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Zweitakt-Brennkraftmaschinen mit Kurbelgehäusepumpe Die Erfindung
hat den Zweck der Verbesserung des Betriebsverhaltens, insbesondere des Drehmoments,
bei Zweitakt-Brennkraftmaschinen mit Kurbelgehäusepumpen und bezieht sich darauf,
die Energie der zurückgeschobenen Ladung der Kurbelgehäusepumpen für eine aktive
Ladungsverstärkung zu verwenden.
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Das Rückschieben von Ladung aus der Kurbelgehäuseptimpe entgegen der
Ansaugrichtung wird bei kolbengesteuerten Saugschlitzen auf dem Wege vom oberen
Totpunkt des Kolbens bis zum Schlitzabschluß bewirkt und ist am stärksten im unteren
Drehzahlbereich.
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Bekannt sind verschiedene Maßnahmen der Strömungsbeeinflussung der
Ansaugluft, die jedoch - in Ansaugrichtung gesehen - vor dem Vergaser
liegen und in Verbindung mit Luftfiltern und Geräuschdämpfern Kombinationen mit
diesen darstellen. Ein wirksamer Einfluß auf das Rückschieben von Ladung aus der
Kurbelgehäusepumpe tritt aber durch derartige Vorkehrungen nicht ein, da das Rückschieben
der Ladung nicht an der ursächlichen Stelle beeinflußt wird.
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Es sind weiterhin verschiedene Maßnahmen bekannt, die die Leistung
der Kurbelgehäusepumpe für Zweitakt-Brennkraftmaschinen beeinflussen und das Rückschieben
von angesaugter Ladung durch die Ansaugschlitze der Kurbelgehäusepumpe verhindern
sollen.
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Es wurden mit dem Hauptpumpenraum in Verbindung stehende Nebenptimpenräume
vorgeschlagen, die dauernd miteinander in Verbindung stehen, mit diesen veränderlich
verbunden oder abschaltbar sind.
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Bekannt ist ferner eine düsenförmige Gestaltung des Ansa,ugqnersc.hnitts
am Kurbelgehäusepumpeneinlaß mit geringerem Widerstand in Ansaugrichtung als umgekehrt.
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Schließlich sind bekannt die Verwendung von Membranklappen, die Veränderbarkeit
der Höhe des Ansaugschlitzes sowie die Verwendung eines Rückschlagventils oder anderer
ähnlicher mechanischer Stenermittel für den Kurbelgehäusepumpeneinlaß.
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Diese Merkmale bedeuten sämtlich einen zusätzlichen, ziemlich hohen
Bauaufwand und teilweise einen komplizierten störanfälligen Mechanismus. Die Anordnung
zusätzlicher mechanischer Steuerorgane el bedeutet vor allem aber eine Abkehr vom
Prinzip des kolbengesteuerten Saugschlitzes der einfachen Bauart der Zweitaktmotoren
mit KurbeIgehäusepumpen.
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Grundgedanke der Erfindung ist die Nutzbarmachung der aus dem kolbengesteuerten
Saugschlitz: der Kurbelgehäusepumpe rückgeschohenen erheblichen Ladungsenergien
zur Verbesserung der Füllung der Kurbelgehäusepumpe. Hierbei waren Ventil-, Meinbransteuerungen
od. dgl. auszuschalten und war davon auszugehen, daß die heute gebräuchlichen hohen
Drehzahlen auch entsprechend hohe Schlitze zur ausreichenden Füllung der Kurbelgehäusepumpen
bedingen.
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Gebräuchliche Baumuster von Zweitaktmotoren besitzen Abmessungen der
Höhe der Satigschlitze, die etwa ein Drittel des Kolbenhubes betragen. Daraus ergibt
sich auuch, welche Bedeutung die rückgeschobenen Gasmengen für Qualität und Quantität
der Gemischbildung, für Füllung und Leistung und damit für das gesamte Betriebsverhalten
haben. Hierbei brauchen für die hohen Drehzahlen - keine besonderen Vorkehrungen
vorgesehen zu werden, da bei diesen das Rückschieben durch die Massenträgheit der
Gase überdeckt bzw. unterdrüc kt wird.
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Die neue erfindungsgemäße Lösung besteht darin, dieLadungsenergie
des ans einerKurbelgehäusepumpe rückge-Schobenen Gasvolumens für die Ladungsverstärkung
kontinuierlich auszunutzen und so, nutzbringend zu verwenden, indem das vor dem
Zusteuern des Saugschlitzes zurückgeschobene Gas in einen Rückströrnkanal eintritt,
der tangential in einen ringförmigen Aufnehmer mündet, von dessen Ringraum tangential
ein weiterer, mit der Ansaugleitung in Verbindung stehender Einströmkanal zu dem
Saugschlitz zurückführt, so daß die beim Rückschieben ausgestoßene Gasmenge mit
'Ph - asenverschiebung unter Vermischung mit Frischgas zum Saugschlitz zurückkehrt.
Die rückgeschobenen Ladungsenergien gleichen damit nachträglich die zunächst verursachte
schlechte Füllung wieder aus.
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Die Ladungsverstarkung kann dabei entweder der gleichen Kurbelgehäusepumpe
zugeführt werden, deren rückgeschobener Energieladung sie entstammt, oder einer
anderen Pumpe oder schließlich auch mehreren, unter welchen sich die vefÜrs"achende
Pumpe befinden kann. Es bestehen auch die- Möglichkeiten einer paar
weisen
gegenseitigen Ladungsverstärkung, wie die einer Reihen- oder ähnlichen Schaltung.
Schließlich besteht noch die Möglichkeit des Fortfalls jeglicher besonderen Zuordnung.
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Für die Wiederverwendung der rückgeschobenen Ladung sieht die Erfindung
vor, daß die Ladungsenergie der rückgeschobenen Gasvolumina nach Verlassen der Kurbelgehäusepumpe
bis zum Wiedereintritt in die Kurbelgehäusepumpe im wesentlichen erhalten bleibt.
Dies ist vor allem wichtig bei den verschiedenen Kombinationen für die Zuordnung
der Ladungsenergie bei mehreren Kurbelgehäusepumpen. Aber auch bei der Verwendung
der rückgeschoheenen Ladungsenergie bei der gleichen Kurbelgehäusepumpe, aus der
sie entstammt, ist dieser Gesichtspunkt wichtig. Es ist nämlich dabei auch möglich,
bei bestimmter räumlicher Gestaltung den Grad der in der Kurbelgehäusepumpe enthaltenen
Restladung noch beim gleichen Hub der Kurbelgehäusepumpe zu steigern und damit die
Ladungsverstärkung der gleichen Kurbelgehä,usepumpe zu bewirken.
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Zur Erhaltung der Ladungsenergie ist ferner vorgesehen, daß geringstmögliche
Widerstände vom Beginn des Rückschiebens aus der Kurbelgehäusepumpe an bis zur Beendigung
der Strömung in umgekehrter Richtung einschließlich der Vereinigung mit den aus
der Vergaserleitung kommenden Frischgasen geschaffen werden.
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Zur Durchführung dieser Gedanken sieht die Erfindung verschiedene
Maßnahmen vor, insbesondere die Gabelung der Leitung in getrennte Wege für die räckgeschobene
Ladung aus der Kurbelgehäusepumpe einerseits und dieLeitungsführung inentgegengesetzter
Richtung andererseits sowie für die Wiedervereinigung der Leitungen.
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Für die Erhaltung und Verstärkung der Ladungsenergien können auch
die rückgeschobenen Gasvolumina bei ihrer Verwendung in an sich bekannter Weise
nach Art einer Strahlpunipe einwirken. Auch eine dieser ähnliche Führung und Gestaltung
der Leitungsquerschnitte für den Leitungsweg der rückgeschobenen Gasvolumina dient
diesem Zweck.
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Ein derartiger Querschnittsverlauf liegt auch im Interesse der Erhaltung
des Brennstoff-Luft-Gemisches hinsichtlich seiner qualitativen Gernischaufbereitung.
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An Hand der Zeichnungen sollen einige Beispiele -und die Wirkungsweise
dargestellt werden. Diese Beispiele stellen nur einen Teil der möglichen Ausführungen
dar.
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Abb. 1 zeigt eine einfache Ausführung mit einem ringförmigen
Umlaufraum an einer Zweitakt-Brennkraftmaschine mit Kurbelgehäusepumpe
1. Bei dieser strömt bei der Steuerung des Saugschlitzes 2 durch den Arbeitskolben
das rückgeschobene Gas über einen Rückströrnkanal 3 tangential in einen ringförmigen
Umlaufraum 4. In diesem wird das rückgeschobene Gas in der Kreisbahnrichtung
5 über 180' umgelenkt und durch einen weiteren, vom Ringraum in etwa
tangentialer Richtung wegführenden Einströmkana,1 8
wieder in den Saugschlitz
2 zurückgeleitet.
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Durch die tangentiale Verbindung beider Kanäle mit dem ringförinigen
Urnlaufraum einerseits und die gemeinsame Verbindung am Saugschlitz 2 andererseits
entsteht eine etwa spitzwinklige Gabelung beider Wege für die gegenläufigen Gasströme.
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Die Zuführung von Frischgas beim Ansaugvorgang und die Vereinigung
mit dem im ringförmigen Umlaufraum befindlichen. rückgeschobenen Gas erfolgt durch
die Anordnung der Ansaugleitung 6 in ebenfalls wiederum in zur Kreisbahnrichtung
5 liegender tange.ntia.ler Richtung.
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Die Ansaugleitung 6 ist bei Beginn ihrer Einmündung in den
ringfärmigen Aufnehmer etwa rechtwinklig gegenüber dem Rückströmkanal
3 angeordnet.
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Die Ausführung nach Abb. 1 bewirkt ferner, daß nach Abschluß
des kolbengesteuerten Saugschlitzes 2 eine kreisende Fortbewegung der rückgeschobenen
Gase in der Kreisbahnrichtung 5 unter Mitnahme von Teilen von Frischgas
7 erfolgt.
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Abb. 2 zeigt eine ähnliche Ausführung eines ringförmigen Urnlaufraumes,
jedoch mit zentraler Frischgaszufuhr. Auch bei dieser Anordnung strömt bei der Steuerung
des Saugschlitzes 2 durch den Arbeitskolben das rückgeschobene Gas über einen Rückströmkanal
3 in den ringförmigen Umlaufraum 4. In diesem wird ebenfalls das Gas in der
Kreisbalinrichtung 5
über 180' umgelenkt und durch einen weiteren,
vom Ringraum in etwa tangentialer Richtung wegführenden Einströmkanal
8 wieder in den Saugschlitz, zurückgeleitet. Die Ansaugleitung
6 ist mit dem axialen Stutzen 9 verbunden, der einen Austrittsschlitz
10 besitzt. Durch diesen gelangt das Frischgas 7 beim Ansaugvorgang
in Richtung11 über den Einströrakanal 8
in den Saugschlitz 2. Auf dem Wege
dahin vereinigt sich das Frischgas 7 mit dem sich auf der Kreisbahnrichtung
5 bewegenden rückgeschobenen Gas.
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Vorzugsweise liegt der Austrittsschlitz 10 zum Einströmkanal
8 hin offen, bleibt jedoch gegenüber dem Rückströrnkanal 3 weitgehend
abgedeckt.
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Nach dem Zusteuern des Saugschlitzes 2 durch den Kolben setzt sich
die kreisende Fortbewegung des rückgeschobenen Gases wiederum in der Kreisbahnrichtung
5 unter Mitnahme von Teilen von Frischgas 7
f Ort.
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In Abb. 3 wird eine Ausführung mit einer Umlenkleitung gezeigt.
Wie sich aus der Darstellung ergibt, wird das vor dem Zusteuern des Saugschlitzes
2 rückgeschobene Gas aus dem Rückströmkanal 3 in die sich anschließende Umlenkleitung
12 geleitet.
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In der Umlenkleitung 12 wird das rückgeschobene Gas auf der Umlenkbahnrichtung
13 über 180' umgelenkt und ebenfalls in etwa tangentialer Richtung
über den Einströmkanal 8 in den Saugschlitz 2 zurückgeführt. Die Ansaugleitung
6 ist sowohl mit der Umlenkleitung 12 wie auch mit dem Einströmkanal
8 in tangentialer Richtung verbunden.
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Die Erfindung betrifft sämtliche Zweitakt-Brennkraftmaschinen mit
Kurbelgehäusepumpen, also sowohl Motoren mit Gemisch wie solche mit Gas- und mit
Luftverdichtung.
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Nachdem bei der Beherrschung der Gaswechselvorgänge in den Überström-
und Auslaßkanälen und der Gestaltung des Verbrennungsraumes in der Erreichung hoher
Leistungen in letzter Zeit wesentliche Fortschritte erzielt worden sind, werden
an die Elastizität und Laufeigenschaften der Zweitakt-Brennkraftmaschinen durch
ihre zunehmende Verbreitung, insbesondere im Straßenverkehr, immer höhere Anforde#-rungen
gestellt.
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Die Bedeutung der vorliegenden Erfindung liegt in der weitgehenden
Beseitigung der erheblichen Beanstandungen, welche das Betri#ebsverhalten derartiger
Maschinen im unteren Drehzahlbereich, insbesondere ein ungenügendes Drehmoment und
einen aussetzreichen Leerlauf, bisher trotz aller Verbesserungsvorschläge hervorrief.
Mit der erfindungsgemäßen Sicherstellung ausreichender Füllung der Kurbelgehäusepumpe
entfallen diese Fehler. Dabei ist zu beachten, daß das Anwendungsgebiet in keiner
Weise an bestimmte
Werte, Größen, Zylinderzahlen u. dgl. gebunden
ist, sondern - vom Einzylinder beginnend - bei jeder Motorengattung
und -type in Frage kommt.
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Die Verwendung des an sich einfachen, billigen und zuverlässigen schlitzgesteuerten
Zweitaktmotors wird durch die Erfindung unter Beibehaltung seiner gesamten Vorzüge
wesentlich gefördert. Vor allem werden durch die Ladungsverbesserung der aussetzerreiche,
unruhige Leerlauf und damit hohe Leerlaufdrebzahlen vermieden, das schwache Drehmoment
im unteren und mittleren Drehzahlbereich sowie Laufruhe und Elastizität des Zweitaktmotors
mit Kurbelgehäusepumpe verbessert, d. h. Vorzüge, die bisher ausgesprochene
Kennzeichen der Viertaktmotoren waren.
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Die Verwertung der erfindungsgemäßen Lösung ist ohne Änderung grundsätzlicher
Bauteile an allen ein-und mehrzylindrigen Motorentypen mit Kurbelgehäusepumpen,
auch bei nachträglichem Einbau, möglich.
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Darüber hinaus eignet sich die vorgeschlagene Maßnahme aber auch zur
Abstellung des Rückstaues vor den schließenden Einlaßventilen bei ventilgesteuerten
Zwei- und Viertakt-Brennkraftmaschinen.