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Schlitzgesteuerte Zweitaktbrennkraftmaschine Die Erfindung bezieht
sich auf schlitzgesteuerte Zweitaktbrennkraftmaschinen und richtet sich insbesondere
auf eine verbesserte Einrichtung zu deren Spülung und Füllung.
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Bei solchen Brennkraftmaschinen sind in den Zylinderwandungen Auspuff-
und Einlaßschlitze für die Spülung vorgesehen, die bei der Abwärtsbewegung des Kolbens
während des Verbrennungshubes freigegeben werden. Der Ausdruck Spülluft dient in
der vorliegenden Beschreibung auch zur Bezeichnung des in die Zylinder von Vergasermaschinen
eingeführten Brennstoff-Luft-Gemisches.
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Bei manchen Maschinen ist der Kolbenboden konkav, und die Einlaßschlitze
und die zu ihnen führenden Leitungen sind so ausgebildet, daß die Spülluft nach
unten in den schalenförtnigen Boden des Kolbens und nach rückwärts von dem Auspuffschlitz
abgeleitet wird. Die Spülluft wird dann durch den hinteren Teil der Kolbenfläche
nach oben abgelenkt und bewegt sich längs der hinteren Wandung des Zylinders zum
Zylinderkopf, wobei sie gleichzeitig die Auspuffgase durch den Auspuffschlitz verdrängt.
Bei solchen Maschinen sind mitunter mehrere Auspuff- und Einlaßschlitze vorgesehen,
die alle auf die hintere Wandung des Zylinders gerichtet sind.
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Bei offenen Einlaßschlitzen nimmt der Druck im Zylinder sehr rasch
ab, so daß in den Auspuffschlitzen hinter den austretenden Auspuffgasen vorübergehend
ein Unterdruck entsteht. Dadurch besteht bei allen Zweitaktmaschinen die Gefahr,
daß infolge dieses Unterdruckes etwas von der durch die Einlaßschlitze frisch zugeführten
Spülluft verlorengeht. Man hat deshalb die Auspuffsysteme solcher Maschinen allgemein
so konstruiert, daß dieser Verlust durch Unterdrückung oder Verminderung der Unterdruckwelle
herabgesetzt wird. Bei richtiger Ausnutzung unterstützt jedoch dieser vorübergehende
Unterdruck das vollständige Ausspülen der Auspuffgase, ohne daß ein Teil der frisch
zugeführten Luft unmittelbar aus dem Zylinder herausgesaugt wird. Man kann diese
unerwünschte Neigung dadurch verhindern, daß man die eintretenden Gase zwangläufig
nach oben ablenkt. Ziel der Erfindung ist es, die Tendenz, daß am Anfang des Kompressionshubes
die Zylinder nicht ganz gefüllt sind, noch weiter zu vermindern, wobei dies mit
einem Aufbau der Brennkraftmaschine erreicht werden soll, der einfach ist und insbesondere
einfacher als bei den bisherigen Maschinen ausfällt, die mit ähnlichen oder gleichen
Zielen konstruiert wurden.
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Ein weiterer Vorteil von Maschinen, bei denen die kalte eintretende
Spülluft auf den Kolbenboden und auf den hinteren Teil der Zylinderwandung, d. h.
den heißesten Teil des Zylinders gerichtet wird, liegt darin, daß die Wirksamkeit
der Kühlung sehr stark vergrößert wird. Diese vorteilhafte Eigenschaft kann bei
den Maschinen gemäß der Erfindung beibehalten werden.
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Man hat sich schon bemüht, die Spülung des Zylinders, d. h. die Entfernung
der Restgase zu verbessern mittels hierfür vorgesehener Zusatzschlitze, die zunächst
zur Einführung von zumeist vorverdichteter Spülluft dienten. Solche Kompressormaschinen
sind aber nicht nur technisch aufwendig, sie sind auch im Hinblick auf gültige Rennmotorenformeln
unzulässig.
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Gemäß einem anderen der bekannten Vorschläge wird eine Kurbelgehäusepumpe
zum Fördern der Spülluft, die dann in die Zylinder durch die Haupteinlaßschlitze
eingeführt wird, vorgesehen, und es wird Zusatzluft komprimiert, bevor sie durch
einen Vergaser zu später öffnenden Zusatzschlitzen geführt wird. Durch eine solche
Anordnung wird erreicht, daß jeder Frischladungsverlust durch die Auspuffkanäle
lediglich aus Luft besteht und nicht aus Luft-Kraftstoff-Gemisch. Andererseits führen
die Maßnahmen jenes älteren Vorschlages, eine getrennte Komprimierung der Spülkraft
und der für das Luft-Kraftstoff-Gemisch vorgesehenen Luft entweder mit Hilfe eines
getrennten Kolbens oder durch Verwendung eines mit Absätzen versehenen Kolbens zu
erreichen, zu ungünstigen Komplikationen im Maschinenaufbau und demzufolge hohen
Kosten. Dies wird gemäß einem anderen der bekannten Vor-
Schläge,
gemäß dem dem Vergaser ein Teil der Luft aus dem Kurbelgehäuse zugeführt wird, zwar
gemildert, jedoch benötigt dieser Vorschlag eine besondere Ventilanordnung in einer
vom Kurbelgehäuse ausgehenden Leitung und außerdem eine zusätzliche Ventilanordnung
zur Steuerung der Einleitung des Gemisches in den Zylinder, da dieses in der Nähe
des Zylinderkopfes eingeführt werden muß.
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Im Ergebnis wird durch diesen Vorschlag keine Vereinfachung der Gesamtkonstruktion
erreicht, und die Brennkraftmaschine bleibt aufwendig und dadurch wenig leistungsfähig.
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Schließlich ist eine schlitzgesteuerte Brennkraftmaschine vorgeschlagen
worden, bei der zwischen Ein- und Auslaßschlitze über einen Zusatzschlitz während
der Füllung des Zylinderraumes mit Frischgas ein Gastrennschleier aus Abgas gelegt
wird.
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Gemäß diesem Vorschlag öffnet sich ein Zusatzschlitz in einen sonst
geschlossenen Behälter, der zeitweilig mit verbranntem Gas gefüllt ist, wobei das
Gas unter hohem Druck aus dem Zylinder in diesen Raum eindringt und sodann unmittelbar
in den Zylinder eingeleitet wird, sobald der Druck in diesem abfällt. Die in dieser
Weise erfolgende Schaffung eines Gasschleiers aus verbranntem Gas kann dazu beitragen,
den Verlust an Frischas durch den Auspuffschlitz zu verhindern, sie hat jedoch den
Nachteil, daß sie praktisch die vollständige Ausspülung des verbrannten Gases behindert
und dadurch im Ergebnis zu einer Verminderung des Wirkungsgrades führt.
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Die Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, eine schlitzgesteuerte
Brennkraftmaschine anzugeben, in der mittels ausschließlich aus dem Kurbelgehäuse
zugeführter Luft und ohne die Notwendigkeit, komplizierte und kostensteigernde Ventilanordnungen
verwenden zu müssen, eine vollständige Spülung und Füllung des Innenraumes des Zylinders
mit Hilfe von Zusatzschlitzen erreicht wird.
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Die Erfindung betrifft demnach eine schlitzgesteuerte Zweitaktbrennkraftmaschine
mit Kurbelgehäusepumpe, mit wenigstens einem Auslaßschlitz, wenigstens einem Haupteinlaßschlitz,
der über einen Überströmkanal mit dem Kurbelgehäuse in Verbindung steht und wenigstens
einem Zusatzschlitz, den der Kolben nach dem Haupteinlaßschlitz aufsteuert, wodurch
der Zylinderinnenraum mit einem Speicherraum verbunden wird.
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Gemäß dem Grundgedanken der Erfindung wird die obige Aufgabe dadurch
gelöst, daß der Speicherraum über eine Durchbrechung im Kolbenhemd während des Arbeitstaktes
mit dem Kurbelraum in Verbindung steht bevor der Haupteinlaßschlitz aufgesteuert
wird, und daß mittels des Kolbenhemdes diese Verbindung während des Zeitraumes unterbrochen
ist, der vom Aufsteuern des Haupteinlaßschlitzes bis zum Aufsteuern des Zusatzschlitzes
vergeht.
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Im übrigen ist die Erfindung praktisch auf verschiedene Weise zu verwirklichen.
Das gilt zunächst für die Ausbildung des Speicherraumes selbst. Gemäß einer praktischen
Ausführungsform der Erfindung ist der Speicherraum als Durchflußleitung ausgebildet,
deren Auslaß den Zusatzschlitz bildet und deren Einlaß der niedergehende Kolben
abdeckt, bevor er den Haupteinlaßschlitz aufsteuert. Man kann jedoch auch so vorgehen,
daß der Speicherraum ein sonst geschlossener Behälter ist, und der Kolben den die
einzige Öffnung des Speicherraums bildenden Zusatzschlitz abwechselnd in den Zylinderraum
oberhalb des Kolbens und in den Kurbelraum aufsteuert. Dadurch füllt sich der Speicherraum
einmal mit frischem Gemisch, während er beim Aufsteuern in den Zylinderraum dieses
Gemisch abgibt.
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Auch die Anordnung des oder der Zusatzschlitze ist grundsätzlich beliebig.
Gemäß einer praktischen Ausführungsform der Erfindung sind in bekannte Weise ein
Auslaßschlitz, zwei einander gegenüberliegende Haupteinlaßschlitze und zwei jeweils
zwischen einem Haupteinlaßschlitz und dem Auslaßschlitz angebrachte Zusatzschlitze
vorgesehen, und die dem Haupteinlaßschlitz zugeordneten Überströmkanäle sind ebenso
wie die den Zusatzschlitzen zu-Qeordneten Kanäle auf die dem Auslaßschlitz gegenüberliegende
Zylinderwand gerichtet.
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Vorzugsweise ist aus den bereits angegebenen Gründen der Kolbenboden
konkav ausgebildet, und die Spülluft wird durch die Haupteinlaß- und Zusatzschlitze
nach unten auf den unmittelbar dem Auslaßschlitz gegenüberliegenden Teil der Zylinderwandung
gerichtet. Bei konkavem Kolbenboden wählt man zur Vermeidung von Totraum im Zylinder
den Zylinderkopf vorzugsweise konvex. Vorzugsweise wird jedoch der die Zündkerze
oder Brennstoffeinspritzdüse aufnehmende Teil des Zylinderkopfes etwas ausgespart
und erhält dadurch einen kleinen Totraum, der für den Leerlauf der Maschine von
Vorteil ist. -Vorzugsweise liegen alle Schlitze auf einem einzigen Ring um den Zylinder,
wobei die vom Zylinderkopf weiter entfernt liegenden Kanten der Schlitze in einer
gemeinsamen, zur Zylinderachse senkrechten Ebene angeordnet sind.
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Selbstverständlich wird unabhängig davon, ob der Speicherraum als
Durchflußleitung oder als in sich geschlossener Behälter ausgebildet ist, der Speicherraum
während des Abwärtshubes mit vom Kurbelgehäuse unter Druck stehender Luft gefüllt,
bevor der Haupteinlaßschlitz vom Kolben freigegeben wird und in den Brennraum ausmündet,
d. h. bevor der Druck im Kurbelgehäuse abfällt. Während des kurzen Zwischenraumes
zwischen dem Öffnen des Haupteinlaßschlitzes und dem öffnen des Zusatzschlitzes
in dem Brennraum ist aber der Speicherraum vom Inneren des Kurbelgehäuses abgeschlossen.
Der Druckabfall im Kurbelgehäuse infolge der Freigabe des Haupteinlaßschlitzes und
der Einführung der Spülluft in den Zylinder beeinflußt deshalb keinesfalls den Druck
im Speicherraum, und bei öffnung des Zusatzschlitzes wird die Luft im Speicherraum
mit unvermindertem Durck in den Zylinder abgegeben, wo sie infolge ihres vorzugsweisen,
vom Auspuffkanal weggerichteten Momentes Spülluftverluste infolge des vorübergehenden
Unterdruckes verhindert oder wenigstens wesentlich herabsetzt.
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Die Anzahl der Auslaß-, Haupteinlaß- und/oder Zusatzeinlaßkanäle kann
selbstverständlich auch mehr als jeweils eins betragen.
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Die durch die Erfindung erzielbaren technischen Vorteile bestehen
vor allem darin, daß unter Vermeidung jeder Zusatzeinrichtung, wie etwa besonderer
Verdichtungspumpen und Zusatzventile allein unter Benutzung der von der Kurbelgehäusepumpe
gelieferten Spülluft eine restlose Spülung des Zylinders erreicht wird, die zu einer
erheblichen Leistungssteigerung an Zweitaktbrennkraftmaschinen führt. Sie ist insbesondere
wegen der stark vereinfachten
Bauart der Zweitaktbrennkraftmaschinen
gemäß der Erfindung an Brennkraftmaschinen mit vergleichsweise geringen Abmessungen
möglich, wie sie in Rennbooten, Motorrädern od. dgl, eingebaut werden.
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Zwei Ausführungsformen des Erfindungsgegenstandes sollen im folgenden
an Hand der Figuren in den Zeichnungen näher erläutert werden, es zeigt F i g. 1
eine schematische, perspektivische Ansicht eines Zylinders einer erfindungsgemäßen
Zweitaktbrennkraftmaschine mit teilweise aufgebrochener Zylinderwand, F i g. 2 einen
schematisch dargestellten Querschnitt durch den Zylinder in der Höhe der Schlitze,
F i g. 3 einen schematisch gehaltenen senkrechten Schnitt durch den Zylinder und
den Zylinderkopf, F i g. 4 einen senkrechten Schnitt durch eine zweite Ausführungsform
der erfindungsgemäßen schlitzgesteuerten Zweitaktbrennkraftmaschine, F i g. 5 einen
Schnitt längs der Linie V-V der F i g. 4 und F i g. 6 einen Schnitt längs der Linie
VI-VI der F i g. 5, deren linke Hälfte den Kolben der Zweitaktbrennkraftmaschine
am Ende seines Verbrennungshubes und die deren rechte Hälfte den Kolben in einer
Stellung zeigen, die früher erreicht wird.
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In den F i g. 1 bis 3 ist eine schlitzgesteuerte Zweitaktbrennkraftmaschine
mit Kurbelgehäusepumpe dargestellt. In F i g. 1 erkennt man durch die herausgebrochene
Zylinderwand das Innere eines Zylinders 10 einer derartigen Zweitaktbrennkraftmaschine.
Der Zylinder weist einen Zylinderkopf 20 auf. Der gemäß dem Ausführungsbeispiel
konkav ausgebildete Kolbenboden 11 eines Kolbens 21 ist in F i g. 1 in seiner untersten
Stellung gezeichnet. .Zwei Auslaßschlitze 12, zwei einander gegenüberliegende Haupteinlaßschlitze
13 und ein zwischen den Auslaßschlitzen angebrachter Zusatzschlitz 14 sind vorgesehen.
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Die Haupteinlaßschlitze 13 und die diese mit der Außenseite des Zylinders
verbindenden Leitungen 13 a leiten das frische Gemisch nach unten auf den konkaven
Kolbenboden 11 und zurück auf die rückwärtigen Wandungen des Zylinders 10, was durch
Pfeile 15 angedeutet ist.
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Das Gemisch wird dann nach oben gegen die rückwärtige Wandung abgelenkt
und in den oberen Teil des Zylinders gerichtet, was durch die Fortsetzung 15 a der
Pfeile 15 angegeben ist. Der Zusatzschlitz 14 leitet zusätzlich Gemisch nach unten
auf den konkaven Kolbenboden und nach rückwärts auf die rückwärtige Wandung des
Zylinders.
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Die Anordnung der Schlitze in der Zylinderwand ist so gewählt, daß
bei der Abwärtsbewegung des Kolbens im Zuge eines Arbeitshubes zunächst die Auslaßschlitze
12, sodann die Haupteinlaßschlitze 13 und hierauf der Zusatzschlitz 14 geöffnet
werden, wobei vorzugsweise der Zusatzschlitz geöffnet wird, wenn der Auspuffdruck
in den Auslaßschlitzen bzw. in den daran anschließenden Leitungen vorübergehend
zum Unterdruck zu werden beginnt.
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Die Schlitze 12,13 und 14 in der Wandung des Zylinders zeigen
gemäß dem dargestellten Ausführungsbeispiel nach unten auf den konkaven Kolbenboden
11 des Kolbens. Die Auspuffschlitze 12 öffnen sich nach außen in Auslaßleitungen
22. Die Schlitze 13 öffnen sich in die Leitungen 13 a, die selbst wieder in Schlitze
23 im unteren Ende des Zylinders übergehen und das Hemd des Kolbens 21 weist entsprechende
Schlitze 23 a auf, so daß gemäß dem in F i g. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel
die Schlitze 23 mit dem Inneren des Zylinders und des nur teilweise gezeichneten
Kurbelgehäuses 19 in Verbindung stehen, bevor und während die Schlitze 13 geöffnet
sind. De: Schlitz 14 öffnet sich nach außen in einen Kanal 14 a, der wiederum in
einen unteren Schlitz 24 (vgl. F i g. 3) in die Z; linderwandung übergeht. Ein entsprechendes
Fenster 24 a im Kolbenhemd ermöglicht während eines Teiles der Abwärtsbewegung des
Kolbens die Öffnung des Schlitzes 24 ins Innere des Kurbelgehäuses, ist jedoch zwischen
der Freigabe der Schlitze 13 und 1-i geschlossen.
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Die Innenseite des Zylinderkopfes 20 ist außer im ausgesparten Bereich
der Brennstoffeinspritzdüse oder wie bei der Maschine nach F i a. 1 der Zündkerze
25 konvex ausgebildet.
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Die Wirkungsweise der -erfindungsgemäßen Maschine wurde oben bereits
erörtert. Es ist jedoch noch darauf hinzuweisen, daß die kleine, zusätzliche Menge
an Brennstoffgemisch, die in den Zylinder über den Zusatzschlitz 14 eingeführt wird,
offenbar in den konkaven Flächen des Kolbens verbleibt, so daß bei der Aufwärtsbewegung
des Kolbens und bei der Kompression des Gemisches der in unmittelbarer Nachbarschaft
der Brennstoffeinspritzdüse oder Zündkerze befindliche Brennstoff durch nichtausgestoßene
Verbrennungsgasrückstände eines vorhergehenden Arbeitshubes unbeeinflußt bleibt.
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Aus dem schematischen Querschnitt des Zylinders nach F i g. 2 erkennt
man die nach rückwärts gerichteten, an die Haupteinlaßschlitze 13 anschließenden
Kanäle 13 a. F i g. 3 zeigt, daß der Schlitz 14 tiefer liegt als die obere Kante
der Schlitze 13. Aus der Zuordnung des Schlitzes 24 a im Kolbenhemd ergibt -sich,
daß der Kanal 14 a, der den Speicherraum bildet, während des Arbeitstaktes mit dem
Kurbelraum in Verbindung steht, bevor der Haupte; nlaßschlitz 13 aufgesteuert wird,
und daß die Verbindung während des gesamten Zeitraumes unterbrochen ist, der vom
Aufsteuern des Haupteinlaßschlitzes 13 bis zum Aufsteuern des Zusatzschlitzes vergeht.
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Die schlitzgesteuerte Zweitaktbrennkraftmaschine nach den F i g. 4
bis 6 weist einen mit Außenrippen versehenen Zylinderblock 30 auf, an dessen oberem
Ende ein mit Außenrippen versehener Zylinderkopf 31 mit einer Zündkerze 32 befestigt
ist. Der Zylinderblock 30 ist auf einem Kurbelgehäuseblock 33 montiert, in dem in
Lagern 35 eine Kurbelwelle 3=1 umläuft. Auf der Kurbelwelle 34 sitzt das Pleuelstangenkopflager
der Kolbenstange 36, deren anderes Ende im Kolben 37 Gelagert ist, der innerhalb
des im Zylinderblock 30 ausgebildeten Zylinders auf und ab bewegbar ist.
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Ein Auslaßschliiz 38 führt vom Zylinder zu einer Auslaßleitung 39
(F i g. 5). Die Haupteinlaßschlitze 40 in der Zylinderwandung stehen über zwei Kanäle
41 im Zylinderblock und im Kurbelgehäuseblock 33 mit entsprechenden Schlitzen 42
in Verbindung, die ins Innere des Kurbelgehäuses münden. In der Zylinderwandung
sind ferner zwei Zusatzschlitz,-43 vorgesehen, über die der Zylinder mit zwei Behältern
44 (F i g. 5) in Verbindung steht, die im Zylinderblock 30 ausgebildet und an ihren
von den Zusatzschlitzen 43 abgewendeten Enden durch zwei Stopfen 45 verschlossen
sind. Wiederum ist der Kolbenboden
des Kolbens 37 konkav ausgebildet;
und die Behälter 44 und die Leitungen 41 in der Nachbarschaft der Schlitze 40 sind
nach unten gerichtet, so daß die in den Zylinder eintretende Luft auf den Boden
des Kolbens und gemäß F i g. 6 auf den Teil der Zylinderwand gerichtet wird, der
dem Auslaßschlitz 38 gegenüberliegt.
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Im unteren Bereich des Kolbenhemdes sind Schlitze 46 vorgesehen, die
die Schlitze 42 unabgedeckt belassen, auch wenn der Kolben sich in seiner untersten
Stellung befindet. Das Kolbenhemd ist ferner mit zwei Schlitzen 47 versehen, wodurch
während eines Teiles des Kolbenhubes in dem die Haupteinlaßschlitze 40 abgedeckt
sind, die Zusatzschlitze 43 freigegeben Nrerden und die Behälter 44 nicht mit dem
Verbrennungsraum oberhalb des Kolbens, sondern mit dem Inneren des Kurbelgehäuses
unter dem Kolben in Verbindung stehen, was insbesondere aus der rechten Hälfte der
F i g. 6 ersichtlich ist.
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Hebt sich der Kolben 30 aus seiner untersten Stellung, so verschließt
das Kolbenhemd nacheinander die Schlitze 43,40 und 38, wodurch Spülluft bzw. das
Brennstoffluftgemisch innerhalb des Zylinders komprimiert und durch die Zündkerze
32 im richtigen Augenblick gezündet wird. Im Anschluß daran geht der Kolben erneut
nach unten. Während der Aufwärtsbewegung des Kolbens aber wird in bekannter Weise
Luft ins Kurbelgehäuse eingesaugt. Bei der Abwärtsbewegung des Kolbens wird die
Luft hinter dem Kolben und in den Leitungen 41 zusammengedrückt,, und sobald die
Schlitze 47 die Zusatzschlitze 43 erreichen, werden die Behälier 44 ebenfalls mit
komprimierter Luft gefüllt, bevor die Zusatzschlitze 43 erneut abgedeckt und die
Behälter 44 abgeschlossen werden. Im Zuge der weiteren, Abwärtsbewegung des Kolbens
37 wird zuerst wegen seiner höheren Lage der Auslaßschlitz 38 freigegeben, so daß
die verbrannten Gase austreten können. Sodann gibt der Kolben die Haupteinlaßschlitze
40 frei, so daß die in den anschließenden Leitungen und unter dem Zylinder komprimierte
Luft in den Zylinder gelangen und die noch darin befindlichen Restauspuffgase verdrängen
kann.
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Die austretenden verbrannten Gase erzeugen hinter sich einen vorübergehenden
Unterdruck und pflegen dadurch durch den Auslaßschlitz 38 etwas frisches Gemisch
herauszureißen oder selbst wieder zum Teil in den Zylinder zurückzukehren. Der Kolben
wandert jedoch weiter nach unten, und das Kolbenhemd gibt vorzugsweise dann, wenn
der Gasdruck negativ wirkt, die Zusatzschlitze 43 frei; und die im Behälter 44 enthaltene
komprimierte Luft tritt in den Zylinder ein und setzt infolge ihres von den Austrittskanälen
weggerichteten Impulses die Unterdruckwirkung wenigstens wesentlich herab oder beseitigt
sie vollständig. Dadurch wird im Ergebnis ein im wesentlichen vollständiger Austritt
der Auspuffgase und eine gleichmäßige und vollständige neue Füllung des Zylinders
mit frischem Brennstoffluftgemisch ohne Gemischverluste durch den Auspuffkanal erzielt.
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Es ist selbstverständlich, daß, obwohl in beiden Ausführungsbeispielen
die Luft, die in das Kurbelgehäuse hinter den Kolben eingesaugt wird, eine Beimischung
an Brennstoff von einem nicht gezeichneten Vergaser erhält, die Erfindung auch bei
schlitzgesteuerten Zweitaktbrennkraftmaschinen mit Brennstoffeinspritzung anwendbar
ist, und daß die Erfindung sich sowohl für Benzinbrennkraftmaschinen als auch für
Dieselbrennkraftmaschinen eignet.