der Kurbelarm 6 bildet hier ein Stück mit einer Achse 27, die in geeigneten Lagern 28 eines Trägers 29 drehbar ist. Die Achse 27 erhält ihre Drehbewegung von einem auf ihr befestigten Kegelrad 3o, das mit einem anderen Kegelrad 31 im Eingriff steht, dessen Achse 32 mit dem allgemeinen Motor-Betriebe verbunden ist. Der Träger 29 ist um die Achse 32 des Zahnrades 31 drehbar. Dadurch ist es möglich, den Träger 29 um die Achse 32 zu drehen, ohne daß die Drehung des Kurbelarmes 6 und der von ihm beschriebene Kreis verändert werden. Es verschiebt sich nur der Mittelpunkt des Kreises und dementsprechend die Mittellage des Einsatzes 4. Die Drehung des Trägers 29 um die Achse 32 wird von einem mit Öl betriebenen Servomotor 33 herbeigeführt, der gegen eine Feder 34 arbeitet.
In Abb.6 ist in ausgezogenen Linien die obere Lage des Einsatzes 4 für die eine der äußersten Stellungen des Trägers 29 wiedergegeben, während durch strichpunktierte Linien die obere Lage des Einsatzes für die andere äußerste Stellung des Trägers 29 dargestellt ist. Mit Hilfe dieser Vorrichtung läßt sich eine Änderung der wirksamen Flächen der Schlitze und eine Regelung der Verteilung erzielen, die denjenigen analog sind, welche mit der vorher beschriebenen Vorrichtung erhalten werden. Es ist natürlich möglich und sogar vorteilhaft, an Stelle des einseitig wirkenden Ölmotors 33 einen Servomotor zu benutzen, der dem an Hand der Abb. i und i a beschriebenen entspricht.
Die Abb. 7, 7 a und 8 beziehen sich auf ein anderes Ausführungsbeispiel, bei welchem der Motorzylinder einerseits in seinem Kopfteil Öffnungen 3 aufweist, die unter der Herrschaft von durch Wippen 81 betätigten Ventilen 8o stehen, und andererseits in einer gegebenen Höhe seiner Wandung 82 mit Schlitzen 2 versehen ist, die von dem Kolben 5 am Ende seines Abwärtsganges freigelegt werden. Die Schlitze 2 sind vorzugsweise die Einlässe und die Öffnungen 3 die Auslässe. Um die wirksame Fläche der Schlitze 2 zu ändern, ist derjenige Teil der Zylinderwandung 82, in welchem die Schlitze vorgesehen sind, auf der Außenseite von einem Ring 83 umgeben, der den Schlitzen 2 entsprechende Löcher 84 aufweist. Der Ring 83 kann um die Achse des Zylinders derart verschwenkt werden, daß entweder seine Löcher 84 vollständig mit den Schlitzen 2 des Zylinders zusammenfallen (größte Durchlaßfläche) oder daß die Schlitze 2 mehr oder weniger abgedeckt werden. Diese Bewegung des Ringes 83 kann durch eine Stange 35 herbeigeführt werden, die durch einen Schlitz 36 in der Einlaßleitung 37 nach außen tritt, wobei der Schlitz 36 selbst durch einen mit der Stange 35 verbundenen Schieber 38 abgedeckt wird. Die Wippen 81 werden mit Hilfe von Stangen 39 und Stößeln 40 betätigt, deren Führungsrollen 41 mit üblichen Nocken 42 zusammenwirken. Die Stößel 40 sind von der einstellbaren Art, um den Grad des Öffnens der Ventile 8o verändern zu können.
Eine Ausführungsform dieser Stößel ist beispielsweise die, folgende (Fig. 7 a) : Die Führungsrolle 41 eines Stößels, die, auf dem betreffenden Nocken 42 läuft, wird von einem inneren Zylinder 43 getragen, in welchem ein Kolben 44 geführt ist, der mit dem Ende der Stange 39 verbunden ist. Der Zylinder 43 ist mit seiner Führungsrolle 41 verschiebbar in einem äußeren Zylinder 45 angeordnet. Dieser Zylinder 45 kann um seine Achse in einem im Gehäuse 46 vorgesehenen Lager verschwenkt werden. Er trägt einen Stift 47, der sich in einer spiralförmig verlaufenden Rille des Gehäuses 46 führt, so daß, je nach der Winkelstellung des Zylinders 45, sich die Höhenlage dieses Zylinders ändert. Der Zylinder 45 weist einen Schlitz 48 auf, der eine geringe Höhe hat, sich aber über einen Winkel erstreckt, der gleich der möglichen Winkelbewegung des Zylinders 45 ist. Dieser Schlitz 48 wirkt mit einem längeren Schlitz 49 des inneren Zylinders 43 zusammen und befindet sich in Öl, das den Hohlraum 5o füllt. Je nach der Höhenlage des Zylinders 45, die ihrerseits wieder durch die Winkelstellung des Zylinders 43 auf Grund des in die Spiralrille eingreifenden Stiftes 47 bestimmt wird, ist der Augenblick, in welchem der Schlitz 49 des inneren Zylinders 43 aufhört, mit dem Schlitz 48 des äußeren Zylinders 45 in Verbindung zu stehen, verschieden. Solange zwischen. den beiden Schlitzen eine Verbindung besteht, wird die Aufwärtsbewegung der Führungsrolle 41 infolge der Wirkung des Nockens 42 nicht auf den Kolben 44 und damit auf die Stange 39 übertragen, da das in dem Zylinder 43 befindliche Öl durch die Schlitze 49 und 48 in den Hohlraun 5o entweicht. Von dem Augenblick an, in welchem der Schlitz 49 bei der Aufwärtsbewegung des inneren. Zylinders 43 den Schlitz 48 verläßt, kann das Öl nicht mehr entweichen, und der Kolben 44 und die Stange 39 machen dann die restlicheAufwärtsbewegung der Führungsrolle 41 mit, um das Öffnen der Ventile 8o zu bewirken. Der Grad des Öffnens dieser Ventile ist somit, je nach der Höhe, in welche der Schlitz 48 gebracht ist, d. h. je nach der Winkelstellung des Zylinders 45, verschieden.
Die Änderungen der wirksamen Fläche der Einlaßschlitze 2 und des Öffnens der Ventile 8o können leicht synchronisiert werden. So kann z. B., wie dies in Abb. 8 wiedergegeben ist, ein Hebel 5 i vorgesehen sein, der um einen festen Punkt 52 schwingt und einerseits durch eine Lenkstange 53 mit der Stange 35 und andererseits durch eine Lenkstange 54 mit einem Gelenk 55 des Stößelzylinders 45 verbunden ist. Der gemeinsame Antrieb erfolgt durch eine Lenkstange 56, die auf den Hebel 5 i einwirkt.
Bei dein in Abb. 9 wiedergegebenen Diagramm sind auf den Abszissen die Drehzahlen des Motors und auf den Ordinaten die wirksamen Flächen der Steuerschlitze (in Prozenten der größten öffnungsfläche) aufgetragen, welche eine vollständige Spülung der Zylinder gewährleisten, ohne daß nennenswerte Gasverluste eintreten. Bei niedrigen Drehzahlen beträgt die Fläche des Schlitzes, was vorteilhaft ist, nur einen geringen Prozentsatz der möglichen Gesamtfläche. Diese Gesamtfläche kann dein Schlitz bei der höchsten Drehzahl gegeben werden, bei welcher das höchste Antriebsmoment aufrechterhalten werden kann.
Mit Hilfe einer Vorrichtung, welche den Antrieb des Steuereinsatzes in Abhängigkeit von der Drehzahl bringt, kann auf selbsttätigem Wege die vorstehend erwähnte Gesetzmäßigkeit oder wenigstens für jedes Drehzahl ein Maximum der Schlitzöffnung erhalten werden, wobei die Vorrichtung durch den Fahrer einstellbar ist, welcher den. Gassteuerhebel bedient.
Die in Abb. io wiedergegebene Ausführungsform entspricht der an Hand von Abb. 6 beschriebenen Antriebsart des Steuereinsatzes; sie kann jedoch leicht so abgeändert werden, da,ß sie sich der in den Abb. i, i a und 2 wiedergegebenen Ausführungsform anpaßt.
Eine vom Motor angetriebene Welle 6ö trägt Fliehgewichte 6i, die auf eine unter dem Einfluß einer Feder 62 stehende, verschiebbar gelagerte Stange 63 einwirken, die ihrerseits über einen Winkelhebel 64 die Bewegungen eines Nockens 65 steuert, dessen Profil dem Gesetz der gewünschten Abhängigkeit zwischen der Drehzahl und der größten öffnung der Steuerschlitze entspricht. Mit dem Nocken 65 wirkt eine Rolle 66 zusammen, die von der Stange eines Umsteuerventils 67 getragen wird. Diesem Umsteuerventil67 wird bei 68 i51 unter Druck zugeführt, und je nach seiner Stellung wird das Öl auf die eine- oder andere Seite eines Kolbens 33a geführt, der in einem Zylinder 33 verschiebbar gelagert ist. Die Stange dieses Kolbens 33a kann mit dem verschwenkbaren Träger für den Kurbelarm zum Bewegen des Steuereinsatzes verbunden sein, wie dies an Hand von Abb. 6 beschrieben worden ist, in welcher dieser Träger mit 29 bezeichnet ist. Die Abhängigkeit zwischen der Stellung des Umsteuerventils 67 und derjenigen des Kolbens 33a wird mittels eines Hebels 69 erhalten, der den Kolben 33a mit einer Hülse 70 verbindet, in welcher das Steuerventil67 verschiebbargelagertist.
Das Umstenerventi167 ist über ein geeignetes Gestänge 72 unter Zwischenfügung einer Feder 71 mit dem Pedal oder dem Gassteuergriff des Fahrzeuges verbunden.
Die Arbeitsweise dieserVorrichtung ist folgende: Um die wirksame Fläche der Steuerschlitze zu vergrößern, muß der Fahrer mittels des Gashebels das Gestänge 72 in Richtung des Pfeiles 72" anziehen. Der Nocken 65 begrenzt dabei die Verschiebung des Umsteuerventils 67, und zwar um so mehr, j e kleiner die Drehzahl ist. Die Feder 71 nimmt den Überschuß in der Bewegung des Gashebels auf. In der umgekehrten Richtung stößt der Anschlag 72b an dem Federgehäuse 72, an, um das Umsteuerventil 67 zwangläufig in die Lage zurückzuführen, die dem Langsambetrieb des Motors entspricht.
Nachstehend wird an Hand der Abb. ii bis 15 eine Vorrichtung beschrieben, welche die Relativwerte der volumetrischen Verhältnise der Entspannung und der Kompression in Abhängigkeit von der Änderung der Steuerschlitze zu ändern gestattet.
Abb. i i zeigt bei 2 einen der im unteren Teil des Motorzylinders vorgesehenen Einlaßschlitze und bei 3 einen der AuslaBschlitze, die im oberen Teil des Zylinders vorgesehen sind. Diese Schlitze werden durch einen zylindrischen Einsatz 4 gesteuert, der ebenso wie die Schlitze in Abwicklung dargestellt ist. Der Steuereinsatz 4 führt in kontinuierlicher Weise eine zusammengesetzte Bewegung aus, die eine wechselnde Längsbewegung parallel zur Zylinderachse, d. h. in der Abbildung nach oben und unten, und eine schwingende Bewegung um die Zylinderachse, d. h. in der Abbildung nach links und rechts, umfaßt. Diese zusammengesetzte Bewegung wird, wie dies aus Abb: 14 hervorgeht, mittels eines Kurbelarmes 6 herbeigeführt, dessen Achse 27 in einem Träger 29 drehbar gelagert ist. Der Kurbelarm 6 ist mit dem Steuereinsatz 4 durch ein Kugelgelenk 12 verbunden, in welchem sich der Arm 6 mit leichter Reibung verschieben kann und welches in einem am Steuereinsatz befindlichen ausgehöhlten .Ansatz i i mit sphärischer Innenfläche angeordnet ist. Die Drehung der Achse 27 mit gleicher Drehzahl wie die Kurbelwelle des Motors wird von dieser abgeleitet, und zwar mittels eines Kegelrades 3 i, dessen Achse 32 mit dem allgemeinen Getriebe des Motors verbunden ist, und mittels eines anderen Kegelrades 3o, das auf der Achse 27 befestigt ist. Der Träger 29 des Kurbelarmes 6 kann sich um einen gewissen Winkel um die Achse 32 drehen, um die Fläche der Schlitze zu steuern.
In Abb. i i ist der Steuereinsatz q. in der Stellung wiedergegeben, die dem oberen Totpunkt seiner Eigenbewegung entspricht. Es ist dabei angenommen, daß jeder Punkt des Einsatzes eine Kreisbewegung ausführt, deren Radius derjenige des Kurbelarmes 6 ist (in Abb. i i ist dieser Radius übertrieben groß dargestellt), obgleich in Wirklichkeit die Bewegungsbahn der Punkte des Einsatzes nicht vollkommen kreisförmig ist, sondern eher die Gestalt eines Ovals hat.
Es ist ersichtlich, daß bei dieser Bewegung nach einem Drehwinkel von i8o° jedes Punktes des Einsatzes der obere Rand 3' des Einsatzes den unteren Rand der Auslaßschlitze 3 des Zylinders tangiert und gleichzeitig seine Schlitze 2' mit den Schlitzen 2 des Zylinders zusammenfallen.
Es besteht somit ein Augenblick, in welchem die Einlaß- und Auslaßschlitze des Zylinders vollständig freigelegt werden. Wenn sich die Punkte a und e des Einsatzes bei 0A bzw. 0E befinden, dann bezeichnen sie die Stellen, an welchen der Einlaß und der Auslaß beginnen. Wenn sich die gleichen Punkte a und e bei FA bzw. FE befinden, dann bezeichnen sie die Stellen, an welchen der Einlaß und der Auslaß unterbrochen werden. Die Winkelwerte der Einlaß- und Auslaßzeiten entsprechen somit den Winkeln a und ß.
Wird angenommen, daß die Bewegung des Einsatzes mit der Bewegung der Kurbelwelle in Phase ist (beide Elemente gehen zur gleichen Zeit durch ihren oberen Totpunkt), dann kann das Kreisdiagramm nach Abb. 12 aufgezeichnet werden, in welchem die Anfänge und die Enden der Einlaß-und Auslaßzeiten symmetrisch in bezug auf die den oberen Totpunkt T, mit dem unteren Totpunkt Tu verbindende Linie liegen (diese Symmetrie ist j edoch nicht unbedingt erforderlich). Es könnte z. B. auch angenommen werden, daß der Punkt a (Mitte des Schlitzes 2' des Einsatzes) auf seinem Kreis in bezug auf den Punkt e etwas verschoben ist, beispielsweise bei ä liegt und mit einem Winkel A, nacheilt.
Wenn jetzt der Träger 29 in Richtung des Pfeiles f von Abb. 1q. in die in strichpunktierten Linien wiedergegebene Stellung verschwenkt wird, dann bewirkt diese Bewegung; daß der Einsatz im Zylinder um einen, gewissen Betrag d (Abb. i i) nach oben geht. Unter diesen Bedingungen erfolgt das öffnen der Einlaßschlitze 2 und der Auslaßschlitze 3 des Zylinders nur teilweise. Überdies nehmen die Winkel, über die sich die Einlaß- und Auslaßzeiten erstrecken, Werte an, die kleiner als a bzw. ß sind.
Es ist ersichtlich, daß bei dieser Ausführungsform mit schwenkbarem Träger für den Kurbelarm die Verschwenkung des Trägers 29 zwecks Regelung der öffnungszeiten und der Flächen der Verteilerschlitze notwendigerweise von einem Abrollen des Zahnrades 30 auf dem Zahnrad 3 i und infolgedessen von einer Phasenverschiebung zwischen dem Kurbelarm 6 und der Kurbelwelle des Motors begleitet ist. Wenn somit die die Zeiten. bestimmenden Punkte in der einen Stellung des Trägers 29 symmetrisch in bezug auf die die Totpunkte verbindende Linie sind, dann sind sie es in jeder anderen Stellung nicht mehr.
Es ist so die Möglichkeit gegeben, die Relativwerte der volumetrischen Verhältnisse der Kompression und Entspannung bei starken und schwachen Ladungen zu ändern, z. B. die Entspannung bei schwachen Ladungen und dagegen die Kompression bei starken Ladungen zu begünstigen.
Es kann z. B. wie folgt vorgegangen werden: Der Kurbelarm 6 wird in bezug auf die Kurbelwelle des Motors derart eingestellt, daß bei starken Ladungen, entsprechend der in Abb. 1q. in ausgezogenen Linien wiedergegebenen Stellung des Trägers 29, sich die Einlaß- und Auslaßzeiten in bezug auf die Totpunkte des Motorkolbens so verteilen, wie es das Kreisdiagramm von Abb. 13 zeigt. Dies entspricht einem volumetrischen Kompressionsverhältnis s, das größer ist als das volumetrische Entspannungsverhältnis B. Außerdem wird das Zahnrad 30 in bezug auf das Zahnrad 31 derart eingestellt, daß bei der Drehung des Trägers 29 in Richtung des Pfeiles f (Übergang von starken Ladungen auf schwache Ladungen) das Zahnrad 3o, das dabei auf dem Zahnrad 31 abrollt, sich in einer solchen Richtung verschiebt, daß der Kurbelarm 6 und der Ansatz i i des Einsatzes auf ihrer Bahn zurückgehen. Das gleiche gilt dann natürlich für jeden Punkt des Einsatzes, z. B. auch für die in Abb. i i wiedergegebenen Punkte a und e.
Aus dem vorstehend Gesagten folgt, daß bei schwachen Ladungen nicht nur eine Verkleinerung der Schlitze und der Winkel a und ß, sondern auch eine Vergrößerung des Relativwertes der Entspannung in bezug auf den Wert der Kompression erhalten wird, was aus einem Vergleich des Diagramms von Abb. 15 mit demjenigen von Abb. 13 hervorgeht.

Claims

PATENTANSPRÜCHE-i. Zweitaktmotor, dadurch gekennzeichnet, daß seiner Steuer- oder Verteilereinrichtung eineVorrichtung zugeordnet ist, die, je nachdem ob die Ladung des Motors zunimmt oder abnimmt, die wirksamen Querschnittsflächen der Einlaß- und Auslaßöffnungen gleichzeitig zu vergrößern oder zu verkleinern gestattet:
2. Motor nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die ortsfesten öffnungen oder Schlitze der Zylinder durch bewegliche oder mit Schlitzen versehene Organe gesteuert werden, die mit einer Vorrichtung verbunden sind, welche die Bewegung dieser Organe bzw. ihre Lage gleichzeitig zu ändern gestattet.
3. Motor nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Einlaß- und Auslaßschlitze des Zylinders durch einen beweglichen Einsatz gesteuert werden, der mit einer Vorrichtung verbunden ist, welche entweder die Bewegung oder die Mittellage dieses Einsatzes zu verändern gestattet. .
4. Motor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, däß der Einsatz eine zusammengesetzte Bewegung ausführt, die von einem Kurbelarm herbeigeführt wird.
5. Motor nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch eine Vorrichtung, welche den Radius des von dem wirksamen Außenende des Kurbelarmes beschriebenen Kreises oder aber die Lage der Umdrehungsachse des Kurbelarmes zu verändern gestattet.
6. Motor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Kurbelarm um eine Achse schwenkbar ist, die rechtwinklig zu seiner Umdrehungsachse steht, und daß eine geeignete Antriebsvorrichtung vorgesehen ist, welche die Lage des Kurbelarmes um diese Schwenkachse zu regeln gestattet.
7. Motor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebsvorrichtung von einem Ölkolben gebildet wird, der über eine Kurbelstange mit dem Kurbelarm verbunden und innerhalb eines den Kurbelarm tragenden, umlaufenden Gehäuses angeordnet ist. B.
Motor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebsvorrichtung von einem mit 01 betriebenen Servomotor gebildet wird, der einen doppelseitig wirkenden Kolben und einen Schieber enthalten kann, welcher in bezug auf den Kolben verschiebbar ist und die Ö1-zulaß- und Olauslaßöffnungen der beiden Kolbenkammern steuert.
9. Motor nach Anspruch 7 oder $; dadurch gekennzeichnet, daß eine Vorrichtung, wie z. B. eine Feder, vorgesehen ist, welche den Kurbelarm bei einem zu geringen Öldruck selbsttätig in die Lage zurückführt, die dem Langsambetrieb, des Motors entspricht. io.
Motor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die den Kurbelarm tragende Achse in einem schwenkbar gelagerten Träger angeordnet ist, dessen Schwenkbewegungen von einer geeigneten Vorrichtung, wie z. B. einem Ölmotor, gesteuert werden. i i.
Motor nach Anspruch i bis io, dadurch gekennzeichnet, daß der Zylinder Schlitze aufweist, die von dem Kolben bei seiner Bewegung gesteuert werden, und daß diese Schlitze mit einem Organ zur Regelung ihrer wirksamen Ouerschnittsfläche versehen sind.
12. Motor nach Anspruch i bis I i, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil der Verteilung durch Ventile üblicher Art herbeigeführt wird und eine Vorrichtung vorgesehen ist, welche den Lauf des Öffnens dieser Ventile zu ändern gestattet.
13. Motor nach Anspruch i bis i2, dadurch gekennzeichnet, daß die Regelung der Verteilung in Abhängigkeit von der Drehzahl gesteuert wird, und zwar mittels irgendeiner geeigneten Hilfsvorrichtung, die insbesondere einen Fliehkraftregler und einen 'Nocken enthalten kann, welcher die gewünschte Gesetzmäßigkeit zwischen der Drehzahl und dem größten Wert des Öffnens der Steuerschlitze herbeiführt.
14. Motor nach Anspruch io, dadurch gekennzeichnet, daß der schwenkbare Träger des Kurbelarmes und die Antriebsmittel des Kurbelarmes einander derart angepaßt sind, daß sich die Relativwerte der Kompression und der Entspannung bei starken und schwachen Ladungen ändern, insbesondere derart, daß die Kompression bei starken Ladungen und die Entspannung bei schwachen Ladungen begünstigt wird.