Zweitaktmotor. Es sind Zweitaktmotoren mit Gemischauf- ladung bekannt, bei welchen die untere Seite des Arbeitskolbens zusammen mit dem Kurbel gehäuseraum als Ladepiunpe ausgebildet ist, oder solche, bei denen eine besondere Lade pumpe vorgesehen ist; dies hat jedoch ver schiedene Nachteile.
Wenn als Ladepumpe die untere Kolben seite in Verbindung mit dem Kurbelgehäuse dient, so muss dem Brennstoff so viel Öl bei gemischt werden, dass mit diesem Gemisch so wohl die Lager des Kurbeltriebes wie auch der Kolben ausreichend geschmiert werden. Dazu muss aber wesentlich mehr Öl beige mischt werden, als zum Beispiel ein Viertakt motor normalerweise verbraucht.
Bei Zweitaktmotoren mit besonderer Lade pumpe sind mehrere zusätzliche Bauelemente erforderlich.
Diese Nachteile werden bei dem nachste hend an Hand der Zeichnung beschriebenen Ausführungsbeispiel des erfindiulgsgemässen Zweitaktmotors mit unabhängig vom Arbeits kolben gesteuertem Gasauslass vermieden.
Die Erfindung beruht auf dem Gedanken, den Arbeitskolben gleichzeitig als Kolben der Ladepumpe zu benutzen, wobei der Hub raum der Ladepiunpe während annähernd der ganzen Kolbenbewegung gegen den Kurbel gehäuseraum abgeschlossen ist.
In der Zeichnung zeigt Fig.1 einen Zweitaktmotor im Vertikal schnitt nach der Linie A-B in Fig.4, Fig. 2 einen Vertikalschnitt nach der Linie C-D in Fig. 4, Fig. 3 einen senkrechten Teilschnitt nach der Linie E-F in Fig. 4 und Fig. 4 einen Horizontalschnitt nach der Linie G-H in Fig. 1.
Der gezeichnete Zweitaktmotor besitzt ein Kurbelgehäuse 1 mit einem Aufsatz 2, der den Zylinder 3 mit oben befindlichem Auslass kanal 4 für die Verbrennungsgase aufweist. Ein diesen Auslass steuerndes Tellerventil 5 ist über einen Kipphebel 6, eine Steuerstange 7 und eine Nockenwelle 8 mit zwei diametral einander gegenüberliegenden Nocken betätig- bar. Die in einem seitlich ausladenden Teil des Kurbelgehäuses 1 gelagerte Nockenwelle 8 steht derart mit der Kurbelwelle 9 in An triebsverbindung, dass sie beim Betrieb des .Motors im gleichen Drehsinn, aber nur mit halber Drehzahl wie die Kurbelwelle 9 rotiert.
Der untere Teil des Zylinders 3 ist von einem koaxialen, ringförmigen Raum 10 umgeben, der zur Aufnahme der ganzen, einem Arbeits hub entsprechenden Gasgemischmenge dient. Der Gemischraum 10 wird periodisch durch einen Schlitz 12 der als Steuerorgan für den Gemischeinlass 11 dienenden Nockenwelle 8 mit einem am Kurbelgehäuse 1 befestigten Vergaser 13 verbunden. Der Innenraum des Zylinders 3 und der Gemischraiun 10 sind durch eine als Zylinderboden ausgebildete Stopfbüchse 14 vom Innenraum des Kurbel gehäuses 1 getrennt.
Im Bereich des obern Teils des Gemischraumes 10 sind in der Zy- linderwandung gleichmässig über deren Um fang verteilte Überströmöffnungen 15 (Fug. 1 und 4) vorgesehen, während im Bereich des untern Teils des Gemischraumes 10 entspre chend angeordnete Hilfsöffnungen 16 (Fug. 2) in der Zylinderwandung angebracht sind. Der Gemischraum 10 ist oben durch einen Quer kanal 17 mit dem Innenraum des Zylinders 3 verbunden.
Die Axe des oberhalb der Über- strömöffnimgen 15 in den Zylinderraum mün- clenden Querkanals 17 ist schräg nach oben gegen eine Zündkerze 18 (Fig.2) gerichtet, die am obern Teil des Zylinders 3, dem Kanal 17 gegenüberliegend, angeordnet ist.
Am un tern Ende der Kolbenstange 19, die axial ver schiebbar in der Stopfbüchse 14 (Zylinder boden) geführt ist, ist gemäss Fig.3 ein im Vertikalschnitt T-förmiger Durchlass 20 vor gesehen, der im Bereich der obern Totpiunkt- lage des Kolbens 21 oben in den Ansaugraum und unten in den Kurbelgehäuseraum mündet.
Die Wirkungsweise des -beschriebenen Zweitaktmotors ist im übrigen folgende: Angenommen, der Kolben 21 bewege sich aus seiner untern 'Totpunktlage gemäss Fig. 1 nach oben, das Tellerventil 5 sei geschlossen und im Zylinderraum über dem Kolben 21 befinde sich das zu verdichtende Gasgemisch. Im Verlaufe des Verdichtungshubes werden vom Kolben 21 vorerst die L'berströmöffnun- gen 15 und anschliessend der Querkanal 17 geschlossen, wodurch die Verbindung zwischen dem Gemischraum 10 und dem Innenraum des Ärbeitszylinders 3 unterbrochen wird.
Während der Kolben 21 die im entsprechen den Raum des Arbeitszylinders 3 befindlichen Gase verdichtet, wird zufolge des auf der Kolbenunterseite entstehenden Unterdrueks aus dem Vergaser 13 über den in Offenstel- limg befindlichen Schlitz 12 der Nockenwelle 8 frisches Gasgemisch in den Gemischraum <B>1.0</B> und durch die Öffnungen 15, 16 in den Laderaum auf der untern Kolbenseite gesaugt.
Kurz vor der obern Totlage des Kolbens stellt der Durchlass 20 die Verbindung mit dein Kurbelgehäuse her, so dass von diesem Zeit- piuikt ab eine ganz kleine, durch die Lage ihd die Grösse des Durchlasses 20 regulier- bare Menge von Ölnebel mit dem noch anzu saugenden frischen Gemisch angesaugt wird. Durch die Stopfbüchse 14 (Zylinderboden) ist die Dichtung zwischen dem genannten Lade rauin und dem Kurbelgehäuseraum gewähr leistet.
Bei der Verdichtung der Gase mit den Ölnebeln schlägt sich ein Teil des in den Öl- nebeln enthaltenen Öls am Boden und an den Wänden des Ansaugraumes nieder, ein wei terer Teil wird sich nach dem Öffnen der Überströmöffnungen, beim Überströmen von dem Ansaugraum in den Arbeitsraum, an der Wand des Arbeitszylinders niederschlagen. Da die Ölnebel erst am Schluss des Ansaughubes dem Brennstoff-Luft-Gemisch zugeführt wer den, sind dieselben nur in einer kleinen Menge Gemisch enthalten und das in den Ölnebeln enthaltene Öl lässt sich leicht wieder nieder schlagen.
Die angegebene Art der Ölnebelzuführung ist nur ein Beispiel; die Zuführung derselben kann auch durch eine von dem Steuerorgan des Motors gesteuerte Bohrung erfolgen.
Da der Arbeitskolben ohne Seitendruck arbeitet, ist sein Ölbedarf geringer als der eines Viertaktmotorliolbens.
Kurz bevor der Kolben in.seine obere Totlage kommt, erfolgt (wie üblich) die Zün dung des verdichteten Gemisches durch die Zündkerze 18.
Nachdem der Kolben in seine obere Tot lage gekommen ist, wird er durch die infolge der Verbrennung entstehende Drucksteigerung nach unten getrieben. Beim Abwärtsgehen des Kolbens wird mittels des Steuerorganes 8 der Gemischeinlass 11 vom Raum 10 durch das Schliessen des Schlitzes 12 abgeschlossen. Das angesaugte frische Gemisch wird nun in dein Raum 10 verdichtet.
Sind die Verbrennungsgase iln Arbeits- r aiun des Zylinders genügend entspannt, so -wird das Auslassventil 5 geöffnet, und die verbrannten Gase können durch dieses in den Auslass 4 entweichen. Kurz nachher öffnet der Kolben den zur Zündkerze gerichteten Querkanal 17. Durch den Druck, unter dem das Gemisch im Räum 10 steht, strömt. dann ein dünner Strahl des frischen Gemisches zur Zündkerze 18.
Anschliessend öffnet der Kol ben die Überströmschlitze 15, worauf das frische Gemisch gleichmässig ringsum aus dem Raum 10 in den Arbeitsraum des Zylinders strömt, diesen von unten nach oben füllt und dabei eine der frischen Ladung entsprechende Menge der verbrannten Gase in den Auslass- kanal 1 drfiekt. Ist der Druckausgleich zwi- sehen dem Raum 10 und dem Arbeitsraum erfolgt, so gibt. der in Arbeitsstellung befind liche Nocken der Welle 8 das Auslassventil 5 frei, welches von der Feder 22 geschlossen wird.
Der nach oben gehende Kolben schliesst dann zuerst die Überströmschlitze 15 und nachher den Querkanal 17. Das Arbeitsspiel beginnt von neuem usw.
Ein Rückströmen des Gemisches durch den Querkanal 17 ist nicht zu befürchten, da durch die Strömungsenergie der Gase noch ein Nachströmen vorhanden ist (Beweis hier für ist, dass die Einlassventile raschlaufender Verbrennungsmotoren nicht bei der untern Totlage des Kolbens, sondern erst 30 bis 60 Grad später geschlossen werden).
Die Kühlung des beschriebenen Motors kann entweder, wie in der Zeichnung ange nommen, mittels Kühlflüssigkeit oder, wie be kannt, durch Luft erfolgen, wobei aufgesetzte Kühlrippen verwendet werden.
Weil bei dem verwendeten, kurzen Kol ben während der Verdichtung durch das frische Gemisch die untere Kolbenbodenseite und während des Überströmens von dem Raum 10 in den Arbeitsraum die obere Kol- benbodenseite wirksam bestrichen wird, ist auch bei grösseren Kolbendurchmessern zufrie denstellendes Arbeiten möglich.
Durch den Querkanal 17 erhält. die Zünd- kerne bei jedem Arbeitstakt eine genügende Menge frischen Gemisches zugeführt, so dass der Motor auch bei Leerlauf regelmässig ar beitet.
Da der Motor mit Brennstoff ohne Schmier ölzusatz arbeitet und das zur Kolbenschmie rung erforderliche Öl, wie bei einem Viertakt motor, dem Kurbelgehäuse entnommen wird, so wird gegenüber einem mit Brennstofföl- gemisch arbeitenden Zweitaktmotor Schmieröl eingespart und rauchfreierer Auspuff erreicht.
Da die Pumparbeit für das frische Ge misch beim beschriebenen Motor zum grössten Teil nicht über die Lager geht, sondern direkt vom Kolben abgenommen wird, die Lager also entlastet sind, wird gegenüber einem Zweitaktmotor mit getrennter Ladepumpe Reibungsarbeit gespart, ausserdem können, wie vorstehend begründet, auch grössere Kolben noch genügend gekühlt werden.
Die Schmieröltemperatur des Motors ist niedriger als bei Motoren, bei denen das Schmieröl mit der Innenfläche des Kolbens in Berührung kommt, was sich (da dadurch auch die Verschmutzung des Öls geringer wird) günstig auf die Abnützung der zusam menarbeitenden Teile auswirkt.
Durch das Absaugen der Ölnebel aus dem Kurbelgehäuse ist der Motor, weil im Kurbel gehäuse ein geringer Unterdruck herrscht, öl- dichter. Zur Erzeugung des Unterdruckes wird der Kurbelgehäuseraum von der Aussen luft abgeschlossen und der Unterdruck durch die etwaige Undichtheit des Kurbel gehäuseraumes und durch eine Luftdüse regu liert.
Motoren der beschriebenen Art können durch die Anordnung einer Vorkammer und einer Rohöleinspritzpumpe auch nach dem Dieselverfahren betrieben werden.
Two-stroke engine. There are two-stroke engines with mixture charging known in which the lower side of the working piston housing space is designed together with the crank as a charging pump, or those in which a special charging pump is provided; however, this has various disadvantages.
If the lower side of the piston is used as the charge pump in connection with the crankcase, so much oil must be mixed with the fuel that the bearings of the crank drive as well as the piston are sufficiently lubricated with this mixture. To do this, however, much more oil has to be mixed in than a four-stroke engine, for example, normally consumes.
For two-stroke engines with a special charging pump, several additional components are required.
These disadvantages are avoided in the embodiment of the two-stroke engine according to the invention, described below with reference to the drawing, with gas outlet controlled independently of the working piston.
The invention is based on the idea of using the working piston at the same time as the piston of the charge pump, the displacement of the charge pump housing space being completed during almost the entire piston movement against the crank.
In the drawing, Fig.1 shows a two-stroke engine in vertical section along the line AB in Fig.4, Fig. 2 is a vertical section along the line CD in Fig. 4, Fig. 3 is a vertical partial section along the line EF in Fig. 4 and FIG. 4 shows a horizontal section along the line GH in FIG. 1.
The drawn two-stroke engine has a crankcase 1 with an attachment 2, which has the cylinder 3 with the outlet at the top 4 for the combustion gases. A poppet valve 5 controlling this outlet can be actuated via a rocker arm 6, a control rod 7 and a camshaft 8 with two diametrically opposite cams. The camshaft 8 mounted in a laterally projecting part of the crankcase 1 is in drive connection with the crankshaft 9 in such a way that it rotates in the same direction of rotation, but only at half the speed as the crankshaft 9, when the engine is operated.
The lower part of the cylinder 3 is surrounded by a coaxial, annular space 10, which serves to accommodate the entire amount of gas mixture corresponding to a work stroke. The mixture chamber 10 is periodically connected to a carburetor 13 attached to the crankcase 1 through a slot 12 in the camshaft 8, which serves as a control element for the mixture inlet 11. The interior of the cylinder 3 and the mixture rail 10 are separated from the interior of the crankcase 1 by a stuffing box 14 designed as a cylinder base.
In the area of the upper part of the mixture space 10, overflow openings 15 (Fug. 1 and 4) are provided in the cylinder wall evenly distributed over its circumference, while in the area of the lower part of the mixture space 10 correspondingly arranged auxiliary openings 16 (Fug. 2) are attached in the cylinder wall. The mixture chamber 10 is connected to the interior of the cylinder 3 by a transverse channel 17 at the top.
The axis of the transverse channel 17 opening into the cylinder space above the overflow openings 15 is directed obliquely upwards against a spark plug 18 (FIG. 2) which is arranged on the upper part of the cylinder 3, opposite the channel 17.
At the lower end of the piston rod 19, which is axially displaceably guided in the stuffing box 14 (cylinder bottom), a vertical section T-shaped passage 20 is seen in front of the upper dead point position of the piston 21 opens into the intake chamber at the top and the crankcase chamber at the bottom.
The mode of operation of the two-stroke engine described is also as follows: Assume that the piston 21 moves upwards from its bottom dead center position according to FIG. 1, the poppet valve 5 is closed and the gas mixture to be compressed is located in the cylinder space above the piston 21. In the course of the compression stroke, the piston 21 initially closes the overflow openings 15 and then the transverse channel 17, whereby the connection between the mixture chamber 10 and the interior of the working cylinder 3 is interrupted.
While the piston 21 compresses the gases in the corresponding space of the working cylinder 3, the underpressure created on the underside of the piston means that the carburetor 13 flows through the slot 12 of the camshaft 8 in the open position into the mixture space <B> 1.0 < / B> and sucked through the openings 15, 16 into the cargo space on the lower piston side.
Shortly before the upper dead position of the piston, the passage 20 establishes the connection with the crankcase, so that from this point onwards a very small amount of oil mist, which can be regulated by the position and the size of the passage 20, is still to be sucked in fresh mixture is sucked. Through the stuffing box 14 (cylinder bottom), the seal between the said loading rauin and the crankcase is guaranteed.
When the gases are compressed with the oil mists, part of the oil contained in the oil mists is deposited on the floor and on the walls of the intake space, while another part is deposited when the overflow openings are opened when the fluid flows over from the intake space into the work space , knock down on the wall of the working cylinder. Since the oil mist is only added to the fuel-air mixture at the end of the intake stroke, they are only contained in a small amount of mixture and the oil contained in the oil mist can easily be deposited again.
The specified type of oil mist supply is only an example; the supply of the same can also take place through a bore controlled by the control element of the motor.
Since the working piston works without side pressure, its oil requirement is less than that of a four-stroke engine piston.
Shortly before the piston comes into its upper dead position, the compressed mixture is ignited (as usual) by the spark plug 18.
After the piston has come to its upper dead position, it is driven downwards by the pressure increase resulting from the combustion. When the piston goes down, the mixture inlet 11 is closed off from the space 10 by the control element 8 by closing the slot 12. The fresh mixture sucked in is now compressed in your room 10.
If the combustion gases are sufficiently relaxed in the working area of the cylinder, the outlet valve 5 is opened and the burnt gases can escape through this into the outlet 4. Shortly afterwards, the piston opens the transverse channel 17 directed towards the spark plug. The pressure under which the mixture is in the chamber 10 flows. then a thin stream of the fresh mixture to spark plug 18.
The piston then opens the overflow slots 15, whereupon the fresh mixture flows evenly all around from the space 10 into the working space of the cylinder, fills it from bottom to top and drfiects an amount of the burned gases corresponding to the fresh charge into the outlet channel 1 . If the pressure equalization between the space 10 and the work space has taken place, there is. the cam of the shaft 8 in the working position releases the outlet valve 5, which is closed by the spring 22.
The piston moving upwards then first closes the overflow slots 15 and then the transverse channel 17. The work cycle starts again, etc.
A backflow of the mixture through the transverse channel 17 is not to be feared, as there is still an after-flow due to the flow energy of the gases (proof here is that the inlet valves of high-speed internal combustion engines are not at the bottom dead center of the piston, but only 30 to 60 degrees later getting closed).
The motor described can either be cooled, as is assumed in the drawing, by means of cooling liquid or, as is known, by air, with attached cooling fins being used.
Because with the short piston used, the lower piston crown side is effectively coated during compression by the fresh mixture and the upper piston crown side is effectively coated during the overflow from space 10 into the working chamber, satisfactory work is also possible with larger piston diameters.
Receives through the transverse channel 17. the ignition cores are supplied with a sufficient amount of fresh mixture with each work cycle so that the engine works regularly even when idling.
Since the engine works with fuel without the addition of lubricating oil and the oil required for piston lubrication is taken from the crankcase, as in a four-stroke engine, lubricating oil is saved compared to a two-stroke engine working with a fuel-oil mixture and the exhaust is smokeless.
Since the pumping work for the fresh mixture in the engine described does not go through the bearings for the most part, but is taken directly from the piston, i.e. the bearings are relieved, friction work is saved compared to a two-stroke engine with a separate charge pump, and, as explained above, even larger flasks can still be adequately cooled.
The engine's lubricating oil temperature is lower than that of engines in which the lubricating oil comes into contact with the inner surface of the piston, which has a positive effect on the wear and tear of the parts working together (as this also reduces the contamination of the oil).
By sucking the oil mist out of the crankcase, the engine is more oil-tight because there is a slight negative pressure in the crankcase. To generate the negative pressure, the crankcase space is closed from the outside air and the negative pressure is regulated by any leakage in the crankcase space and by an air nozzle.
Engines of the type described can also be operated according to the diesel process by the arrangement of a prechamber and a crude oil injection pump.