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Drehschiebersteuerung für Brennkraftmaschinen. Es sind bereits Brennkraftmaschinen
bekannt, bei denen die Steuerung durch Winkelverstellungen eines zwischen die gebohrte
Innenwand des Zylinders und den zugehörigen Kolben eingeschalteten Drehschiebers
bewirkt wird. Ferner ist vorgeschlagen worden, zum Durchführen der Schmierung und
zum Schleifen der einander berührenden Flächen des Zylinders und des Steuerschiebers
dem zuletzt genannten geradlinige Verschiebungen abwechselnd in der einen oder der
anderen Richtung längs seiner Drehachse zu erteilen. Zu diesem Zweck ist vorgeschlagen
worden, den drehbaren Steuerschieber einem Nockenantrieb zu unterwerfen; aber diese
Mittel boten keine elastische Nachgiebigkeit des Ganges. Auch daran ist gedacht
worden, ein elastisches System als Zwischenglied zwischen den motorischen Antrieb
und die mechanische Übertragungsvorrichtung oder als Rückholorgan gegenüber der
pneumatisch wirkenden Motorkraft einzuschalten; aber jene Einrichtungen lassen den
Mißstand erkennen, daß bei ihrer Tätigkeit die dem elastischen System eigentümlichen
kennzeichnenden Veränderlichen ins Spiel kommen. Schließlich ist die Anwendung eines
Antriebes mittels einer Druckflüssigkeit (beispielsweise die Einspritzung von
01 unter Druck) vorgeschlagen worden. Alle jene Einrichtungen haben keine
praktisch brauchbaren Lösungen entstehen lassen.
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Die Erfindung hat zum Gegenstand Verbesserungen bei der Herstellung
von Motoren mit der oben angegebenen Art der Steuerung. Diese Vervollkommnungen
haben insbesondere das Ziel, pneumatisch einen nachgiebigen Nockenantrieb für den
Steuerschieber herzustellen und dabei die Dazwischenkunft jeglichen elastischen
Systems zu unterdrücken, das fähig sein würde, die ihm eigentümlichen Rückwirkungen
auf den Antrieb auszuüben. Zu diesem Zweck besteht der drehbare Steuerschieber in
bekannter Weise aus einem Ringkolben, und das Neue besteht darin,. daß dieser Kolben
in einem doppelt wirkenden Hilfszylinder beweglich ist, welcher in dem Motorzylinderkopf
ausgebildet ist; vorzugsweise bildet der Drehschieber mit seinen Winkelverstellungen
das Steuerorgan, um abwechselnd j e eine von den Kammern dieses Hilfszylinders mit
dem Arbeitsraum des Motorzylinders in Verbindung zu setzen. _ Auf der Zeichnung
ist Abb. i ein lotrechter Schnitt durch eine Ausführungsform eines gemäß der Erfindung
durchgebildeten Motors, Abb. 2 ein zur Ebene der Abb. i rechtwinkliger lotrechter
Schnitt bei abweichender Einstellung des Steuerschiebers und Abb. 3 ein wagerechter
Schnitt nach A-B und C-D der Abb. i für einen Motor mit mehreren Zylindern; der
Zylinder rechts befindet sich im Zustande voller Ansaugung, der Zylinder links im
Zustande des Beginns des Auspuffens.
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Abb. q. ist ein Schaubild eines besonderen Absperrorganes, das den
pneumatischen. -Antrieb
steuert, indem es die wechselweise im einen
und im anderen Sinn erfolgenden geradlinigenVerschiebungen des Steuerschiebers herbeiführt.
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Die Erfindung bezieht sich auf solche Motoren, deren Steuerung durch
einen Drehschieber i bewirkt wird, der in der Bohrung des Zylinders 2 angeordnet
ist und innerhalb dessen der Kolben 4. sich befindet. Der Steuerschieber greift
über einen eine innere Führung bildenden Zylinderkopf 3. Der Steuerschieber i enthält
Öffnungen 5, die mit in der Wandung des Zylinders 2 angebrachten Öffnungen a1, a2,
el, e2 zusammenwirken, um den Einlaß und das Auspuffen des flüssigen Betriebsmittels
herbeizuführen.
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Die Anzahl und die Anordnung dieser Öffnungen können beliebige sein.
Im gezeichneten Fall enthält der Steuerschieber i nur zwei Öffnungen 5, die einander
diametral gegenüber angeordnet sind. Infolgedessen ist die Drehgeschwindigkeit des
Steuerschiebers i gleich ein Viertel derjenigen der Motorwelle. Diese fortgesetzte
Drehbewegung ist durch Verzahnungen 6 erhalten, von denen die eine auf ein innerhalb
des Gehäuses umlaufendes, die Verschiebung des Schiebers i zulassendes zylindrisches
Futter eingeschnitten ist. Die Verbindung zwischen dem Schieber und dem Futter geschieht
durch Mitnehmer, nämlich durch in lotrechte Einschnitte g greifende Vorsprünge 8,
in der Weise, daß der Steuerschieber abwechselnd im einen und im anderen Sinn geradlinige
Verschiebungen längs der Drehachse y-y' zu erleiden vermag.
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Der Zylinderkopf 3 besitzt seitliche Ringe io und 12, die dichte Abschlüsse
auf dem Steuerschieber i bilden.
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Um dem Steuerschieber i geradlinige Verschiebungen abwechselnd im
einen und im anderen Sinn längs seiner Drehachse y-y' zu erteilen, trägt der Schieber
i einen nach außen vorspringenden ringförmigen Ansatz, der einen Kolben 17 bildet.
Dieser Kolben ist in einem doppelt wirkenden Zylinder angeordnet, den er in zwei
Kammern 18, ig teilt. Um die Aufundniederbewegung des Kolbens 17 und folglich die
des Steuerschiebers i herbeizuführen, werden die Kammern 18, ig mittels einer beliebigen
Steuervorrichtung abwechselnd mit dem Arbeitsraum des Motorzylinders in Verbindung
gesetzt.
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Bei der gezeichneten Ausführungsform spielt der Schieber i im Laufe
seiner Drehung auch die Rolle eines Hilfsschiebers für diesen kleinen pneumatischen
Servomotor. Zu diesem Zweck enthält der Steuerschieber i Kanäle 2o, 21, die auf
der einen und der anderen Seite vom Kolben 17 in j e eine der Kammern 18, i g des
Hilfszylinders münden; die Kanäle 2o, 21 können sich ebenso vor in der Seitenfläche
des Zylinderkopfes 3 angebrachten Leitungen befinden, die in den Arbeitsraum des
Motorzylinders führen. Somit können die im Arbeitsraum herrschenden Druckänderungen
mittels der genannten Leitungen und der erwähnten Kanäle ihre Wirkung in passend
bestimmten Zeitpunkten in der einen von den Kammern 18 oder ig und folglich auf
die eine oder die andere Fläche des Hilfskolbens 17 ausüben. Auf diese Weise ergibt
sich ein erzwungener pneumatischer Antrieb des Steuerschiebers i.
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Wie bei einer beliebigen Motorsteuerung können auch andere Leitungen
zur Durchführung der Entleerung der in die eine oder die andere Kammer 18, ig eingeführten
Druckgase vorgesehen werden.
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Bei der dargestellten Ausführungsform ist angenommen, daß die Kammern
18,# 19 nur je eine Leitung 2o, 21 enthalten, von denen jede mit der anderen
abwechselnd mit dem Arbeitsraum im Zeitpunkt des Auspuffbeginns in Verbindung gesetzt
werden kann. Zu diesem Zweck ist ein Teil der Leitungen, die abwechselnd die Kanäle
2o und 21 mit dem Arbeitsraum des Zylinders in Verbindung setzen sollen, durch die
Lücke gebildet, welche die Enden eines Dichtungsringes i i voneinander trennt. Der
Ring i i ist in eine ihm entsprechende Tut des Zylinderkopfes 3 eingesetzt und auf
diesem so befestigt, daß er keine Winkeldrehung erleiden kann. Der Ring i i versperrt
für gewöhnlich die Kanäle 2o, 21, bis im Laufe der Drehung des Steuerschiebers i
die Enden der Kanäle 2o, 21 vor die Lücken 22 gelangen, deren Ränder, wie Abb. q.
zeigt, lanzenförmig geschnitten sind. Aus der Lage dieser Lücke 22 und aus ihren
Abmessungen ergeben sich, wie weiter unten auseinandergesetzt wird, verschiedene
pneumatische Einwirkungen auf die beiden Flächen des Kolbens 17 des Servomotors.
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Bei dem dargestellten Beispiel, wo der Steuerschieber zwei einander
gegenüberliegende Aussparungen 5 besitzt, liegen die Leitungen 2o, 21 einander diametral
gegenüber. Beispielsweise führt während zweier Umläufe der Motorwelle die Leitung
2o die unter Druck stehenden Gase im Zeitpunkt der Entspannung in der Kammer 18
ab. Dann wird der Schieber i nach oben, d. h. von _V nach y' (A'bb. 2), verschoben.
Dabei preßt er die in der Kammer 1g eingeschlossenen Gase zusammen; diese Gase bilden
dann ein elastisches Polster, das die emporgehende Bewegung des Schiebers i bremst
oder dämpft und dann anhält. Hierauf setzt für die zwei folgenden Umläufe, während
des Entspannungshubes, die Leitung 21, die gegenüber der Leitung 2o um i80° versetzt
ist (da ja der Schieber i viermal langsamer umläuft als
die Motorwelle),
die Verbrennungskammer mit der Kammer i9 in Verbindung. Der Schieber i wird von
den unter dem Entspannungsdruck stehenden Gasen nach unten, nämlich von y' nach
y hin, gestoßen und preßt dabei die in der unteren Kammer t8 eingeschlossenen Gase
zusammen, die ihrerseits ein elastisches Polster bilden, um die Bewegung des Schiebers
erst zu verzögern und dann anzuhalten, bevor der Schieber i auf der Stirnwand des
Zylinders anschlägt, in welchem sich der ringförmige, von der äußeren Umfangsleiste
des Steuerschiebers i gebildete Kolben 17 bewegt.
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Durch Verändern der Weite der Lücke zwischen den Enden 22 des Kolbenringes
i i kann der Eintrittsdruck der Gase, die den Schieber i bei seiner auf- und niedergehenden
Bewegung antreiben, sowie der Restdruck der das elastische Bremskissen bildenden
Gase genau eingeregelt werden.
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Das nämliche Ergebnis, jedoch mit umgekehrtem Bewegungssinn, läßt
sich dadurch erzielen, daß die Leitungen 2o und 21 mit der Arbeitskammer während
des Verdichtungshubes (bei zunehmendem Druck) statt während des Entspannungshubes
in Verbindung gesetzt werden.
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Oben ist angegeben worden, daß die Enden 22 des Kolbenringes i i,
zwischen denen der Durchgang des als Servomotor wirkenden, unter Druck stehenden
Betriebsmittels vor sich geht, in Lanzenspitzenform geschnitten sind. Der Zweck
dieser Gestaltung ist der folgende: Wenn der Schieber i sich leichter nach oben
als nach unten verschieben läßt oder umgekehrt, können die Eintrittsdrücke der Gase
in die Kammern 18 und i9 sowie die Restdrücke des Rückstandes dadurch verändert
werden, daß die Schräge der die Lücke 22 abgrenzenden Rippen verändert wird. Infolgedessen
rückt der Zeitpunkt, in welchem die Gase von der Arbeitskammer in die Kammern i8,
i9 übertreten, vor- und rückwärts (folglich ändern sich die zugehörigen Drücke),
was es möglich macht, selbsttätig verschiedene Drücke auf die entgegengesetzt liegenden
Flächen des Ringkolbens 17 zu erzielen.
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Die Zuführungsleitungen io und 21 des Servomotors besitzen notwendig
einen sinuslinienartigen Verlauf (Abb. 2) und aus konstruktiven Erwägungen einen
sehr kleinen Querschnitt; hieraus ergeben sich Ladeverluste und eine gewisse Störung
bei der Steuerung des Servomotors und folglich in seiner Wirkung bei Motoren mit
hoher Umlaufgeschwindigkeit. Daraus könnte Unbeweglichkeit des Schiebers bei seinem
Aufundniedergehen und möglicherweise Anfressen entstehen, da sich in der Praxis
gezeigt hat, daß die bloße Drehbewegung nicht ausreicht, um Störungen beim Arbeiten
eines solchen Schiebers auszuschließen.
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Um diesem Mißstand abzuhelfen, erhält gemäß der Erfindung der Zylinderkopf
3 eine besondere Gestaltung.
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Die Explosionskammer ist aus einer laufgangartigen Querleitung 15
gebildet, die seitliche Hohlräume 14 mit der Arbeitskammer 7 verbindet; auf dem
oberen Boden der Leitung 15 ist die Zündkerze 16 angebracht. Im Augenblick der Entzündung
der Ladung ruft die Winzigkeit des Querschnittes der Leitung 15 einen plötzlichen
Überdruck in der Leitung 15 hervor, die durch die Lücke 22 des Kolbenringes i i
mit denLeitungen 2o oder 21 des Servomotors in Verbindung steht. Dadurch sind die
obenerwähnten Ladungsverluste und Störungen bei der Wirkung des Servomotors praktisch
beseitigt.
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Ist statt des Entspannungshubes der Verdichtungshub zur Speisung des
Servomotors benutzt worden, so ruft, wie Abb.2 sehr deutlich zeigt, der Stoß der
in der wagerechten Leitung 15 befindlichen Gasstrahlen dort einen der Speisung und
der Wirkung des Servomotors günstigen Überdruck hervor.
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Die besondere Anordnung des Zylinderkopfes gibt zu noch einem anderen
Ergebnis Anlaß. In der Tat vereinigen sich von Beginn der Verdichtung ab die entgegengesetzten
Gasströme wieder und treffen in der Leitung, wo sich die Zündkerze 16 befindet,
einander, was das brennbare Gemisch gleichmäßig macht. Diese Durchwirbelung erleichtert
die Zündung, ruft eine raschere Verbrennung hervor, die den thermodynamischen Wirkungsgrad
des Motors verbessert, und kühlt die Zündkerze, die überdies gegen umherspritzendes
01 geschützt ist.
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In der Praxis kann der Zylinderkopf 3, wie dargestellt, Dichtungsringe
1.2 tragen; das nämliche gilt für den Steuerschieber (Kolbenringgruppe i3). Der
Ringkolben 17 kann auf seiner äußeren Mantelfläche einen Kolbenring oder
einfacher mehrere Umfangsnuten 24 enthalten, die aufeinanderfolgende Entspannungskammern
bilden.
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Der Schieber und die Kolbenringe werden beispielsweise - auf die folgende
Weise geschmiert: Das 01, welches die Pleuelstange innerhalb des Schiebers
umherwirft, wird vom Kolben in die Löcher 23 geschoben und geht dann am oberen Teile
des Schiebers bei dessen Aufundniederbewegung durch nach Art eines Spinnennetzes
einander überkreuzende Nuten auf der Schieberaußenfläche wieder in die Höhe.
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Die soeben beschriebene Art der Steuerung kann auf alle Motoren mit
zwei, vier und sechs Hüben unter Verwendung eines beliebigen
Brennstoffes,
bei Explosionsmotoren mit zwangsmäßiger oder nichtzwangsmäßiger Speisung, bei Verbrennungsmotoren
mit oder ohne Einspritzung, bei Dampfmotoren, bei Betrieb mit verdichteter oder
verdünnter Luft, bei Pumpen, bei Kompressoren usw. angewendet werden.