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Nach dem Otto -Verfahren mit hoher Verdichtung und Selbstzündung arbeitende
Zweitakt-Brennkraftmaschine Der thermische Wirkungsgrad einer Brennkraftmasch.ine
ist um so höher, je größer die Vorverdichtung der Verbrennungsluft bzw. des Brennstoff-Verbrennungsluft-Gemisches
getrieben wird. Bei gleichem Verdichtungsdruck ist außerdem der thermische Wirkungsgrad
bei einer Brennkraftmaschine, die nach dem Otto-Verfahren (Verpuffung) arbeitet,
höher als bei einer Maschine, die nach dem Diesel-Prinzip (Gleichdruckverbrennung)
arbeitet.
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Es sind schon viele Versuchsarbeiten durchgeführt worden, um durch
Höhertreiben der Verdichtung eine Wirkungsgradverbesserung bei Brennkraftmaschinen
zu erreichen. Bisher hat man dies mir bei nach dem Diesel-Prinzip arbeitenden. Maschinen
mit Kurbeltriebwerk versucht, da bei Maschinen, die mit sehr hoher Vorverdichtung
nach dem Otto-Verfahren arbeiten., unbeherrschbar hohe Lagerdrücke besonders in
den Pleuellagern auftreten, wodurch der mechanische Wirkungsgrad verschlechtert
wird.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Erhöhung des thermischen
Wirkungsgrades von Zweitakt-Bren,nkraftmaschinen zu .erreichen, die nach dem Otto-Verfahren
mit hoher Verdichtung und Selbstzündung arbeiten.
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Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe besteht darin, daß zur
Erzielung einer hohen Vorverdich.tung des Brennstoff-Luft-Gemisches mittels der
kinetischen Energie frei fliegend angeordneter Motorkolben. Freiflugkolben verwendet
sind, deren kraftschlüssige Kupplung mit dem Triebwerk in an sich bekannter Weise
nur im Augenblick der Kolbenumkehr aufgehoben ist, und daß, wie ebenfalls an, sich
bekannt, der Brennstoff in die Motorzylinder während des Verdichtungshubes eingespritzt
wird.
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Die an sich bekannte Einspritzung während des Verdichtungshubes hat
bei mit hoher Vorverdichtung arbeitenden Maschinen gegenüber Dieselmaschinen, bei
denen der Brennstoff im oberen Totpunkt eingespritzt wird, den weiteren Vorteil,
daß der Reaktionsablauf der Verbrennung in die Gasphase verlegt wird. Der gesamte
Brennstoff ist also bei der Verbrennung vergast, was bei einer Dieselverbrennung
sehr schwer zu erreichen ist, da die zur Verfügung stehende Zeit, besonders bei
schnelläufigen Maschinen, sehr kurz ist.
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In den Fig. 1 bis 6 ist ein Ausfüh,rungsbeispie.l dargestellt. Die
gewählte Motorausführung ist mit vier Kolben ausgerüstet, wobei jeweils zwei Kolben
gegenläufig arbeiten.
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Fig. 1 stellt schematisch die Anordnung der Kolben in den Zylindern
dar; Fig. 2 veranschaulicht die Vorderansicht des Brennkraftmaschin;en!aggregates
; Fig. 3 zeigt einen Längsschnitt dieses Aggregates entlang der Linie .-1-B in Fig.
2: aus Fib. 4 ist ein, dazu senkrechter Schnitt entlang der Linie C-D in Fig. 2
zu erkennen; in Fig. 5 ist ein Querschnitt entlang der Linie E-F in Fig. 3 veranschaulicht;
Fig. 6 stellt einen weiteren Querschnitt entlang der Linie G-H in Fig. 3 dar.
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In den: Zeichnungen sind mit 1 und 2 die in ,den Zylindern 3 und 4
gleitenden oberen Kolben und mit 5 und 6 die in den Zylindern 7 und 8 gleitenden
unteren Kolben bezeichnet. Die Zylinder 3 und 7 und .die Zylinder 4 und 8 bilden
zusammen. jeweils ein verripptes Guß'stück. Die Zylinderköpfe 10'5 und 106 schließen
die vorgenannten- Zylinder ab.
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Die beiden oberen Kolben 1 und 2 stehen über Druckfedern 9, 10 und
Druckstücke 11, 12 mit den auf den Exzentern 13, 14 der Exzenterwelle gelagerten
Laufringen 15, 16 in kraftschlüssiger Verbindung. Die Kolben 1 und 5 bzw. 2 und
6 haben über in Nuten 22, 24 bzw. 23, 25 eingreifende Gleitkörper 18, 20 bzw. 19,
21 Kraftschluß mit den Schwinghebeln 26 und 27, deren: Lagerzapfen 28 und 29 mittels
Nadellagern 30 und 31 im Motorgehäuse 32 einseitig gelagert sind.
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Die Schwinghebel 26 und 27 sind mit verzahnten Fortsätzen 33
und 34 ausgerüstet, die - wie die Fig. 6 erkennen läßt- miteinander in Eingriff
stehen. Die Fortsätze 35 und 36 dienen zum Massenausgleich. Die Schwinghebel weisen
auf der von den Zylindern abgekehrten Seite eine durchgehende Nut 37 bzw. 38 auf,
in die mittels Gleitkörper 39 und 40 die in dem schwenkbaren Joch 41 auf den Kugellagern
42, 43 und 44, 45 gelagerten Schwingkurbeln 46 und 47 derart eingreifen, daß bei
Verschwenk en des Joches 41 eine Vergrößerung oder Verkleinerung der wirksamen Hebelarmlänge
erreicht werden kann.
Die Zapfen 48 und 49 der Schwingku.rheln sind
mit den Flanschen 50 und 51 fest verbunden. In einer Aussparung 52 bzw. 53 dieser
Flansche liegen die Enden der Federbandkupplungen 54 und 55, die, jeweils um 180
versetzt, das von den Kolben aufgenommene Drehmoment auf die Trommeln 56 und 57
übertragen. Die letzteren stehen über Zahnräder 58 und 59 mit dem Abtriebszahnrad
60 und der Abtriebswelle 61 in Verbindung. Die Verschwenkung des Jochs 41 erfolgt
mittels einer Schneckenspindel 62, die in eine auf dem Joch 41 befestigte Verzahnung
63 eingreift, und durch eine Zahnstange 64, welche hydraulisch über die Verzahnung
65 verschoben wird.
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Der Abtrieb geht von der Welle 61 über eine Sicherheitskupplung 66
und ein Antriebskegelrad 67, welches zwei Tellerräder 68 für Vorwärtsfahrt und 69
für Rückwärtsfahrt antreibt. Die letzteren können durch eine Schaltklaue 70 ein-
und ausgeschaltet werden. Die Tellerräder treiben das Differentialgehäuse 71 an,
in welchem das Differential 72 untergebracht ist. Von hier aus erfolgt in bekannter
Weise der Antrieb der Fahrzeugräder.
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Die Exzenterwelle 17, die unabhängig von dem ständig in Abhängigkeit
von der Last seine Drehzahl wechselnden Abtrieb mit annähernd gleicher Drehzahl
umläuft, treibt über die Zahnräder 73, 74 und die Welle 75 die als Schwungrad ausgebildete
Licht- und Anlaßmaschine 76 an. Auf der Welle 75 ist auch der als Flachschieber
ausgebildete Einlaßdrehschieber 77 angeordnet, durch den der Einlaß des Frischgases
in die Zylinder gesteuert wird. Zur Abdichtung werden die Druckstücke 80 und 81
durch Federn 78 und 79 an den Drehschieber gedrückt, von wo aus das Frischgas über
die Einlaßkanäle 82 und 83 .in die Motorzylinder gelangt.
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Auf dem rotierenden Gehäuse der Lichtanlaßmaschine 76 ist der Kühllüfter
84 angebracht, der durch die Öffnung 85 Luft ansaugt und sie zum Kühlen der Zylinder
durch Kanäle 86 und 87 an die Kühlrippen der Motorzylinder heranführt.
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Das Zahnrad 74 auf der Welle 75 steht über das Zahnrad 88 mit der
Welle 93 in Verbindung, die auf der vorderen Stirnseite das Ladegebläse 9'4 und
auf der rückwärtigen Stirnseite das Radialturbinenrad 95 trägt. Das Zahnrad 88 treibt
die Zahnradpumpe 89, die Druckpumpe 90 für den Schmierkreislauf und die Druckpumpe
91 für die Betätigung an.
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Das Ladegebläse saugt über den durch die Drosselklappe 96 gesteuerten
Ansaugkanal 97 Luft an und drückt die Ladeluft über die Kanäle 98 und. 99 zum Drehschieber
77. Die Abgasturbine steht mit den Ausiaßschlitzen 100 und 101 über die tangential
in das Gehäuse 102 der Turbine einmündenden Kanäle 103 und 104 in Verbindung. Mit
dem Bezugszeichen 107 sind die Einspritzdüsen für den Brennstoff bezeichnet.
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Nachstehend soll noch die Funktion des Ausführungsbeispiels erläutert
werden. Die mit der Exzenterwelle 17 starr verbundenen Exzenter 13 und 14 drehen
sich entgegen dem Uhrzei.gersinn. Fig.6 läßt erkennen:, daß die Kolben 1 und 2 verdichten,
während die über die Schwinghebel 26 und 27 mit den Kolben 1 und 2 starr verbundenen
Kolben 5 und 6 Arbeit leisten. Sobald die Oberkanten dieser Kolben die Auslaßschlitze
erreicht haben, dringen die Abgase aus den Auslaßschlitzen100 und 101 über die Kanäle
103 und 104 in das Turbinengehäuse 102 und treiben die Abgasturbirve 95 an (vgl.
Fig.5). Erst in der Nähe des unteren Totpunktes, wenn der Druck in den Zylindern
entsprechenid abgesunken ist, öffnet der Drehschieber 77 (vgl. Fig. 4) den Einlaß.
Die vom Ladegebläse 94 (vgl. Fig.3) vorverdichtete Verbrennungsluft kann nunmehr
über die Einlaßkanäle 82 und 83 (vgl. Fig. 4) in die Zylinder eindringen.
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Das Einspritzen des Brennstoffes erfolgt während des Verdichtungshubes.
Es besteht somit genügend Zeit, daß der Brennstoff bis zum Zündpunkt vergast ist
und sich mit der Verbrennungsluft vermischt -hat. Wenn die Kolben 5 und 6 das Gemisch
so hoch verdichtet haben, daß eintritt, kehren diese Kolben ihre Bewegungsrichtung
um, und es beginnt ein neuer Arbeitstakt. Dasselbe spielt sich um 180° versetzt
in den Zylindern 3 und 4 ab. Die Arbeitskolben 1 und 2 stehen mit der Exzentierwelle
über Federn 9 und 10 in elastischer Verbindung. Mit den Schwinghebeln 26 und 27
sind sie jedoch starr gekuppelt. Da die Federbandkupplung 54 (vgl. Fig. 4) linksgewickelt
und die Federban@dkupplung 55 rechtsgewickelt ist, überträgt der Schwinghebel 26
das Drehmoment über die Schwingkurbel 46 im Uh@rzeigersinn, der Schwinghebel 27
das Drehmoment über die Schwingkurbel 47 dagegen .entgegen dem Uhrzeigersinn auf
die Trommel 56 bzw. 57. Dadurch ist ein nur im Augenblick der Kolbenumkehr unterbrochener
Kraftschluß zwischen Kolben und Abtriebswelle gewährleistet.