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Schiebersteuerung für Zweitaktverbrennungsmotoren mit doppeltem Auspuff.
Verbrennungsmotoren, deren Zylinder mehrere Auspufföffnungen aufweisen, sind bekannt.
Der Zweck der vorliegenden Erfindung ist, neben der Hauptauslaßöffnung eine HilfsauslaBöffnung
anzuordnen und diese derart zu steuern, daß eine Erhöhung des thermischen Wirkungsgrades
durch Expansionsverlängerung eintritt, wobei gleichzeitig ermöglicht wird, den Spülvorgang
länger, als es bisher möglich war, auszudehnen.
Dies wird dadurch
erreicht, daß beim Expansionshub beide Auslaßöffnungen gleichzeitig geöffnet werden,
beim Rückgang des Kolbens dagegen die obere Auslaßöffnung erst dann geschlossen
wird, wenn der Arbeitskolben diese Öffnung überschritten hat.
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Die Bewegung des Abschlußschiebers für die Hilfsauslaßöffnung und
des damit verbundenen Lufteinlaßschiebers wird dabei zweckmäßig mittels einer Lenkerverbindung
von der Pleuelstange selbst abgeleitet.
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In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt.
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Abb. i erläutert die Anordnung und Bewegung der Steuerteile für einen
Zweitaktmotor.
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Abb. 2 zeigt die Steuerteile in einer besonderen Stellung.
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Der Arbeitszylinder a steht mit dem Kurbelkasten b und mit dem Schiebergehäuse
c in Verbindung.
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In dem Zylinder a wird der Kolben d durch die Pleuelstange
e auf und ab bewegt, wobei das untere Ende der letzteren von einer Kurbel in bekannter
Weise auf einem Kreis herumgeführt wird.
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Bei den Zapfen f ist an der Pleuelstange e
der Steuerhebel
g angelenkt, dessen Drehzapfen b im Kurbelkasten entsprechend den Seitenbewegungen
des Pleuelstangenpunktes f hin und her schwingen kann. Daher greift bei dem Drehzapfen
h eine Schwinge i an, deren Drehpunkt k im allgemeinen während des
Ganges der Maschine unveränderlich im Kurbelzapfen festgehalten bleibt, jedoch zum
Zweck einer Umsteuerung der Maschine nach k' verlegt werden kann. Dies kann auf
verschiedene Weise erreicht werden. Nach der Zeichnung wird der Drehzapfen k an
einem Stellhebel l befestigt, der bei m schwingbar im Kurbelkasten
b gelagert ist und von Hand nach Auslösung einer nicht gezeichneten Feststellvorrichtung
oder mittels einer Spindel verstellt werden kann. Der Zapfen k läßt sich auch durch
einen Stein in einer Kulisse führen, in der er durch eine Spindel verstellt werden
kann. Je nach der Lage des Drehzapfens k wird das freie Ende n des Steuerhebels
g entweder die in der Zeichnung ausgezogene Kurvenbahn oder die gestrichelte
durchlaufen. Beide Bahnen liegen angenähert symmetrisch zu einer senkrechten Mittellinie,
wodurch eine Umsteuerung der Maschine ermöglicht ist.
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Von dem Endzapfen n des Steuerhebels g aus wird mittels des Lenkers
o ein Doppelhebel p bewegt, der bei g im Kurbelkasten gelagert und mit seinem anderen
Arm durch Vermittlung des Lenkers y die Schieberstange s auf und nieder bewegt.
Letztere wird mittels des Fußstückes i im Schiebergehäuse c geführt. Am oberen Ende
der Schieberstange s sitzt der Einlaßschieber u, und unter diesem befindet sich
ein Auslaßschieber v. Diese beiden sind als Kolbenschieber ausgebildet. Sie können
durch-Dichtungsringe abgedichtet werden, was namentlich bei dem Einlaßschieber zweckmäßig
erscheint. Außerdem empfiehlt es sich, den Einlaßschieber u in seiner :Mitte etwas
zu verengen, damit er nicht von den hochgespannten Verbrennungsgasen zu stark gegen
die Wand des Schiebergehäuses gepreßt wird, sondern allseitigen Druck erfährt. Sowohl
der Einlaßwie auch der Auslaßschieber steuern mit ihren oberen Kanten, so daß die
Luft von oben her gemäß den eingezeichneten Pfeilen zuzuführen ist und anderseits
die Ab- bzw. Spülgase nach Eröffnung des von dem Auslaßschieber v gesteuerten Schlitzes
über dessen Oberkante hinweg und dann durch die achsialen Aussparungen in seinem
Innern hindurch nach dem Abzugsrohr gelangen.
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nie Verbindung zwischen dem Schiebergehäuse c und dem Arbeitszylinder
a wird in erster Linie durch den Einlaßschlitz w hergestellt, der von dem Einlaßschieber
u abgeschlossen bzw. geöffnet wird. Nahe der unteren Totpunktlage des Kolbens d
befindet sich im Arbeitszylinder der Hauptauspuffschlitz x, der gleichfalls in das
Schiebergehäuse ausmündet und die Abgase durch dieses hindurch nach dem Abzug y
treten läßt. Dieser Hauptauspuffschlitz x wird in bekannter Weise durch den Arbeitskolben
d gesteuert. Er kann aber schmäler gehalten werden, als es sonst bei Zweitaktmotoren
zu geschehen pflegt, da oberhalb dieses Schlitzes noch der Hilfsauslaßschlitz z
in dem Zylinder vorgesehen ist. Letzterer wird einerseits durch den Arbeitskolben
d und anderseits durch den Auslaßschieber v derart gesteuert, daß er beim Niedergehen
des Kolbens d nicht geöffnet wird, so daß also für die Expansion der Gase fast das
volle Hubvolumen zur Verfügung steht, während beim Aufwärtsgang des Kolbens beide
Auslaßschlitze x und x so lange geöffnet bleiben, bis sie von dem
Kolben d selbst verschlossen werden, so daß der Kompressionshub erst an der Oberkante
des Hilfsauslaßschlitzes z bzw. nach Abschluß des Lufteinlasses beginnt. Da übrigens,
wie bereits erwähnt wurde, sowohl der Einlaß- wie auch der Auslaßschieber die von
ihnen zu eröffnenden Schlitze mit ihren Oberkanten steuern, so empfiehlt es sich,
den Abstand der Oberkanten dieser beiden Schieber u und v ebenso groß wie
den Abstand der Oberkanten der beiden Schlitze w und x zu
machen, so daß letztere
von den Schiebern zu gleichen Zeiten geöffnet und geschlossen werden.
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Um nunmehr das Wesen der beschriebenen Steuerung und ihre wesentlichsten
Vorteile kennenzulernen, muß an Hand der Zeichnung
die Bewegung
des Schiebers u in bezug zu derjenigen des Arbeitskolbens d verfolgt werden. Zu
diesem Zweck sind die Kurvenbahnen verschiedener Punkte in die Zeichnung eingetragen
und auf diesen übereinstimmend achtzehn verschiedene Stellungen -durch die beigeschriebene
Bezifferung hervorgehoben. Ebenso sind neben dem Kolben und dem Schieber die entsprechenden
Stellungen ihrer Oberkanten angegeben.
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Hierdurch ist es ersichtlich gemacht, daß der Schieber u den Lufteinlaßschlitz
erst freigibt, wenn der Kolben zwischen den Punkten 8 und g, also kurz vor Erreichung
der unteren Totpunktlage, steht. Dagegen wird dieser Lufteinlaß erst abgeschlossen,
wenn der Kolben d mehr als die Hälfte seines Aufwärtsganges zurückgelegt und etwa
die Stellung 15 erreicht hat. Es findet somit eine Phasenverschiebung zwischen den
Bewegungen des Kolbens d einerseits und des Schiebers u
anderseits
statt.
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Außerdem lehrt die Zeichnung, daß der Schieber u gerade im Augenblick
der Eröffnung und des Abschlusses des Lufteinlasses seine größten Geschwindigkeiten
besitzt. Denn die Strecken g-io und 1q.-15 sind die größten Zwischenräume zwischen
je zwei aufeinanderfolgenden Schieberstellungen, die doch sämtlich in gleichen Zeitabständen
durchlaufen werden. Dieses günstige Ergebnis wird durch die eigenartigen Gestängeverhältnisse
bedingt. Betrachtet man beispielsweise die Stellung 1o der Steuerteile gemäß Abb.
2, so ergibt sich, daß in der Totpunktlage des Arbeitskolbens dem Schieber eine
nicht unerhebliche Geschwindigkeit dadurch erteilt wird, daß sich die Seitenbewegung
des Pleuelstangenpunktes f durch Vermittlung der hierbei fast wie ein Schubgetriebe
wirkenden Steuerteile g und o auf den Doppelhebel p überträgt, wobei sich jene Steuerteile
g und o fast in gestreckter Lage zueinander befinden. Im Gegensatz hierzu stehen
in der Stellung 15 die Hebel i und k und ebenso auch die Bahn des Zapfens
f
fast senkrecht zu dem Steuerhebel g, so daß die Aufwärtsbewegung des Punktes
f, die bei 15 gerade am größten ist, lediglich durch das Übersetzungsverhältnis
des Steuerhebels g verkleinert und so auf den Doppelhebel p übertragen wird. In
allen anderen Stellungen liegen die Bahnkurven der einzelnen Gestängepunkte ungünstiger
zueinander, so daß auf den Schieber nur kleinere Bewegungen übertragen werden.
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Die Umsteuerung des Motors erfolgt einfach dadurch, daß der Hebel
l in die gestrichelte Lage l' umgelegt wird. Für die ursprüngliche Drehrichtung
des Motors werden. hierdurch die Eröffnungs- und Abschlußzeiten der einzelnen Schlitze
derart verschoben, daß die Kompression des im Arbeitszylinder eingeschlossenen Gasvolumens
zu hoch ansteigt und infolgedessen vor Erreichung der oberen Totpunktlage des Arbeitskolbens
eine Umkehrung der Drehrichtung der Kurbel erzwingt.
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Die günstigsten Betriebsverhältnisse lassen sich durch versuchsweises
Verstellen des Hebels l bestimmen, während die Einregelung des Motors auf eine bestimmte
Drehzahl während des normalen Betriebes durch Betätigen einer Drosselklappe in der
Luftzuführung erfolgt.
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Zum Schluß sei erwähnt, daß die oben beschriebene Steuerung auch für
Viertaktmotoren verwendbar ist, wenn die Bewegung des Steuerhebels g nicht von der
Pleuelstange, sondern von der Nockenwelle z. B. mittels eines Exzenters oder auch
von einer Exzenterstange z. B. zur Betätigung der Brennstoffeinspritzung abgeleitet
wird. In solchem Fall bietet die Erfindung den Vorteil, eine einfache Umsteuerung
der Maschine zu ermöglichen.