DE1909057A1 - Zweitaktverbrennungsmotor - Google Patents

Description

PATENTANWÄLTE DR. ING. KARL BOEHMERT * DIPL.-ING. ALBERT BOEH 28 BREMEN . FELDSTRASSE 24 · TEL. (0421) 491760, 442551

Aktenzeichen: Neuanmeldung Name d. Anm.: ' Bernard Hooper

Postscheckkonto: Hamburg 126083 Bankkonto: Bremer Bank, Bremen, Kto. 1001449 Mein Zeichen:

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28 Bremen, den 21. Febr. 1969

Bernard Hooper, Wordsley, Stourbridge, Grafschaft

Worcestershire (Großbritannien)

Zweitaktverbrennungsmotor

Die Erfindung betrifft einen Ein- oder Mehrzylinderzweitaktverbrennungsmotor, dessen Zylinder aus einem Pumpenabschnitt von größerem und einem Arbeitsabschnitt von kleinerem Durchmesser und dessen Kolben aus einem entsprechenden Pumpenteil und Arbeitsteil bestehen. Bei derartigen Motoren werden der oder die Arbeitsabschnitte des oder der Zylinder nicht durch eine in der Kurbelwanne verdichtete, sondern durch eine vom Pumpenabschnitt geförderte Ladung aufgeladen. Da also die Ladung nicht direkt durch die Kurbelwanne strömen muß, können in Motoren dieser Bauart die für Viertaktmotore entwickelten Hochleistungsschmiersysteme verwendet werden.

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Die Erfindung bezweckt eine wesentliche Verbesserung vcn Zweitaktmotoren der vorerwähnten Bauart.

Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß dem oder jedem der Zylinder ein von der Kurbelwanne getrennter Sammler zugeordnet ist, aus dem die ihm über im Arbeitsabschnitt des Zylinders vorgesehene Ladeschlitze vom Fumpenabsclmitt übertragene Ladung dem Arbeitsabschnitt zugeführt wird; daß der Kolben mit den Ladeschlitzen beim übertragen der Ladung zusammenarbeitende Ausnehmungen aufweist; daß zum Steuern der Einführung der Ladung in den Pumpenabschnitt die-™ nende Einrichtungen vorgesehen sind; und daß das Gesamtvolumen eines Sammlers zuzüglich des Volumens der von ihm zu einem oder mehreren Zylindern führenden Leitungen wenigstens dreimal so groß ist wie der von der Ladung durchströmte Teil des Pumpenabschnitts des dem Sammler zugeordneten Zylinders.

Der hier verwendete Ausdruck "Sammler" bezeichnet ein Volumen bzw. einen Raum, der zur Aufnahme der vom Pumpenabschnitt eines Zylinders geförderten Ladung dient, und der auch aus mehreren mit dem oder den zugeordneten Zylindern in Verbindung stehenden Einzelfe räumen bestehen kann. Bei einem Einzylindermotor besteht der Sammler oder Speicher vorzugsweise aus zwei mit dem Zylinder verbundenen Kammern.

Im Betrieb eines Motors, beispielsweise eines Einzylindermotors, wird beim Expansionshub eine Ladung in den Pumpenteil des Zylinders eingeführt, während das Auspuffgas aus dem Arbeitsabschnitt des Zylinders abströmt. Dabei sind die Ladeschlitze während des größten Teils dieses Hubs geschlossen* Erst gegen

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Ende des Bubs kann der Sammler die in ihm gespeicherte Ladung an den Arbeitsabschnitt des Zylinders abgaben und diesen dabei spülen. Während des Eompressionshübs wird dann eine im Pumpenabschnitt des Zylinders eingeschlossene Ladung über die Ausnehmung oder die Ausnehmungen in den Sammler überführt, während die aus dem Sammler in den Arbeitsabschnitt des Zylinders golangte vorhergehende Ladung komprimiert wird. Das Arbeitsspiel beginnt dann von neuem.

Bei Mehrzylindermotoren sind zwei Anordnungen möglich. Bei der eisten Anordnung kommuniziert jeder Zylinder des Motors mit einem Sammler, der von den den übrigen Zylindern zugeordneten Sammlern getrennt ist. Bei dieser Anordnung ist das Gesamtvolumen des einem Zylinder zugeordneten Sammlers zuzüglich von zwischen dieses Sammler und den Ladeschlitzen vorhandenen Leitungen oder Durchlässen mindestens dreimal so groß wie das von der Ladung durchströmte Volumen des Pumpenabschnitte dieses Zylinders.

Bei einer anderen Anordnung eines Hehrzylindermotor3 steht der oder jeder Sammler mit mindestens zwei Zylindern ir, Verbindung, und das Gesamtvolumen dieses gemeinsamen Sammlers zuzüglich des Volumens der zwischen dem Sammler und den Ladeschlitzen der mit dem Sammler kommunizierenden Zylinder vorhandenen Leitungen ist wenigstens dreimal so groß wie das von der Ladung durchströmte Volumen des Pumpenabschnitts eines der Zylinder.

Jede dieser beiden Anordnungen kann bei einem Mehrzylindermotor verwendet werden, bei dem das Volumen des oder jedes Sammlers unveränderlich ist. Es wurde jedoch gefunden, daß, wenn das Volumen des oder jedes

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der Sammler in einer bestimmten Weise veränderbar ist, sich vorteilhafte Wirkungen ergeben. Die Verwendung eines Sammlers von veränderlicher Größe ist Jedoch nur für einen Einzylindermotor oder für einen Mehrzylindermotor verwendbar,bei dem jeder Zylinder mit einem ihm allein zugeordneten Sammler zusammenarbeitet, der von den mit anderen Zylindern zusammenarbeitenden Saaunlem getrennt ist. In federn dieser Fälle ist bzw. sind der oder die Sammler nicht direkt von der Kurbelwanne zugänglich.

Bei dieser Äueführungsform der Erfindung hat der dem oder jedem der Zylinder zugeordnete Sammler, der von _; der Kurbelwanne getrennt ist und nur mit dem zugeordneten Zylinder kommuniziert, eine bewegliche Wand» durch deren Bewegung mindestens im unteren Geschwind digkeitsbereich des Motors beim Zuführen der Ladung zum Sammler dessen Gesamtvolumen vergrößert und beim Abströmen der Ladung aus dem Sammler dessen Gesamtvolumen verringert wird, wobei das Gesamtvolumen aus dem kleinstmöglichen Volumen des Sammlers zuzüglich aller zwischen dem Sammler und den Ladeschlitzen vorgesehenen Durchlässe besteht.

Die vom Sammler zur Weiterleitung in den Arbeitsabschnitt des Zylinders aufgenommene Ladung wird also, la Vergleich mit Motoren der vorerwähnten Ausführungsfore, bei denen Sammler von unveränderlichen Volumen verwendet werden, durch die bewegliche Wand vergrößert, so daß der volumetrische Wirkungsgrad bzw. der Füllungsgrad verbessert wird.

Als bewegliche Wand wird vorzugsweise eine Membran verwendet, zu deren Bewegung verschiedene Anordnungen möglich sind·

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Es gibt insbesondere zwei Möglichkeiten. Bei der einen wird der Wand eine die gewünschte Wirkung hervorrufende Bewegung erteilt und bei der anderen ist die Wand einem im wesentlichen konstanten Druck ausgesetzt, der kleiner als der Höchstdruck des Sammlers, aber großer als der Kindestdruck des Sammlers ist, so daß, wenn beim Einströmen der Ladung der Druck im Sammler ansteigt, die Wand unter Vergrößerung des Sammlervolumens nach außen und bei Abgabe der gespeicherten Ladung in den. Arbeitsabschnitt des Zylinders durch diesen konstanten Druck unter Verringerung des Sammlervolumens nach innen abgebogen wird.

Bei der ersten Anordnung kann die bewegliche Wand zwischen der Kurbelwanne und dem Sammler angeordnet sein, so daß sie den durch die Hin- und Herbewegung des dem Sammler zugeordneten Kolbens in der Wanne verursachten Druckänderungen unterworfen ist. Es ist ersichtlich, daß bei Anwendung dieses Erfindungsmerkmals auf Hehrzylindermotore die Kurbelwanne in Abschnitte unterteilt werden muß, die den einzelnen Zylindern zugeordnet und so angeordnet sind, daß der in jedem Abschnitt herrschende Druc?£ auf die bewegliche Wand des dem Abschnitt zugeordneten Sammlers einwirken kann·

Wenn ein stetiger, zwischen dem Höchst- und Mindestdruck des Sammlers liegender Druck auf die bewegliche Wand zur Einwirkung gebracht wird, kann dieser Druck von einer Feder, von dem Druck in der Kurbelwanne oder vom Druck eines besonderen Luftvorrats herrühren, der an einem geeigneten Funkt des Motors, z.B. am Pumpenabschnitt des Zylinders, entnommen werden kann. Wenn also die Kurbelwanne genügend groß ist, wird sich, obwohl der Druck in der Wanne Änderungen unterworfen

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ist, ein mittlerer Druck einstellen, der, wenn er zwischen dem Höchst- und Mindestdruck im Sammler liegt, zum Bewegen der Wand verwendet werden kann.

Venn beispielsweise die Bewegung der beweglichen Wand von der Kurbelwanne her veranlaßt wird, wird die Amplitude dieser Bewegung abnehmen, wenn die Geschwindigkeit des Motors zunimmt, so daß diese Bewegung nur im unteren Geschwindigkeitsbereich des Motors auftritt. Dies wird sich aber beim Anlassen des Motors günstig auswirken und den Wirkungsgrad in den niedrigen Gesehwindigkeitsbereichen des Motors verbessern.

Wenn das erwähnte Gesamtvolumen kleiner ist als das Dreifache des durchströmten Volumens des Pumpenabschnitts, läßt sich der Motor schwer anlassen, und seine Leistung wird erheblich beeinträchtigt. Der Sammler muß ein ausreichendes Volumen haben, um zu verhindern, daß ein erheblicher Teil der Ladung sogleich in den Pumpenabschnitt des Zylinders zurückgedrückt wird. ■--:-."..

Das im Vergleich zu dem Volumen des ihm zugeordneten Pumpenabschnitts große Volumen des Sammlers bewirkt, daß das Ausströmen des Gaaes aus dem Sammler verzögert wird, wenn sich der Pumpenteil des Kolbens in seine untere Totpunkt stellung zurückbewegt und bevor die Ladeseklitze vom Eolbenmantel geschlossen werden. Wenn das Sammlervolumen zu klein ist, wird im Sammler ein hoher Druck erzeugt, uas zur Folge hat, daß ein erheblicher Teil-der Ladung dureii die Ladeschlitze verloren geht, wenn sich der Kolben τοπ seiner oberen Totpunktstellung weg bewegt, Dadurch, daß das Ausströmen der Ladung verzögert wird, bleibt mehr von

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der ladung im Sassier und kann dann in den Arbeiteabschnitt des Zylinders gelangen, wenn die Ladeschlitze vom Arbeitsteil des Kolbens freigegeben werden.

Vorzugsweise ist das erwähnte Gesamtvolumen des Sammlers zwischen drei bis zwölf Mal so groß wie daa durchströmte Volumen des Pumpenabschnitts. Ist dieses Volumen jedoch größer als 12 ; 1, so ergeben sich, obwohl die Leistung des Motors nicht ernstlich beeinträchtigt wird« Anlaßschwierigkeiten, Fehlzündungen in den Sammler hinein sowie ferner ein sehr großer Platzbederf für den Sammler. Bei Benzinmotoren und anderen mit Funkenzündung arbeitenden Motoren ist es überdies notwendig» das Sammlervölumen so klein wie möglich zu halten, da bei Fehlzündungen die Gefahr einer Zfe&wag d_ör gespeicherten Ladung besteht.

für optimale Resultate wird es bevorzugt, daß das vorerwähnte Gesamtvolumen zwischen vier bis seehs Hai so groß wie das durchströmte Volumen des Pumpenabschnitts ist.

Um eine größtmögliche Motorleistung zu erhalten, sollte das Volumen des Sammlers und etwa vorhandener Leitungen in Bezug auf die Motorgeschwindigkeit abgestimmt ,werden. Vorzugsweise ist deshalb der Unterschied zwischen dem Höchst- und dem Mindestdruck innerhalb des oder der Sammler am größten bei einer Motorgeschwindigkeit S, die zwischen 0,5 N und 0,9 H liegt, wobei N die Geschwindigkeit ist, bei der der Motor seine maximale Leistung entwickelt? Dies ist ein Erfordernis für MehrzweckmotoreZ Dadurch, daß man diesen Unterschied sogroß wie möglich macht, kann eine größtmögliche Ladung vom Sammler abgegeben

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werden, denn je höher der Höchstdruck im Sammler ist, desto größer wird die in ihn eingeführte Ladung, und 3e kleiner der Mindestdruck im Sammler ist, desto größer wird die vom Sammler abgegebene Ladungsmenge sein.

Bei Sport- und Rennmotoren verhält es sich in dieser Beziehung insofern anders, als der Unterschied zwischen Höchst- und Mindestdruck im Sammler seinen Höchstwert bei einer Betriebsgsschwindigkeit S haben sollte, die zwischen 0,7 N bis 1,1 H liegt, wobei H fk : die Geschwindigkeit ist, bei der der Motor seine größte Leistung entwickelt.

Vorzugsweise sind die Ladeschlitze des oder der Zylinder so angeordnet, daß sie von der Ladung sowohl beim Eintritt in den Sammler als auch beim Austritt aus dem Sammler durchströmt werden. Bei einem Einzylindermotor können dabei beispielsweise zwei Schlitze vorgesehen sein, von denen jeder in der vorstehend beschriebenen Weise mit einer Sammlerkammer verbunden ist. .

Bei' Motoren, bei denen das Entweichen der Auspuff-P gase durch den Kolben gesteuert wird, sind die Ladeschlitze so angeordnet, daß mit Umkehrspülung gear-/ beitet werden kann.

Bei einer alternativen Anordnung kann deroder Zylinder des Motors mit mechanisch betätigten Ein- und Auslaßventilen versehen sein, so daß mit Gleichstromspülung gearbeitet werden kann.

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Ausführungsformen der Erfindung werden im folgenden Teil der Beschreibung anhand der Zeichnungen beschrieben. /■-""■

In den Zeichnungen ist:

S¹Ig. 1 eine einen Zylinder mit dem Kolben in der oberen Totpunktstellung zeigende Schnittansicht, deren beiden Hälften in rechtwinklig zueinander angeordneten Schnittebenen liegen;

Fig. 2 eine der Fig. 1 ähnliche Ansicht, in

der der Kolben in der von ihm 115° nach dein oberen Totpunkt eingenommenen Stellung gezeigt ist;

Fig. 3 eine den Fig. 1 und 2 ähnliche Ansicht, mit dem Kolben in der unteren Totpunktstellung;

Fig. 4- ein© den Fig. 1 bis 3 ähnliche Ansicht mit dem Eolben in seiner 320° nach dem oberen Totpunkt eingenommenen Stellung;

Fig. 5 eine Schnittansicht einer zweiten Ausführungsfoim mit mechanisch betätigten Ein- und Auslaßventilen;

Fig» 6 ein Schaubild, das die Auswirkungen von Yolumenänderungen des Sammlers zeigt;

Fig. 7 ein Schaubild, das die Auswirkung der Einstellung des Sammlers zeigt;

Fig. 8 eine der Fig. 1 ähnliche Ansicht eines Motors, dessen Sammler mit einer beweglichen Wand versehen ist;

Fig. 9 eine Ansicht des in Fig. 8 gezeigten Motors j dessen Kolben sich in seiner unteren Totpunktstellung befindet;

Fig. 10 eine Sinzelansicht einer durch eine

Feder gesteuerten beweglichen Wand; und

Fig. 11 eine Einzelansiclit einer durch eine

Luftablaßanordnung gesteuerten beweglichen Wand.

Der in den Fig. 1 bis 4 gezeigte Motor hat ein gegossenes Kurhslwannengehäuse 1Ö, in dem der Pumpenabschnitt eines stufenförmigen Zylinders eingeformt ist, dessen

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Arbeitsabsohnitt 12 in einem Zylinderblock 10a angeordnet ist. Der Durchmesser des Pumpenabschnitts 11 ist größer als der Durchmesser des Arbeitsabschnitts 12. Der als Ganzes mit 15 bezeichnete Kolben hat einen im Arbeitsabschnitt 12 des Zylinders geführten Arbeitsteil 14- und einen im Pumpenabschnitt 11 geführten Pumpenteil 15»-

In den am oberen Ende des Zylinders vorgesehenen Verbrennungsraum 16 ragt ©ine Zündkerze 17 hinein» Ein in der Wand des Arbeitsabschnitts 12 vorgesehener Auspuff schlitz 18 steht mit einer Auspuffleitung 19 und einem Auspuffrohr 20 in Verbindung. Eine im Gehäuse vorgesehene Einlaßleitung 21 hat ein Schwing·» ventil mit zwei Blattfedern 22, deren eine Enden in ihrer normalen Stellung an einer mittig in der Leitimg angeordneten Stange 23 anliegen. Die anderen Enden der Blattfedern 22 sind an einem keilförmigen Bauteil 24 befestigt. Die Einlaßleitung 21 steht bei einem Benzinmotor über ein Einlaßrohr 25 mit einea nicht gezeigten Vergaser in Verbindung.

Der Kolben ist mittels einer Kolbenstange 26 mit dem Kurbelzapfen 27 einer Kurbelwelle verbunden. Der Arbeitsteil 14 des Kolbens ist mit Kolbenringen 28 und der Pumpenteil 15 mit einem Kolbenring 29 versehen.

Im Gehäuse 10 mnd zwei in Drauf sieht um 180° zueinander versetzte Sammlerabschnitte angeordnet, von denen einer bei 30 gezeigt 1st» Der Sammler abschnitt 30 steht über einen Durchlaß 31 fflit einem Schlitz 32 in der Wand des Arbeitsabschnitts 12 des Zylinders in Verbindung; und dies ist auch bezüglich des anderen Sammlerabschnitts der Fall, so daß die Sammlerabsehnitte hier also über zwei Schlitze 32 mit dem

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Arbeitsabschnitt 12 kommunizieren. Diese Schlitze sind im folgenden ale Ladeschlitze bezeichnet.

Der Kolben weist an seiner Außenseite als Ganzes mit 33 bezeichnete Ausnehmungen auf, die einander gegenüberliegen und mit den Ladeschlitzen 32 kommunizieren. Der untere !Dell 34 der Ausnehmungen liegt im Pumpenteil und der tiefere obere Teil 35 der Ausnehmung, in den der Ansatz 36 für den Kolbenzapfen hineinragt, im Arbeitsteil 14 des Kolbens.

Die Wirkungsweise des beschriebenen Motors ist wie folgt: In Fig. 1 befindet sich der Kolben im oberen Totpunkt, und es sei angenommen, daß die Ladung gezündet und die Sammlerabschnitte 3 in einer noch zu beschreibenden Weise mit einer Ladung gefüllt worden sind. Wenn sich der Kolben aus seiner oberen Totpunktstellung abwärts zu bewegen beginnt, strömen die Auspuffgase (Pfeile 37 der Fig. 2) in die Auspuffleitung 19. Der Pumpenteil 15 des Kolbens erzeugt dabei im Pumpenabschnitt 11 ü®a Zylinders einen Unterdruck, so daß, wie durch den Pfeil 38 dargestellt, eine Ladung; Frischgas unter Auseinanderdrücken der Blattfedern 22 in den Pumpenabschnitt einströmt und diesen auffüllt. Wie ersichtlich, sind zu diesem Zeitpunkt die Ladeschlitze 32 durch den oberen Teil 39 des Kolbenmantels abgedeckt, so dafi die in den Sammlerabschnitten befindliche Ladung nicht in den Arbeitsabschnitt 12 des Zylinders gelangen kann.

Wenn der Kolben seinen unteren Totpunkt erreicht hat (Fig. 3), sind die Ladeschlitze 32 von dem Teil 39 des Kolbenmantels freigegeben, so daß die Ladung aus

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den Sammlerahsehnltten in den Arheitsahschnitt 12 des Zylinders einströmt (Pfeil 40). Die beiden Ladeschlitz© 32 sind so angeordnet, daß eine Umkehrspülung stattfindet, die das Ausströmen der Auspuffgase(unterstützt (Pfeile 37)·

Aus Fig. 3 ist ersichtlich, daß die Blattfedern sich bei Abnahme des Unterdrucks im Pumpenabschnitt 1 wieder aufeinander zu bewegen. Wenn sich der Solben von seiner unteren TotpunktBtellung nach oben bewegt, schließen sich die bei dieser Ausführungsfoiai das Einlaßventil darstellenden Blattfedern 22, so daß die im Pumpenabschnitt des Zylinders befindliche Ladung komprimiert und gleichzeitig euch, die in den Arbeitsabschnitt eingeströmte Ladung zusammengedrückt wird. Unmittelbar bevor der Solben seine obere Totpunkt» stellung erreicht, kommt die Ausnehmung 33 in Ausrichtung mit den zu den Sammlerahschnltten 30 führenden Lade schlitzen 52, so daß die im Pumpenabschnitt korn-ρrimiertθ Ladung in den Sanmler einströmt (Pfeil 51 in fig. Λ). Venn der Kolben sich wieder angenähert in seiner oberen Totpunktstellung befindet, wird die Ladung gezündet und das Arbeitsspiel wiederholt sich.

Es ist ersichtlich, daß während jedes Arbeitsspiels eine Ladung im Pumpenabschnitt komprimiert, den Sammlerabschnitten zugeführt und aus diesen in den Arbeitsabschnitt des Zylinders eingeführt wird. Ferner läßt sich ersehen, daß außer dem durch die Blattfedern 22 gebildeten, den Eintritt der Ladung in den Pumpenabschnitt steuernden Ventil nur die durch das Zusammenwirken der Ladeschlitze 32 mit den Ausnehmungen 33 und des Kolbenmantelteils39gebildete Ventilanordnung zwischen den Sammlerabschnitten und dem Pumpenabschnitt bzw. dem Arbeitsabschnitt des Zylinders vorhanden ist.

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Es wurde gefunden, daß zur Erzielung optimaler Ergebnisse das Gesamtvolumen des Sammlers in einem Verhältnis zu dem durchströmten Volumen des ihm zugeordneten Pumpenabschnitts stehen muß. Bas Gesamtvolumen der beiden Sammlerabschnitte und der zu den Schlitzen 32 führenden Durchlässe, wie 31» muß dabei erfindungsgemäß für größtmögliche Leistung wenigstens dreimal so groß wie das durchströmte Volumen des Pumpenabschnitts sein.

Fig. 6 ist ein Schäubild, das das Verhältnis zwischen der Bremsleistung (in PS) des Motors und dem Vervielfachungsfaktor zwischen dem Gesamtvolumen des Sammlers (einschließlich der Durchlässe) und dem Volumen des durchspülten Teils des Pumpenabschnitts zeigt. Wie aus der Kurve 4-2 ersichtlich, beginnt der Hochstleistungsbereich rechts von der Linie 4-3. Der Bereich zwischen der Linie 4-3 und dem anfänglichen Teil 4-5 der Kurve 4-2 ist ein Bereich niedrigen Luftverbrauchs, in den die Motorleistung schlecht und das Anspringen des Motors unbefriedigend ist. Der obere Teil des Höchstleistungsbereichs wird durch die Linie 4& begrenzt, die einem Sammlervolumen entspricht, das zwölf mal so groß wie das durchspülte Volumen des Pumpenabschnitts ist · Es wurde gefunden, daß jenseits dieser Linie ein unstabiler Bereich liegt, in dem sich auf den Sammler auswirkende Fehlzündungen auf treten können und der Hotor schlecht, abspringt.

Bei Benzinmotoren und anderen Rotoren mit Funkenzündung sollte das Sammlervolumen so klein wie möglich sein, da sonst die Gefahr besteht, daß durch Fehlzündung die im Sammler befindliche Ladung gezündet wird· Es ist deshalb wünschenswert, daß nach Möglichkeit ein Faktor gewählt wird, der in dem von den Linien 4-7 und 4-8 be-

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grenzten Bereich liegt, in dem des feeamtvolumen des Sammlers (einschließlich der Durchlässe) zwischen vier und sechs Hai so groß wie das durchspüT-te Tollmen des Pumpenabschnitts ist. Ea ist ersichtlich, daß in dieses Bereich annähernd die Höchstleistung erreicht wird, obwohl das Sammlervolumen -vergleichsweise klein gehalten werden kann, was dazu beitragt, daß das Verhältnis von Leistung zum Volumen klein sein kann.

Ss wurde ferner gefunden, daß es vorteilhaft ist, den Saamler und die Durchgange so auszulegen, daß ein Resonanzsystem mit einer Eigenfrequenz entsteht, bei der der größte unterschied zwischen Höchst- und Kindestdruck im Sammler bei einer bestimmten Geschwindigkeit auftritt.

Das Sehaubild nach Fig· 7 zeigt die Auswirkung einer solchen Auslegung des Sammlersystems. Im Sehaubild ist der Sammlerdruek über der Kurbel stellung aufgetragen· Die Kurve 4-9 ist eine typisch© Kurve für im Sammler auftretende Druckänderungen. Diese Kurve erreicht ein Maximum bei 50, wenn die Ladung in den. Sammler strömt, und ein Minimum bei 5Ί, wenn die Ladung aus dem Sammler abgeströmt ist. Es ist ersichtlich, daß zum überführen einer maximalen Ladung dieser durch die Linie 50a dargestellte Unterschied ein Maximum sein sollte, da je größer der Höchstdruck je mehr Ladung in den Sammler gedrückt werden wird, und je geringer der Mindestdruck je weniger Ladung im Sammler nach dem Abströmen der Ladung zurückbleiben wird.

Eine bevorzugte Kurve ist die mit 52 bezeichnete Kurve, die ein Maximum bei 55 und ein Minimum bei 5* hat.

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bei der also sowohl zwischen den Haxiaa 50 und 53» als auch swieehen den Hiniaa 51 und *& bessere Werte erzielt werden« Vorzugsweise sollte diese Surre bei einer Geecliafindigl&lt S vorhanden sein, die bei einem Allsweckmotor swlschen 0,5 S und 0,9 H liegt« wobei N die Geschwindigkeit ist» bei der der Motor seine höchste Leistung entwickelt. Für einen Sport- oder Bennmotor sollte die optimale Surre %el einer Geschwindigkeit S vorliegen, die swisehen O₉? S und 1,1 If liegt, wobei H wiederum die Usaehwimdigkeit Ist, bei der der Motor seine höchste Leistung ent·» wickelt.

Das Überführte Volumen sollte sur £rsie3,ung 4«r Höchstleistung so gröfi wie räglich sein. BIe Kurven der Figur ? können «it einen Ossillographen entwickelt werden, und das LuftsaaRlersyste* kann dann denentsprechend eingestellt werden«.

Vielfache Abwandlungen kSnnen bei der beschriebenen AuafOhrungsform, die für· Hehrsylindermotore anwende bar 1st, vorgenommen werden. Ein derartiger Hehrsjlindernotor kann eine Ansahl von Zylindern aufweisen, von denen jeder Bit einem eigenen Sanier versehen ist, so daß jeder Zylinder in der oben beschriebenen Weise arbeiten wird. Bei dieser Anordnung ist bei jedem Sammler das Gesamtvolumen (einschließlich Durchlässe) in der oben beschriebenen Weise «wischen drei und «wolf Hai so groB wie das durchspülte Volumen des Puapenabschnitts des Zylinders.

Bei einer alternativen Anordnung eines Hehrzylindermotors können zwei oder mehr Zylinder einem gemeinsamen Sammler zugeordnet sein. Bei. dieser Anordnung ist das Volumen des Sammlers zuzuglich der Leitungen

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zwischen des Sammler und den ihm zugeordneten Zjlin™ dem zwischen drei und zwölf Hai so groß wie das Volumen des Pumpenabschnitts eines dieser Zylinder. Wie bereite erwähnt, ist diese Anordnung nur dann möglich, wenn das Volumen jedes Sammlers unveränderlich ist«.

Fig. 5 zeigt eine Anordnung mit mechanisch betätigten Einlaß- und Auslaßventilen» Der Motor weist hier Zylinderblock 53a mit einem Zylinder auf» des? aus Arbeitsabschnitt 5^a und einem Pumpenabsehnitt .5$ "besteht· Der im Zylinder hin- und hergehend© Kolhem 56, hat einen Arbeitsteil 57 und einen Pumpenteil 58v Di© Sammler 59 stehen über Durchlässe 60 mit im Arbel/äe—*. abschnitt 54a vorgesehenen Schlitzen 61 in Verbindung» Das Abführen der Auspuffgase aus dem Terbrenuungeraisfi 62 wird von einem Ventil 65 gesteuert, das tob--einer-... nicht gezeigten Nockenwelle betätigt wird. Ein®.Zündkerze ist mit 64- bezeichnet. Das Einführen der Ladung in den Pumpenabschnitt 55 des Zylinders wird von eines Einlaßventil 65 gesteuert, das ebenfalls vonrfder Hockenwelle betätigt wird.

Abgesehen von der mechanischen Betätigung der Ventile entspricht die Wirkungsweise dieses Motors der in den Fig. 1 bis 4 gezeigten Ausführungsform, bei der ein automatisch arbeitendes Einlaßventil verwendet ist und der Auspuff über vom Kolben gesteuerte Schlitze erfolgt.

Der in den Fig. 8 und 9 dargestellte Motor entspricht abgesehen von der SasBleranordnung dem in den Fig. 1 bis 4 gezeigten Motor, so daß in den Fig. 8 und 9 für die auch in den Fig. 1 bis 4 vorhandenen Teile und Pfeile die gleichen Bezugszeichen verwendet werden.

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In Figur 8 wird ein Sammler 70 innerhalb des Gehäuses 10 von einer Deckelplatte ?1 und einer flexiblen Membran 72 gebildet, die an ihrer Kante sswischen eines Tor sprung 73 des Gehäuses und einem Befestigungsring 74 festgelegt ist. Die Membran kann sich zwischen der in Figur 8 gezeigten Stellung, in der das Sajamlervolu- men am größten ist, und der in Figur 9 gezeigten Stellung bewegen, in der das Sammlervolumen am kleinsten ist.

Der Sammler 70 steht über einen zum Ladeschlitz 32 führenden Durchlaß 31. mit dem Arheitsabschnitt 12 des Zylinders in Verbindung.

Die Wirkungsweise entspricht im wesentlichen der des in Fig. 1 und 4 beschriebenen Motors. So wird in Figur;" 8 eine im Pumpenabschnitt 11 zusammengedrückte Ladung ' über die Ausnehmung 35 in den Durchlaß 31 und den Samiler 70 überführt (Pfeil 41). Die Membran 72 wiirt dabei die in Figur 8 gezeigte Stellung.einnehmen, da der Druck im Sammler 70 größer als der Druck in der Kurbelwanne 75 ist, der zu diesem Zeitpunkt niedrig ist» da \ sich der Solben in seiner oberen Totpunktstellung befindet.

Der Sammler hat also sein maximales Volumen und kann eine entsprechend große Ladung aufnehmen. Wenn die Ladung im Verbrennungsraum gezündet wird und der Kolben sich in seine untere Slotpunktstellung bewegt, wird, wenn er sich, wie in Figur 9 gezeigt, dieser Stellung nähert, der obere Teil 39 seines Mantels den Ladeschlitz 32 freigeben, so daß die im Sammler gespeicherte Ladung über den Schlitz 32 in den Arbeitsabschnitt 12 des Zylinders gelangen kann (Pfeil 40). Die Aus* puff gase entweichen durch die Auspuff schlitze 18

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(Pfeile 57). Die Membran wird sich jetzt in die in Figur 9 gezeigte Stellung bewegen» da sich der Druck in der Kurbelwanne 75 durch die Bewegung des Solbens in seine untere Totpunktstellung erhöht hat. Hierdurch wird das Volumen des Sammlers verringert und die ladung aus dem Sammler herausgedrückt. .

Vie bereits beschrieben, muß das Gesamtvolumen, das aus dem Kleinstvolumen des Sammlers 70 plus dem Volumen des Durchlasses 31 besteht, mindestens drei Hai so groß wie das durchspülte Volumen des Pumpenabschnitts sein. Mosesvergleichsweisegroße Gesamtvolumen ist erforderlich, damit die Gasströmung so verlangsamt wird, daß kein ins Gewicht fallender in* teil der Ladung in den Fumpenabschnitt zurückströmen kann, wenn der Kolben sich aus seiner in Figur 8 gezeigten Stellung abwärts zu bewegen beginnt« Es wurde gefunden, daß die Kombination aus einem Sammlervolumen dieser Größe und einer beweglichen Wand, die beispielsweise aus der Heabran 72 bestehen kann, den volumetrlschen Wirkungsgrad des Motors erhöht. Die Bewegung der Membran wird von der Bewegung des Kolbens in der Kurbelwanne 75 so festgelegt, daß sie der erforderlichen Bewegung entspricht, d.h. daß das Sammlervolumen in der oberen Totpuäktstellung am größten und in der unteren Totpunktstellung des Kolbens am kleinsten sein wird. Wenn sich die Geschwindigkeit des Motors erhöht, verringert sich die Amplitude der Membranbewegung, und bei höheren Geschwindigkeiten kann sich in der Kürbeiwanne ein mittlerer Druck einstellen, der zwischen dem Eochst- und dem Mindestdruck im Sammler liegt, so daß zwar VoImMn-* änderungen des Sanalers auftreten, aber bei geringerer Amplitude.

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Vielfache Abänderungen sind auch bei dem vorstehend beschriebenen Einzylinderaotor möglich.

Falls erwünscht, kann die Membran durch ein© Feder einem in wesentlichen konstanten Brock unterworfen sein* Dies kann auch durch einen besonderen Isuftvorrat, der an einer geeigneten Stelle ä®m Motor, beispielsweise dem Pumpenabschnitt, entnomaä, tdr&₉ bewirkt werden. Sie ersterwähnte Anordnung mit einer die Membran ?2 heaufsehlagendisn Feder ?6 let in Flg. 10 gezeigt. Bei der anderen la Fig. 11 g®seigten Anordnung schließt die Membran 72 eine von Ihr und einer Vand 78 der Kurheiwanne gebildet® femer 77 ab, die Über ein Bohr 79 und Kanäle SO MQd 88 mit dem Pumpenabschnitt 12 des Zylinders verbunden ist. . Falls erforderlich, kann in der Leitung 79 ein Bttckschlagventll oder ein Steuerventil zur Regelung des in der Kammer 77 herrechenden Drucks angeordnet werden. Die Federkraft bzw. die Höhe des Drucks, die auf die Membran einwirken, sind dann so gewählt, daß sie zwischen dem Höchst- und dem Mindestdruck im Sammler liegen, so daß sie eine Änderung des Sammlervolumens in einer der oben.beschriebenen Weise im wesentlichen entsprechenden Welse ermöglichen.

Wenn die,Kurbelwannegenügend groß ist, dann wird der in ihr herrschende Druck im wesentlichen konstant sein und kann dann zwischen dem Höchst- und Mindestdruck des Sammlers liegen.

Die Erfindung ist auch bei Mehrzylindermotcren anwendbar, von denen jeder in der oben beschriebenen Weise seinen eigenen Sammler häir, wobei es dann, falls der Kurbelwannendruck zum Betätigen der beweg-

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lichen Wand verwendet werden soll, notwendig ist, die Kurbelwanne durch !Trennwände in den einzelnen Zylindern augeordnete Abschnitte zu unterteilen.

Das durchströmte Volumen des Pumpenabschnitts des oder dör Zylinder kann, dem durchströmten: Volumenr des Arbeitsabschnitts des Zylinders gleich sein oder entsprechen oder von diesem, abweichen. Falls das durchströmte Volumen dies. Pumpenabschnitts großer als das des. Arbeitsabschüiltts ist^ kann der Spülv/organg, durch Anwendung von Umkehrspülung: verbessert werden. Wenn Gleichstromspüluag; verwendet; wird,; kann mit Varverdichtung; gearbeitet; weäcden.. Dies ist sowohl hei Benzin- als auch bei Dieselmotoren möglich.

Eh ist ersichtlich, daß durch die Erfindung ein einfach aufgebauter Mator mi-fe gutem volumetrischen Wirkungsgrad bzw. Füllungsgrad geschaffen wird.

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Claims (1)

1. Ansprüche

   Λ J Ein- oder Hehrzylinderzweitaktverbrennungsmotor, clegsen Zylinder aus einem Pumpenabschnitt von groSerem und einem Arbeitsabschnitt von kleinerem Durchmesser und dessen Kolben aus einem entsprechenden Pumpenteil iand Arbeitsteil bestehen, dadurch gekennzeichnet, daß dem oder jedem der Zylinder ein von der KurbelwanSe getrennter Sammler (30, 59? TO) zugeordnet ist, aus dass di© ihm über im Arbeitsabschnitt (12; 5*) &©s Zylinders vorgesehene Ladeschlitze (32; 61) vom Pumpenabschnitt (11; 55) übertragene Ladung dem Arbeitsabschnitt zugeführt wird; daß der Kolben mit den Ladeschlitzen beim Übertragen der Ladung zusammenarbeitende Ausnehmungen (33) aufweist; daß zum Steuern der Einführung der Ladung in den Pumpenabschnitt dienende Einrichtungen (22; 65) vorgesehen sind; und daß das Gesamtvolumen eines Sammlers zuzüglich elQfc- /©lumens der von ihm zu einem oder mehreren Zylindern führenden Leitungen (31 _s 60) wenigstens dreimal so groß ist wie der von der Ladung durchströmte Teil des Fumpenabschnitts des dem Sammler zugeord-

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   2. Mehrzylindermotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Jeder Zylinder nur mit einem ihm allein zugeordneten Sammler (30; 59? 70) in kommunizierender Verbindung steht.

   3. Mehrzylindenaotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der oder jeder Sammler mit wenigstens zwei Zylindern in kommunizierender Verbindung steht.

   4·. Motor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet» £ daß ein Sammler (70), der nur mit einem einzigen ihm zugeordneten Zylinder kommuniziert, eine bewegliche Wand (72) aufweist, durch deren Bewegung mindestens im unteren Geschwindigkeitsbereich des Motors beim Zuführen der Ladung zum Sammler dessen Gesamtvolumen vergrößert und beim Abströmen der Ladung aus dem Sammler dessen Gesamtvolumen verringert wird, wbei das Gesamtvolumen aus dem kleinstmoglichen Volumen des Sammlers zuzüglich aller zwischen dem Sammler und den Ladeschlitzen vorgesehenen Durchlässe besteht.

   5. Motor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die bewegliche Wand eine Membran (72) ist«

   6. Motor nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet, daß der beweglichen Wand (72) eine Bewegung aufgezwungen wird.

   7· Motor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß di@ bewegliche Wand (72) zwischen der Kurbel- , wanne (75) und dem Sammler (70) so angeordnet ist, daß sie durch Schwankungen des in der JCurbelwsme herrschenden Drucks beeinflußt werden kann.

   8. Motor nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet, daß die Membran (72) einem im wesentlichen konstanten Druck ausgesetzt ist, der kleiner als der Höchstdruck des Sammlers, aber großer als der Mindestdruck des Sammlers ist.

   9. Motor nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der im wesentlichen konstante Druck dureh eine Feder (76), durch den Druck in der Kurbelwanne oder durch den Druck eines getrennten, dem Motor entnommenen Luftvorrats erzeugt wird.

   10. Motor nach einem der vorhergehenden Ansprüche,, dadurch gekennzeichnet, daß das Gesamtvolumen des Sammlers (50; 59; 70) drei bis zwölf Mal so groß wie das durchströmte Volumen des Pumpenabschnitts ist.

   11. Motor nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Gesamtvolumen des Sammlers (30; 59; 70) etwa vier bis sechs Mal so groß wie das durchströmte Volumen des Pumpenabschnitts ist.

   12. Motor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der zwischen dem Hochstund dem Mindestdruck im Sammler (50; 59; 70) vorhandene Druckunterschied seinen Höchstwert bei einer Motorgeschwindigkeit S hat, die zwischen 0,5 H und 0,9 U liegt, wobei Έ die Geschwindigkeit ist, bei der der Motor seine höchste Leistung entwickelt *

   13. Motor nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der zwischen dem Höchst« und dem Mindestdruck im Sammler (30; 59; 70) vorhandene Druckunterschied seinen Höchstwert bei einer Motörgesehwin-

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   digkeit S hat, die zwischen 0,7 N und 1,1 N liegt, wobei N die Geschwindigkeit ist, bei der der Motor seine höchste Leistung entwickelt.

   Hotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Ladeschlitze (32) so angeordnet sind, daß sie von der Ladung sowohl beim Eintritt in den Sammler (30; 59; 70) als auch beiK Austritt aus dem Seamier durchströmt werden.

   15. Hotor nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Ladeschlitze (32) so angeordnet sind, daß der Zylinder durch Umkehrspülung gespult wird·

   16. Hotor nach Anspruch 14- mit mechanisch betätig·' ten Auepuffventilen, dadurch gekennzeichnet % daß die Ladeechlltze (52) so angeordnet sind, daß der Zylinder durch Gleichstromspülung gespult wird.

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