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Zweitaktbrennkraftmaschine
Die Erfindung betrifft eine Zweitaktbrennkraftmaschine mit einem Kapselgebläse, das für sich allein oder in Verbindung mit einer üblichen Kurbelkastenpumpe Spül- bzw. Aufladezwecken dient und einen unrunden scheibenförmigen Gebläsekolben sowie einen radial beweglichen, am Umfang des rotierenden Gebläsekolbens gleitenden Schieber aufweist.
Es ist bereits eine Zweitaktbrennkraftmaschine mit einem Kurbelgehäuse bekannt, bei welcher das Kurbelgehäusegebläse einen unrunden Kolben aufweist. Hiebei wirken der Kolben, die Pleuelstange und der unrunde Kolben, der auf der Kurbelwelle gelagert ist, zusammen, wobei die Kurbelwangen als Kreisscheiben ausgebildet sind, die an ihrem Umfang dicht im Kurbelgehäuse gleiten und auch die Pleuelstange sich dicht zwischen den Kolbeninnenwänden und den Kurbelwangen bewegt, auf die Art, dass zeitweise das Kurbelgehäuse in zwei voneinander getrennte Räume unterteilt wird.
Bei dieser bekannten Zweitaktbrennkraftmaschine ist demgemäss kein Schieber vorgesehen, wobei die erforderlichen Abdichtungen durch die Berührungsflächen des Motorkolbens, der Pleuelstange, des auf der Kurbelwelle gelagerten unrunden Kolbens und die Berührungsfläche zwischen dem kreisförmigen Umfang des unrunden Kolbens und dem Zylindergehäuse gegeben sind. Diese Abdichtungen erfordern eine äusserst genaue Bearbeitung der Einzelteile, da eine strenge Passung für die einwandfreie Funktion unerlässlich ist.
Des weiteren ist ein Drehkolbenverdichter bekannt geworden, bei welchem eine exzentrisch gelagerte Trommel Schieber aufweist, wobei eine relativ kleine Dichtungsfläche zwischen der Trommel und dem Verdichtergehäuse vorgesehen ist. Auch bei diesem Drehkolbenverdichter ist eine einwandfreie Passung zwischen der Trommel und dem Verdichtergehäuse erforderlich, so dass auch hier die Schwierigkeiten einer einwandfreien Dichtung gegeben sind.
Erfindungsgemäss weist der Gebläsekolben an der einen Stirnseite einen scheibenförmigen Dichtflansch und eine Ausnehmung zur Aufnahme eines sich in einer Durchmesserebene des Gebläsekolbens erstreckenden Mitnehmers, insbesondere eine Wange der Kurbelwelle, auf und ist an der andern Stirnseite mit einer Bohrung versehen, die von der Welle des Mitnehmers, insbesondere der Kurbelwelle, durchsetzt ist, wobei der Gebläsekolben radial beweglich quer zurDurchmesserebene beidseitig elastisch, insbesondere mittels Schraubenfedern und mittels zwischen dem Mitnehmer und dem Boden der Aussparung des Gebläsekolbens angeordneten Federn, insbesondere einer Tellerfeder, axial beweglich gelagert ist,
wobei der Boden der Aussparung auf einer quer zur Welle des Mitnehmers angeordneten und auf dieser gelagerten Abstützscheibe eines den Gebläsekolben topfförmig umschliessenden Gehäuses unter Zwischenschaltung eines an der Scheibe und dem Gehäuse aufruhenden Dichtungsringes anliegt.
Durch die elastisch nachgiebige Lagerung des erfindungsgemässen Gebläsekolbens wird gegenüber den bekannten Ladepumpen mit auf der Welle fest angebrachten Geblasekolben nicht nur eine Erhöhung des Wirkungsgrades erreicht, sondern es werden auch alle Abdichtungsschwierigkeiten vermieden, wobei bei kleinen Umdrehungszahlen entlang der Innenwand des den GeblÅasekolben umgebenden Gehäuses ein Spiel entsteht, das mit wachsender Umdrehungszahl immer enger wird. Dadurch wird erreicht, dass das Mass der Kompression mit wachsender Tourenzahl steigt, so dass bei hoher Tourenzahl die grösste Leistung erreicht wird.
Ist das Gebläse als zusätzlicher Hilfskompressor zu dem durch das Kurbelgehäuse gebildeten Vorkompressor ausgebildet, so steht vorteilhafterweise das Hilfskompressorgehäuse über zwei Öffnungen mit dem unterhalb des Kolbens der Brennkraftmaschine befindlichen Vorkompressionsraum in Verbindung, wobei die eine in Drehrichtung vor dem Schieber liegende Öffnung das Inneie des Hilfskompressorgehäuses unmittelbar mit dem Zylinderinneren verbindet, wogegen die andere Öffnung entgegen der Umlaufrichtung
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des Gebläsekolbens gemessen, in einer Bogenlänge von der ersten Öffnung angeordnet ist, der angenähert die Bogenlänge des unrunden Teiles des Gebläsekolbens entspricht und über eine Rohrleitung in den unteren Teil des Zylinderinneren mündet,
der seinerseits über eine Überströmleitung mit dem oberen Teil des Zylinderinneren in Verbindung steht, wobei etwa in Höhe dieser Mündung der Überströmleitung die Ausströmöffnung und unterhalb derselben die Einströmöffnung angeordnet ist und der Gebläsekolben über die Kurbelwelle der Brennkraftmaschine und deren Pleuelstange derart mit dem Kolben der Brennkraftmaschine gekuppelt ist, dass die beiden Öffnungen des Hilfskompressorgehäuses in der oberen (zylinderkopfseitigen) Totpunktstellung des Kolbens der Brennkraftmaschine freigegeben sind.
Erfolgt die Vorkompression sowohl im Vorkompressionsraum als auch im Hilfskompressionsraum, so steht zweckmässigerweise die Auslassöffnung des Hilfskompressors mit einer in den Kompressionsraum des Motors führenden, insbesondere oberhalb der Öffnung der Überströmleitung liegenden Öffnung und die Einlassöffnung mit der Zuführungsleitung des verbrennungsgemisches in Verbindung und ist in an sich bekannter Weise in der mit der Auslassöffnung des Hilfskompressors verbundenen Öffnung im Kompressionsraum des Motors ein Ventil vorgesehen, das vor dem Zündaugenblick öfmet und knapp vor demselben wieder schliesst, wobei der Gebläsekolben und die Auslassöffnung des Hilfskompressors derart ausgebildet bzw. angeordnet sind, dass der maximale Kompressionsdruck des Hilfskompressors im Augenblick des Öffnens des Ventils erreicht ist.
Durch die erfindungsgemässe Massnahme wird nicht nur eine erhöhte Leistung von Zweitaktmotoren erreicht, ohne dass der Brennstoffbedarf wesentlich ansteigt. Vor allem ist das Mass der möglichen Vorkompression keinerlei Begrenzung unterworfen, so dass selbst eine derartige Vorkompression wählbar ist, dass das Gemisch durch die Kompression im Motorzylinder bis zur Selbstentzündung verdichtet werden kann.
Vorteilhafterweise ist in der das Verbrennungsgemisch zum Hilfskompressor führenden Leitung ein regulierbares, insbesondere von Hand betätigbares Ventil angeordnet, so dass die Verbrennung nach Bedarf mit oder ohne Hilfskompression bzw. mit wahlweiser zusätzlicher Kompression möglich ist.
Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich an Hand der Zeichnung, in welcher schematisch einige Ausführungsbeispiele dargestellt sind.
Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Beispiels eines Zweitaktmotors nach der Erfindung, Fig. 2 einen Schnitt des erfindungsgemässen Hilfskompressors nach der Linie IN- IN der Fig. 3 und Fig. 3 einen Schnitt des Hilfskompressors nach der Linie ICI- ICI der Fig. 2. In den Fig. 4a-d ist die schematische Wirkungsweise eines Ausführungsbeispieles dargestellt, bei welchem der erfindungsgemässe Hilfskompressor . TU : dem üblichen Vorkompreswr eines Zweitaktmotors zusammenarbeitet und in den Fig. 5a-d eine sol- che, bei welcher die Vorkompression unter Anwendung eines Ventils sowohl durch den Hilfskompressor als auch durch die bei Zweitaktmotoren übliche Vorkompression durch den abwärts gehenden Kolben erfolgt.
In Fig. l ist in einem Zylinder 1, der an der Unterseite durch ein Kurbelgehäuse 2 abgeschlossen ist, ein Kolben 3 beweglich angeordnet. Der Kolben 3 steht über eine Pleuelstange 4 und den Kurbelzapfen 5 mit der Kurbelwelle 6 in Verbindung, wobei die Auf- und Abwärtsbewegung des Kolbens 3 in eine Dreh-
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Der Zylinder 1 weist eine Einströmöffnung 7 und eine Ausströmöffnung 8 auf. Ausserdem ist der Innenraum (Vorkompressionsraum) 9 des Kurbelgehäuses 2 über eine Überströmleitung 10 und die Öffnung 12 mit dem Verbrennungsraum 11 im oberen Teil des Zylinders 1 verbunden.
Die Wirkungsweise des bisher beschriebenen Zweitaktmotors erfolgt in an sich bekannter Weise.
Gemäss der Erfindung ist der Kurbelzapfen 5 mit zwei Mitnehmern 13 und 14 verbunden, die ihrerseits mit der Kurbelwelle 6 starr verbunden sind. Die Mitnehmer 13 und 14 sind von je einem Gebl & sekol- ben 15,16 umgeben, die im Inneren des zylindrischen Gehäuses 17,18 angeordnet sind. Die durch die Gebläsekolben 15. 16 gebildeten, in der Fig. l nicht ersichtlichen Kompressionsräume sind uberdieöff- nungen 19, 20 mit dem Vorkompressionsraum 9 verbunden.
In den Fig. 2 und 3 sind Schnitte einer beispielsweisen Ausführungsform eines Hilfskompressors dargestellt. Der Gebläsekolben 15 hat eine unrunde Form, wodurch im zylindrischen Gehäuse 17 mittels eines Schiebers 21 ein Ansaugraum 22 und ein Hilfskompressionsraum 23 gebildet wird. Der Geb1ásekolben 15 weist eine Ausnehmung 24 auf, in welcher der Mitnehmer 13 liegt, der mittels der Federn 25, 26 gegen- über dem Gebläsekolben elastisch angeordnet ist. Zweckmässig ist die Kurbelwange (Kurbelarm) des Mo- tors als Mitnehmer 13 ausgebildet. Wie aus Fig. 2 ersichtlich, ist der Gebläsekolben 15 auf der Kurbelwelle 6 mit radialem Spiel gelagert und ausserdem axial verschiebbar.
Zur Abdichtung zwischen dem zylindrischen Gehäuse 17 und dem Gebläsekolben 15 weist dieser einen Flansch 27 auf, der am Innenrand 28 des zylindrischen Gehäuses 17 gleitet, gegen den der Flansch 27 mittels Federn 29, 30, die im darge-
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stellten Beispiel als Blattfedern ausgebildet sind, die aber auch durch eine Tellerfeder, Schraubenfedern od. dgl. gebildet werden können und die an dem Mitnehmer 13 befestigt sind, gedrückt wird. Zur Abdichtung des Gebläsekolbens 15 gegen das zylindrische Gehäuse 17 ist ferner eine Scheibe 31 vorgesehen, deren Durchmesser gleich dem Innendurchmesser des zylindrischen Gehäuses 17 ist. Diese Scheibe 31 ist mit einer Ringdichtung 32 abgestützt, durch welche die Scheibe 31 und damit auch der Gebläsekolben 15 in axialer Richtung elastisch gelagert ist.
Knapp vor dem Schieber 21 befindet sich im zylindrischen Gehäuse eine Auslassöffnung 19. Mittels der Feder 33 wird der Schieber 21 gegen den Umfang des Gebläsekolbens 15 gedrückt.
Wie in Fig. 1 dargestellt ist, werden zweckmässig je Zylinder zwei Gebläsekolben 15, 16 vorgesehen, die beiderseits der Pleuelstange 4 angeordnet sind, wobei die Geblasekolben 15, 16 zwecks Auswuchtung gegeneinander versetzt sind.
Der in der Fig. 1 schematisch dargestellte erfindungsgemässe Zweitaktmotor ist in einzelnen Betriebsphasen in den Fig. 4a-d dargestellt, wobei diese Darstellung gemäss dem Schnitt A-B der Fig. 1 gewählt ist. In der in Fig. 4a dargestellten unteren Totpunktlage strömt das im Vorkompressor und Hilfskompressor komprimierte Gemisch durch die Überströmleitung 10 in den Verbrennungsraum 11, wobei das verbrannte Gemisch durch die Ausströmöffnung 8 entweicht. Bei der darauffolgenden Aufwärtsbewegung des Kolbens 3 und der damit verbundenen, im Sinne des Pfeils erfolgenden Drehbewegung des Gebläsekolbens 15 wird einerseits durch den Kolben 3 die Ausströmöffnung 8 und die Öffnung 12 der Überströmleitung 10 verschlossen, anderseits die Einlassöffnung 34 des Vorkompressors geöffnet.
Diese Einlassöffnung 34 ist bei diesem Beispiel über eine Leitung 35 mit dem Vorkompressionsraum 9 verbunden. Dadurch entsteht infolge der Aufwärtsbewegung des Kolbens 35 und der Drehbewegung des Gebläsekolbens 15 sowohl im Vorkompressionsraum 9 als auch im Ansaugraum 22 ein Unterdruck, der infolge Druckausgleich im Vorkompressionsraum 9 und im Ansaugraum 22 gleich hoch ist. Dieser Druckausgleich bleibt bei der weiteren Kolbenbewegung erhalten. In der oberen Totpunktstellung des Kolbens 3 ist, wie in Fig. 4c dargestellt, die Einströmöffnung 7 geöffnet, so dass das zu verbrennende Gemisch infolge des im Vorkompressionsraum 9 und dem Ansaugraum 22 herrschenden Unterdrucks in diese Raume eindringt.
Nach Entzünden des Gemisches im Verbrennungsraum 11 und der darauf folgenden Abwärtsbewegung des Kolbens 3 wird die Einströmöffnung 7 verschlossen und das im Vorkompressionsraum 9 und im Ansaugraum 22 befindliche Gemisch verdichtet, bis nach Zurücklegung der Abwärtsbewegung wieder die untere Totpunktlage, die in
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bens 15 während der Phase vor Erreichen des unteren Totpunktes dargestellt, aus der ersichtlich ist, dass die Kompression unter Zusammenwirken des Kolbens 3 und des Gebläsekolbens 15 erfolgt. Weiters ist aus Fig. 4d ersichtlich, dass in dieser Phase der durch den unrunden Teil des Gebläsekolbens 15 gebildete Raum durch den Schieber 21 in zwei Räume aufgeteilt wird, nämlich den Ansaugraum 22 und den Hilfskompressionsraum 23. In dem Ansaugraum 22 herrscht Vakuum bzw.
Unterdruck, so dass schon während der Kompression dieser Ansaugraum 22 für die Aufnahme des anzusaugenden Gemisches vorbereitet wird.
Wie bereits erwähnt, ist es zweckmässig, den Vorkompressionsraum 9 so klein als möglich zu wählen, so dass die Vorkompression im wesentlichen durch den Hilfskompressor erfolgt. Schliesslich kann die Reduzierung des Volumens des Vorkompressionsraumes 9 so weit erfolgen, dass die Vorkompression ausschliesslich durch den Hilfskompressor erfolgt.
Ein weiteres Beispiel ist in den Fig. 5a-d dargestellt. Die mittels des Kolbens 3 herbeigeführte Vorkompression und die sich hiebei ergebende Arbeitsweise entspricht, abgesehen von der zusätzlichen Funktion des Hilfskompressors, im wesentlichen der üblichen Arbeitsweise eines Zweitaktmotors. Ausser der mit einem Ventil 39 verschlossenen Leitung 38, die mit dem Vorkompressionsraum 23 des Hilfskompres- sors in Verbindung steht, mündet in den Zylinder des Motors eine Überströmleitung 40 über die Öffnung 41. Diese Überströmleitung 40 ist in üblicher Weise mit dem Vorkompressionsraum 9 verbunden. In der in.
Fig. 5a dargestellten unteren Totpunktlage ist das Ventil 39 verschlossen, so dass sich im Hilfskompressionsraum 23 angenähert maximaler Druck befindet. Die Öffnung 41 der Überströmleitung 40 ist jedoch geöffnet, so dass das im Vorkompressionsraum 9 komprimierte Gemisch in den Verbrennungsraum 11 strömen kann, während das verbrannte Gemisch durch die Ausströmöffnung 8 entweicht. Bei der darauffolgenden Aufwärtsbewegung des Kolbens 3 wird zunächst die Öffnung 41 der Überströmleitung 40 und die Ausströmöffnung 8 verschlossen, woraufhin das Ventil 39 zweckmässig knapp vor Erreichen des oberen Totpunktes geöffnet wird und das hochkomprimierte Gemisch aus der Leitung 38 bzw. dem Hilfskompressionsraum 23 in den Verbrennungsraum 11 zusätzlich zu dem bereits komprimierten, vom Vorkompressionsraum 9 stammenden Gemisch eingedrückt wird.
In der oberen Totpunktlage (Fig. 5c) sind die Ausström- öffnung 8. die Öffnung 41 der Überströmleitung 40 sowie das Ventil 39 geschlossen, die Einströmöffnung 7 des Vorkompressionsraumes 9 jedoch geöffnet. Ebenso ist die Einlassöffnung 34 des Hilfskompressors durch
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den Gebläsekolben 15 freigegeben. Diese Einlassöffnung 34 steht ebenso wie die Einströmöffnung 7 mit der das zu verbrennende Gemisch zuführenden Leitung in Verbindung. Infolge des im Vorkompressionsraum 9 und im Ansaugraum 22 herrschenden Unterdruckes wird in beide Räume (die an sich bei diesem Ausführungsbeispiel konstruktiv voneinander getrennt sind) zu verbrennendes Gemisch angesaugt.
Bei der darauffolgenden Abwärtsbewegung des Kolbens 3 und der Weiterdrehung des Gebläsekolbens 15 wird sowohl durch den Kolben 3 das im Vorkompressionsraum 9 befindliche Gemisch als auch das nunmehr im Hilfskompressionsraum 23 befindliche Gemisch durch den Gebläsekolben 15 komprimiert. Gleichzeitig entsteht durch den Schieber 21 ein neuer Ansaugraum 22, in dem wieder Unterdruck herrscht. Die Einlassöffnung 34 ist durch den zylindrischen Teil des Gebläsekolbens 15 verschlossen.
Die doppelte Kompression sowohl durch den Kolben 3 als auch durch den Gebläsekolben erfolgte somit während der Abwärtsbewegung des Kolbens 3, bis schliesslich die untere Totpunktstellung erreicht ist (Fig. 5a) und zunächst das im Vorkompres- sionsraum 9 komprimierte Gemisch durch die Öffnung 41 in den Kompressionsraum entweicht und hierauf wieder zusätzlich durch die Leitung 38 nach Überschreiten des unteren Totpunktes und Verschliessender Überströmöffnung 41 bzw. der Ausströmöffnung 8 hochkomprimiertes Gemisch in den Verbrennungsraum eingedrückt wird.
Selbstverständlich ist die Erfindung nicht auf die dargestellten Ausführungsbeispiele beschränkt, gemäss welchen die zylindrischen Gehäuse 17, 18 gleichzeitig das Kurbelgehäuse bilden. Es ist im Rahmen der Erfindung ohne weiteres möglich, den Hilfskompressor ausserhalb des Kurbelgehäuses anzuordnen bzw. den Antrieb des Gebläsekolbens 15 bzw. 16 über eine Zahnradübersetzung od. dgl. von der Kurbelwelle 6 abzuleiten.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Zweitaktbrennkraftmaschine mit einem Kapselgebläse, das für sich allein oder in Verbindung mit einer üblichen Kurbelkastenpumpe Spül- bzw. Aufladezwecken dient und einen unrunden scheibenförmigen Gebläsekolben sowie einen radial beweglichen, am Umfang des rotierenden Gebläsekolbens gleitenden Schieber aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der Gebläsekolben (15) an der einen Stirnseite einen scheibenförmigen Dichtflansch (27) und eine Ausnehmung (24) zur Aufnahme eines sich in einer Durchmesserebene des Gebläsekolbens erstreckenden Mitnehmers (13), insbesondere einer Wange der Kurbelwelle, aufweist, und an der andern Stirnseite mit einer Bohrung versehen ist, die von der Welle des Mitnehmers, insbesondere der Kurbelwelle (6), durchsetzt ist,
und dass der Gebläsekolben radial beweglich quer zur Durchmesserebene beidseitig elastisch, insbesondere mittels Schraubenfedern (25, 26) und mittels zwischen dem Mitnehmer und dem Boden der Aussparung (24) des Gebläsekolbens angeordneten Federn (29), insbesondere einer Tellerfeder, axial beweglich gelagert ist, wobei der Boden der Aussparung auf einer quer zur Welle (6) des Mitnehmers angeordneten und auf dieser gelagerten Abstützscheibe (31) eines den Gebläsekolben topfförmig umschliessenden Gehäuses (17) unter Zwischenschaltung eines an der Scheibe (31) und dem Gehäuse aufruhenden Dichtungsringes (32) anliegt.
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