DE1909057C3 - Stufenkolben-Zweitaktverbrennungsmotor - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen ein- oder mehrzylindrigen Stufenkolben-Zweitaktverbrennungsmotor, dessen Zylinder aus einem Pumpenabschnitt von größerem und einem Arbeitsabschnitt von kleinerem Durchmesser und dessen Kolben aus einem entsprechenden Pumpenteil und Arbeitsteil bestehen, wobei dem oder jedem der Zylinder ein von der Kurbelwanne getrennter Sammler zugeordnet ist, der je nach Kurbelstellung des Motors mit dem vom Pumpenabschnitt des Zylinders und dem Pumpenteil des Kolbens gebildeten Pumpenraum bzw. dem vom Arbeitsabschnitt des Zylinders und dem Arbeitsteü des Kolbens gebildeten Arbeitsraum derart verbindbar ist, daß in den Pumpenraum angesaugte Ladung während des Verdichtungshubes in den Sammler verdrängt und im Sammler unter Druck gespeicherte Ladung am Ende des Arbeitstaktes unter Ausspülung der verbrannten Ladung in den Arbeitsraum einströmt.

Bei derartigen Stufenkolben-Zweitaktverbrennungsmoloren 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 die Ladung nicht direkt durch die Kurbelwanne strömen muß, können bei Zweitaktverbrennungsmotoren die-

scr bekannten Bauart die für Viertaktmotoren entwickelten Hochleistungsschmiersysteme verwendet werden.

Bei einem bekannten mehrzylindrigen Stufenkolben-Zweitaktverbrennungsmotor (USA.-Patentschrift 1813 730) sind zwei verschiedene Sätze von Kanälen, nämlich einmal zum Hindurchtreten von Luft vom Pumpenabschnitt des Zylinders zum Sammler und zum anderen zum Eintreten der Ladung in den Arbeitsabschnitt des Zylinders, vorgesehen, wobei der Luftkanal gedrosselt ist, um zu verhindern, daß zur Spülung des Zylinders zuviel Luft verwendet wird. Dadurch, daß bei diesem bekannten Stufenkolben-Zweitaktverbrennungsmotor zwei Kanäle erforderlich sind, muß eine dort im Kolben vorhandene Ausnehmung in Axialrichtung des Kalbens unverhältnismäßig lang sein. Findet diese Konstruktion daher bei einem einzylindrigen Motor der genannten Art Verwendung, dann fließt beim Abwärtsgang des Kolbens in den Pumpenabschnitt in unerwünschter Weise Ladung in den Zylinder zurück, wodurch eine Verschlechterung des Wirkungsgrades eintritt. Außerdem ist dieser bekannte Stufenkolben-Zwcitaktverbrennungsmotor wegen des komplizierten Kanalsystems und eines im Kolben vorgesehenen Durchlasses verhältnismäßig kostspielig. Außerdem müssen die Kolbenringe wegen des im Kolben vorgesehenen Durchlasses von der Kolbenoberfläche aus nach unten versetzt angeordnet werden, wodurch sich die Gefahr von Kolbenfressern ergibt.

Bei einem Zweitaktdieselmotor nach der USA.-'Patentschrift 1 718 934 weist der Pumpenabschnitt dts Zylinders Lufteinlaß- und Luftauslaßkanäle mit zugeordneten Ventilen auf. Der Sammler steht über das Luftauslaßventil mit dem Luflauslaßkanal und weiterhin über einen zusätzlichen Kanal mit dem Arbeitsabschnitt des Zylinders in Verbindung. Wegen der erforderlichen Ventile lassen sich derartige Motoren nur bei verhältnismäßig niedrigen Drehzahlen zufriedenstellend verwenden, weil ansonsten nicht sichergestellt werden kann, daß kein Rückschlag in den Sammler stattfindet, durch den Brüche oder Beschädigungen der bei hohen Drehzahlen an Stelle von selbständigen Schnüffelventilen unbedingt vorzusehenden massearmen Federzungenventile aus le'chtem, dünnem Stahl od. dgl. unausbleiblich sind. Ein Hauptnachteil dieses bekannten Zweitaktmotors besteht also in der Verwendung von Ventilen. Denselben Nachteil hat eine Vierzylindermaschine, wie sie durch die USA.-Patcr.tschrift I 677 483 bekanntgeworden i:,t.

Durch die deutsche Patentschrift 419 391 wiederum ist eine Maschine mit Kurbelraumverdichtung bekanntgeworden, bei welcher der Pumpenabschnitt des Stufenkolbens dazu dient, Spülluft für den Arbeitsabschnitt des Zylinders zu liefern. Wenn dabei der Kolben eine Abwärtsbewegung durchführt und ein im Kolben vorgesehener Schlitz mit einem Schlitz des Zylinders ausgerichtet ist, tritt die im Kurbelgehäuse verdichtete Ladung über eine Überströmkammer in den Arbeitsabschnitt des Zylinders ein. Bei dieser bekannten Maschine tritt der Nachteil auf, daß infolge der Zuordnung der dort vorgesehenen Schlitze die Luft, die zum Spülen des Zylinders dient, in das Kurbelgehäuse fließt, wenn sich der Kolben während seines Arbeitstaktes nach unten bewegt.
Weiterhin ist dunh die schweizerische Patentschrift 63 875 ein Stufenkolbcnmotor bekanntgeworden, bei dem nicht jedem Zylinder ein abgeschlossener, separater Sammler zugeordnet ist. Bei der dort beschriebenen Zweizylindermaschine sind für das Einbringen der Ladung in den Sammler und das

Ausstoßen der Ladung aus dem Sammler verschiedene Ladeschlitze vorgesehen, nämlich die dem einen und dem anderen Zylinder zugeordneten. Hier handelt es sich demnach um eine gattungsmäßig andere Maschine, bei der die eingangs beschriebenen Nach-

teile der bekannten Stufenkolben-Zweitaktverbrennungsmotoren der gattungsgemäßen Art nicht auftreten können.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Stufenkolben-Zweitaktverbrcnnungsmotor der ein-

gangs genannten Gattung, bei der also dem oder jedem der Zylinder ein getrennter Sammler zugeordnet ist, zu schaffen, bei dem in gesteuerter Weise die Spülung und Füllung des Zylinders verstärkt werden können.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe bei einem Zweitaktverbrennungsmotor rV.r genannten Art dadurch gelöst, daß im Kolbenhemd des Arbeitsteils wenigstens eine im Zusammenwirken mit der Zylinderinnenfläche einen geschlossenen Kanal bildende, zur Oberseite des Pumpenteils geführte Ausnehmung und im Arbeitsabschnitt des Zylinders wenigstens ein mit dem Sammler in Verbindung stehender Schlitz vorgesehen sind, wobei die Anordnung der Ausnehmung bzw. der Ausnehmungen und des

Schlitzes bzw. der Schlitze so getroffen ist, daß der Sammler im Bereich des oberen Totpunktes über die Ausnehmung im Zylinder mit dem Pumpenraum in Verbindung steht, während er sich im Bereich des unteren Totpunktes zum Arbeitsraum öffnet.

Durch die spezielle Ausbildung der Überströmung vom Pumpenteil zum Sammler ergibt sich gegenüber den bekannten Stufenkolben-Zweitaktverbrennungsmotoren der eingangs genannten Gattung die Möglichkeit höherer Drehzahlen, wobei trotz des höheren Drehzahlnivcaus ein betriebssicheres Arbeiten gewährleistet ist. Im Gegensatz zu den meisten bekannten Stufenkolben-Zweitaktvcrbrcnnungsmotorcn, bei denen zusätzliche Ventile für erforderlich gehalten wurden, wird beim Anmeldungsgegenstand auf Ven-

tile vollständig verzichtet, so daß die entsprechende Vcrschleißanfälligkeit nicht besteht.

Eine besondere Ausführungsform der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, daß das Gesamtvolumer des Sammlers zuzüglich des Volumens der von ihrr zum zugehörigen Zylinder führenden Leitungen wenigstens dreimal so groß ist wie das Hubvolumen de; i'umpenabschnittes des dem Sammler zugeordneter Zylinders. Durch die USA.-Palentschrift 1718 93-ist zwar bereits ein Motor bekanntgeworden, bei den das Sammiervolumcn mindestens dreimal so groß is wie das zugehörige Pumpenvolumen, jedoch wird fUi dieses Merl.mal kein selbständiger Schutz beansprucht.

Eine weitere Ausführungsform der Erfindung

zeichnet sich dadurch aus, daß der Sammler eine bewegliche Wand aufweist, durch deren Bewegung mindestens im unteren Geschwindigkeitsbereich des Motors beim Zuführen der Ladung zum Sammler dessen Gesamtvolumen vergrößert und beim Abströ-

men der Ladung aus dem Sammler, dessen Gesamtvolumen verringert wird, wobei das Gesamtvolumen aus dem kleinstmöglichen Volumen des Sammlers zuzüglich aller zwischen dem Sammler und dem La-

destützen vorgesehenen Durchlässen besteht. Hier- arbeitenden Motoren ist es überdies notwendig, das durch wird, da jedem Zylinder ein separater Samm- Sammlervolumen so klein wie möglich zu halten, da ler zugeordnet ist, in vorteilhafter Weise durch die bei Fehlzündungen die Gefahr einer Zündung der ge-Volumenanpassung des Sammlers an die Motordreh- speicherten Ladung besteht. Für optimale Resultate zahl eine weitere Verbesserung der Zylinderfüllung 5 wird es bevorzugt, daß das vorerwähnte Gesamtvoluerreicht. Die Membran, aus welcher die bewegliche men zwischen vier- bis sechsmal so groß wie das Wand bestehen kann, wird bei jeder vollen Umdre- durchströmte Volumen des Pumpenabschnitts ist.
hung der Kurbelwelle von ihrer Stellung minimalen Um eine größtmögliche Motorleistung zu erhalten,

Sammlervolumens in die Stellung maximalen Samm· sollte das Volumen des Sammlers und etwa vorhanlervolumens und zurück überführt. Das heißt also, io dener Leitungen in bezug auf die Motorgeschwindigdie Membran schwingt synchron mit der Drehzahl. keit abgestimmt werden. Vorzugsweise ist deshalb

Wenn ein stetiger, zwischen dem Höchst- und der Unterschied zwischen dem Höchst- und dem Mindestdruck des Sammlers liegender Druck auf die Mindestdruck innerhalb des oder der Sammler am bewegliche Wand zur Einwirkung gebracht wird, größten bei einer Motorgeschwindigkeit S, die zwikann dieser Druck von einer Feder, von dem Druck 15 sehen 0.5 N und 0,9 /V liegt, wobei N die Geschwinin der Kurbelwanne oder vom Druck eines besonde- digkeit ist, bei der der Motor seine maximale Leiren Luftvorrats herrühren, der an einem geeigneten stung entwickelt. Dies ist ein Erfordernis für Mehr-Punkt des Motors, z. B. am Pumpenabschnitt des Zy- zweckmotore. Dadurch, daß man diesen Unterschied linders, entnommen werden kann. Wenn also die so groß wie möglich macht, kann eine größtmögliche Kurbelwanne genügend groß ist, wird sich, obwohl »0 Ladung vom Sammler abgegeben werden, denn je der Druck in der Wanne Änderungen unterworfen höher der Höchstdruck im Sammler ist, desto größer ist, ein mittlerer Druck einstellen, der, wenn er zwi- wird die in ihn eingeführte Ladung, und je kleiner sehen dem Höchst- und Mindestdruck im Sammler der Mindestdruck im Sammler ist, desto größer wird liegt, zum Bewegen der Wand verwendet werden die νί,τη Sammler abgegebene Ladungsmenge sein, kann. »5 Bei Sport- und Rennmotoren verhält es sich in dieser

Wenn beispielsweise die Bewegung der bewegli- Beziehung insofern anders, als der Unterschied zwichen Ward von der Kurbelwanne her veranlaßt wird, sehen Höchst- und Mindestdruck im Sammler seinen wird die Amplitude dieser Bewegung abnehmen. Höchstwert bei einer Betriebsgeschwindigkeit S hawenn die Geschwindigkeit des Motors zunimmt, so ben sollte, die zwischen 0,7 bis 1,1 N liegt, wobei N daß diese Bewegung nur im unteren Geschwindig- 30 die Geschwindigkeit ist, bei der der Motor seine keitsbereich des Motors auftritt. Dies wird sich aber größte leistung entwickelt.

beim Anlassen des Motors günstig auswirken und Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im

den Wirkungsgrad in den niedrigen Geschwindig- folgenden Teil der Beschreibung an Hand der Zeichkeitsbereichen des Motors verbessern. Wenn das er- nungen beschrieben. In den Zeichnungen ist
wähnte Gesamtvolumen kleiner ist als das Dreifache 35 Fig. 1 eine einen Zylinder mit dem Kolben in der des durchströmten Volumens des Pumpenabschnitts, oberen Totpunktstellung zeigende Schnittansicht, deläßt r.ich der Motor schwer anlassen, und seine Lei- ren beide Hälften in rechtwinklig zueinander anstung wird erheblich beeinträchtigt. Der Sammler geordneten Schnittebenen liegen,
muß ein ausreichendes Volumen haben, um zu ver- Fig. 2 eine der Fig. 1 ähnliche Ansicht, in dci

hindern, daß ein erheblicher Teil der Ladung so- 40 der Kolben in der von ihm 115° nach dem oberen gleich in den Pumpenabschnitt des Zylinders zurück- Totpunkt eingenommenen Stellung gezeigt ist,
gedrückt wird. F i g. 3 eine den F i g. 1 und 2 ähnliche Ansicht

Das im Vergleich zu dem Volumen des ihm zu- mit dem Kolben in der unteren Totpunktstellung,
geordneten Pumpenabschnitts große Volumen des F i g. 4 eine den F i g. 1 bis 3 ähnliche Ansicht mil

Sammlers bewirkt, daß das Ausströmen des Gases 45 dem Kolben in seiner 320° nach dem ob~-ren Tot aus dem Sammler verzögert wird, wenn sich der punkt eingenommenen Stellung,
Pumpenteil des Kolbens in seine untere Totpunkt- F i g. 5 eine Schnittansicht einer zweiten Ausfüh

stellung zurückbewegt und bevor die Ladeschlitze rungsform mit mechanisch betätigten Ein- und Aus vom Kolbenmantel geschlossen werden. Wenn das Iaßventilen,

Sammlervolumen zu klein ist, wird im Sammler ein 50 F i g. 6 ein Schaubild, das die Auswirkungen voi hoher Druck erzeugt, was zur Folge hat, daß ein er- Volumenänderungen des Sammlers zeigt,
lieblicher Teil der Ladung durch die Ladeschlitze F i g. 7 ein Schaubild, das die Auswirkung der Ein

verlorengeht, wenn sich der Kolben von seiner obe- stellung des Sammlers zeigt

ren Totpunktstellung weg bewegt. Dadurch, daß das F i g. 8 eine der F i g. 1 ähnliche Ansicht eines Mo

Ausströmen der Ladung verzögert wird, bleibt mehr 55 tors, dessen Sammler mit einer beweglichen Wan« von der Ladung im Sammler und kann dann in den versehen ist,

Arbeitsabschnitt des Zylinders gelangen, wenn die Fig.9 eine Ansicht des in Fig.8 gezeigten Mo

Ladeschlitze vom Arbeitsteil des Kolbens freigege- tors, dessen Kolben sich in seiner unteren Totpunkt ben werden. stellung befindet,

Vorzugsweise ist das erwähnte Gesamtvolumen 60 Fig. 10 eine Einzelansicht einer durch eine Fede des Sammlers zwischen drei- bis zwölfmal so groß gesteuerte beweglichen Wand und
wie das durchströmte Volumen des Pumpenab- F i g. 11 eine Emzelansicht einer durch eine Luft

Schnitts. Ist dieses Voumen jedoch größer als 12 :1, ablaßanordnung gesteuerten beweglichen Wand
so ergeben sich, obwohl die Leistung des Motors Der in den F i g. 1 bis 4 gezeigte Motor hat ein ge

nicht ernstlich beeinträchtigt wird, Anlaßschwicrig- 65 gossenes Kurbelwannengehluse 10, in das ein Pum keilen, Fehlzündungen in den Sammler hinein sowie penabschnitt Il eines stufenförmigen Zylinders ein ferner ein sehr großer Platzbedarf für den Sammler. geformt ist, dessen Arbeitsabschnitt 12 in einem Zy Bei Benzinmotoren und anderen mit Funkenzündung linderblock 10 a angeordnet ist Der Durchmesse

des Pumpenabschnitts 11 ist größer als der Durch- Aus F i g. 3 ist ersichtlich, daß die Blattfedern sich

messer des Arbeitsabschnitts 12. Der als Ganzes mit bei Abnahme des Unterdrucks im Pumpenabschnitt 1 13 bezeichnete Kolben hat ein im Arbeitsabschnitt wieder aufeinander zu bewegen. Wenn sich der KoI-12 des Zylinders geführtes Arbeitsteil 14 und ein im ben von seiner unteren Totpunktstellung nach oben Pumpenabschnitt 11 geführtes Pumpenteil 15. 5 bewegt, schließen sich die bei dieser Ausführungs-

Ik einem am oberen Ende des Zylinders vorgese- form das Einlaßventil darstellenden Blattfedern 22, henen Verbrennungsraum 16 ragt eine Zündkerze 17 so daß die im Pumpenabschnitt des Zylinders befindhinein. Ein in der Wand des Arbeitsabschnitts 12 liehe Ladung komprimiert und gleichzeitig auch die vorgesehener Auspuffschlitz 18 steht mit einer Aus- in den Arbeitsabschnitt eingeströmte Ladung zusampuffleitung 19 und einem Auspuffrohr 20 in Verbin- to mengedrückt wird. Unmittelbar bevor der Kolben dung. Eine im Gehäuse vorgesehene Einlaßleitung 21 seine obere Totpunktstellung erreicht, kommt die hat ein Schwingventil mit zwei Blattfedern 22, deren Ausnehmung 33 in Ausrichtung mit den zu den eine Enden in ihrer normalen Stellung an einer mittig Sammlerabschnitten 30 führenden Ladeschlitzen 32, in der Leitimg angeordneten Stange 23 anliegen. Die so daß die im Pumpenabschnitt komprimierte Latnderen Enden der Blattfeder 22 sind an einem keil- 15 dung in den Sammler einströmt (Pfeil 41 in Fig.4). förmigen Bauteil 24 befestigt. Die Einlaßfleitung 21 Wenn der Kolben sich wieder angenähert in seiner «teht bei einem Benzinmotor über ein Einlaß- oberen Totpunktstellung befindet, wird die Ladung rohr 25 mit einem nicht gezeigten Vergaser in Ver- gezündet und das Arbeitsspiel wiederholt sich, bindung. Fig.6 ist ein Schaubild, das das Verhältnis zwi-

Der Kolben ist mittels einer Kolbenstange 26 mit ao sehen der Bremsleitung (in PS) des Motors und dem einem Kurbelzapfen 27 einer Kurbelwelle verbun- Vervielfachungsfaktor zwischen dem Gesamtvoluden. Das Arbeitsteil 14 des Kolbens ist mit Kolben- men des Sammlers (einschließlich der Durchlässe) ringen 28 und das Pumpenteil 15 mit einem Kolben- und dem Volumen des durchspülten Teils des Pumring 29 versehen. penabschnitts zeigt. Wie aus Kurve 42 ersichtlich.

Im Gehäuse 10 sind zwei in Draufsicht um 180° 35 beginnt der Höchstleistungsbereich rechts von der zueinander versetzte Sammlerabschnitte angeordnet, Linie 43. Der Bereich 44 zwischen der Linie 43 und VMi denen einer bei 30 gezeigt ist. Der Sammlerab- dem anfänglichen Teil 45 der Kurve 42 ist ein Beschnitt 30 steht über einen Durchlaß 31 mit einem reich niedrigen Luftverbrauchs, in dem die Motorlei-Schlitz 32 in der Wand des Arbeitsabschnitts 12 des stung schlecht und das Anspringen des Motors unbe-Zylinders in Verbindung. Dies trifft auch für den an- 30 friedigend ist. Der obere Teil des Höchstleistungsbederen Sammlerabschnitt zu, so daß die Sammlerab- reichs wird durch die Linie 46 begrenzt, die einem schnitte hier also über zwei Schlitze 32 mit dem Ar- Sammlervolumen entspricht, das zwölf mal so groß beitsabschnitt 12 kommunizieren. Diese Schlitze sind wie das durchspülte Volumen des Pumpenabschnitts im folgenden als Ladeschlitze bezeichnet. Der KoI- ist. Es wurde gefunden, daß jenseits dieser Linie ein ben weist an seiner Außenseite als Ganzes mit 33 be- 35 unstabiler Bereich liegt, in dem sich auf den Sammler zeichnete Ausnehmungen auf, die einander gegen- auswirkende Fehlzündungen auftreten können und überliegen und mit den Ladeschlitzen 32 kommuni- der Motor schlecht anspringL Bei Benzinmotoren zieren. Der untere Teil 34 der Ausnehmungen liegt und anderen Motoren mit Funkenzündung sollte das im Pumpenteil, der tiefere obere Teil 35 der Ausneh- Sammlervolumen so klein wie möglich sein, da sonst mung, in den ein Ansatz 36 für den Kolbenzapfen 40 die Gefahr besteht, daß durch Fehlzündung die im hineinragt, im Arbeitsteil 14 des Kolbens. Sammler befindliche Ladung gezündet wird. Es ist

Die Wirkungsweise des beschriebenen Motors ist deshalb wünschenswert, daß nach Möglichkeit ein wie folgt: In Fig. 1 befindet sich der Kolben im obe- Faktor gewählt wird, der in dem von den Linien 47 ren Totpunkt. Es sei angenommen, daß die Ladung und 48 begrenzten Bereich liegt, in dem das Gegezündet und die Sammlerabschnitte 3 in einer noch 45 samtvolumen des Sammlers (einschließlich der zu beschreibenden Weise mit einer Ladung gefüllt Durchlässe) zwischen vier- und sechsmal so groß wie worden sind. Wenn sich der Kolben aus seiner obe- das durchspülte Volumen des Pumpenabschnitts ist. ren Totpunktstellung abwärts zn bewegen beginnt, Es sich ersichtlich, daß in diesem Bereich annähernd strömen die Auspuffgase (Pfeile 37 der Fig. 2) in die die Höchstleistung erreicht wird, obwohl das Samm-Auspuffleitiing 19. Das Pumpenteil 15 des Kolbens 50 lervolumen vergleichsweise klein gehalten werden erzeugt dabei im Pampenabschnitt 11 des Zylinders kann, was dazu beiträgt, daß das Verhältnis von Leieinen Unterdruck, so daß, wie durch den Pfeil 38 stung zum Volumen klein sein kann, dargestellt, eine Ladung Frischgas unter Auseinan- Es wurde ferner gefunden, daß es vorteilhaft ist,

derdrucken der Blattfedern 22 in dea Pumpenab- den Sammler und die Durchgänge so auszulegen, daß schnitt estr und diesen auffüllt Wie ersichtlich, 55 ein Resonanzsystem mit einer Eigenfrequenz entsind zn diesem Zeitpunkt die Ladeschlhze 32 durch steht, bei der der größte Unterschied zwischen den oberen Teil 39 des Kolbenhemd« abgedeckt, so Höchst- und Mindestdruck im Sammler bei einer bedaß die in den Sammlerabschnitten befindliche La- stimmten Geschwindigkeit auftritt Das Schaubild dung nicht in den Arbeftsabschnitt 12 des Zylinders nach Fig.7 zeigt die Auswirkung einer solchen Ausgelangen kann, es legung des Sammlersystems. Im Schaubild ist der

Wenn der Kolben seinen unteren Totpunkt er- Sammlerdmck über der Kurbelstellung aufgetragen, reicht hat (Fig. 3), sind die Ladeschlitze 32 von dem Die Kurve 49 ist eine typische Kurve for im Sammler TeS 39 des Kolbenhemdes freigegeben, so daß die auftretende Druckändenmgen. Diese Kurve erreicht Ladung ans den Sammlerabschnitten in den Arbeits- ein Maximum bei 50, wenn die Ladung in den abschnitt 12 des Zylinders (Pfeil 40). Die 65 Sammler strömt, und ein Minimum bei 51, wenn die beiden Ladeschlitze 32 sind so angeordnet, daß eine Ladung aus dem Sammler abgeströmt ist Es ist er-Umkehrspähmg stattfindet, die das Ausströmen der sichtlich, daß zum überführen einer maximalen La-Anspuffgase unterstützt (Pfeile 37). dung dieser durch die linie 50 α dargestellte Unter-

9 10

schied ein Maximum sein sollte, da je größer der zeigten Stellung, in der das Sammlervolumen am Höchstdruck je mehr Ladung in den Sammler ge- größten ist, und der in F i g. 9 gezeigten Stellung bedrückt werden wird, und je geringer der Mindest- wegen, in der das Sammlervolumen am kleinsten ist. druck je weniger Ladung im Sammler nach dem Ab- Der Sammler 70 steht über einen zum Ladeschlitz 32 strömen der Ladung zurückbleiben wird. Eine bevor- 5 führenden Durchlaß 31 mit dem Arbeitsabschnitt 12 zugte Kurve ist die mit 52 bezeichnete Kurve, die ein des Zylinders in Verbindung.

Maximum bei 53 und ein Minimum bei 54 hat, bei Die Wirkungsweise entspricht im wesentlichen der

der also sowohl zwischen dem Maxima 50 und 53, als des in F i g. 1 und 4 beschriebenen Motors. So wird

auch zwischen den Minima 51 und 54 bessere Werte in Fi g. 8 eine im Pumpenabschnitt 11 zusammenge-

erzielt werden. Vorzugsweise sollte diese Kurve bei io drückte Ladung über die Ausnehmung 35 in den

einer Drehzahl S vorhanden sein, die bei einem All- Durchlaß 31 und den Sammler 70 überfuhrt (Pfeil

zweckmotor zwischen 0,5 und 0,9 N liegt, wobei N 41). Die Membran 72 wird dabei die in F i g. 8 ge-

die Drehzahl ist, bei der der Motor seine höchste zeigte Stellung einnehmen, da der Druck im Sammler

Leistung entwickelt. Für einen Sport- oder Rennmo- 70 größer als der Druck in der Kurbelwanne 75 ist,

tor sollte die optimale Kurve bei einer Drehzahl- 15 der zu diesem Zeitpunkt niedrig ist, da sich der KoI-

vorliegen, die zwischen 0,7 und 1,IiV liegt, wobei N ben in seiner oberen Totpunktstellung befindet Der

wiederum die Drehzahl ist, bei der der Motor seine Sammler hat also sein maximales Volumen und kann

höchste Leistung entwickelt. Das überführte VoIu- eine entsprechend große Ladung aufnehmen. Wenn

men sollte zur Erzielung der Höchstleistung so groß die Ladung im Verbrennungsraum gezündet wird

wie möglich sein. Die Kurven der F i g. 7 können mit ao und der Kolben sich in seine untere Totpunktstellung

einem Oszillographen entwickelt werden, und das bewegt, wird, wenn er sich, wie in Fig.9 gezeigt,

Luftsammlersystem kann dann dementsprechend ein- dieser Stellung nähert, der obere Teil 39 seines Man-

gestellt werden. tels den Ladeschlitz 32 freigeben, so daß die im

Vielfache Abwandlungen können bei der beschrie- Sammler gespeicherte Ladung über den Schlitz 32 in benen Ausführungsform, die für Mehrzylindermotore 25 den Arbeitsabschnitt 12 des Zylinders gelangen kann anwendbar ist, vorgenommen werden. Ein derartiger (Pfeil 40). Die Auspuffgase entweichen durch die Mehrzylindermotor kann eine Anzahl von Zylindern Auspuffschlitze 18 (Pfeile 37). Die Membran wird aufweisen, von denen jeder nach der Erfindung mit sich jetzt in die in F i g. 9 gezeigte Stellung bewegen, einem eigenen Sammler versehen ist, so daß jeder da sich der Druck in der Kurbelwanne 75 durch die Zylinder in der oben beschriebenen Weise arbeiten 30 Bewegung des Kolbens in seine untere Totpunktstelwird. Bei dieser Anordnung ist bei jedem Sammler lung erhöht hat. Hierdurch wird das Volumen des das Gesamtvolumen (einschließlich Durchlässe) in Sammlers verringert und die Ladung aus dem Sammder oben beschriebenen Weise zwischen drei- und ler herausgedrückt. Die Bewegung der Membran zwölfmal so groß wie das durchspülte Volumen des wird von der Bewegung des Kolbens in der Kurbel-Pumpenabschnitts des Zylinders. 35 wanne 75 so festgelegt, daß sie der erforderlichen

F i g. 5 zeigt eine Anordnung mit mechanisch betä- Bewegung entspricht, d. h. daß das Sammlervolumen

tigten Einlaß- und Auslaßventilen. Der Motor weist in der oberen Totpunktstellung am gri'3ten und in

hier einen Zylindei block 53 a mit einem Zylinder der unteren Totpunktstellung des Kolbens am klein-

auf, der aus einem Arbeitsabschnitt 54 a und einem sten sein wird. Wenn sich die Geschwindigkeit des

Pumpenabschnitt 55 besteht. Der im Zylinder hin- 40 Motors erhöht, verringert sich die Amplitude der

und hergehende Kolben 56 hat einen Arbeitsteil 57 Membranbewegung, und bei höheren Geschwindig-

und einen Pumpenteil 58. Die Sammler 59 stehen keiten kann sich in der Kurbelwanne ein mittlerer

über Durchlässe 60 mit im Arbeitsabschnitt 54 α vor- Druck einstellen, der zwischen dem Höchst- und dem

gesehenen Schlitzen 61 in Verbindung. Das Abfüh- Mindestdruck im Sammler Hegt so daß zwar VoIu-

ren der Auspuffgase aus dem Arbeite- oder Verbren- 45 menänderungen des Sammlers auftreten, aber bei ge-

nungsraum 62 wird von einem Ventil 63 gesteuert, ringerer Amplitude.

das von einer nicht gezeigten Nockenwelle betätigt Falls erwünscht, kann die Membran durch eine wird. Eine Zündkerze ist mit 64 bezeichnet Das Ein- Feder einem im wesentlichen konstanten Druck unführen der Ladung La den Pumpenabschitt 55 des terworfen sein. Dies kann auch durch einen besonde-Zylinders wird von einem Einlaßventil 65 gesteuert, 50 ren Lüftvorrat, der an einer geeigneten Stelle dem das ebenfalls von der Nockenwelle betätigt wird. Ab- Motor, beispielsweise dem Pumpenabschnitt, entgesehen von der mechanischen Betätigung der Ven- nommen wird, bewirkt werden. Die ersterwähnte Antile entspricht die Wirkungsweise dieses Motors der Ordnung mit einer die Membran 72 beaufschlagenin den Fig. 1 bis 4 gezeigten Ausführungsform, bei den Feder 76 ist in Fig. 10 gezeigt Bei der anderen der ein automatisch arbeitendes Einlaßventil verwen- 55 in Fig. 11 gezeigten Anordnung schließt die Memdet ist und der Auspuff über vom Kolben gesteuerte bran 72 eine von ihr und einer Wand 78 der Kurbel-Schlitze erfolgt wanne gebildete Kammer 77 ab, die über ein Rohr

Der in den F i g. 8 und 9 dargestellte Motor ent- 79 und Kanäle 80 und 88 mit dem Pumpenabschnitt

spricht abgesehen von der Sammleranordnung dem 12 des Zylinders verbunden ist Falls erforderlich,

in den F i g. 1 bis 4 gezeigten Motor, so daß in den 60 kann in der Leitung 79 ein Rückschlagventil oder ein

Fig.8 und 9 für die auch in den Fig. 1 bis 4 vor- Steuerventil zur Regelung des in der Kammer 77

handenen Teile und Pfeile die gleichen Bezugszei- herrschenden Drucks angeordnet werden. Die Federchen verwendet werden. In Fig.8 wird ein Sammler kraft bzw. die Höhe des Drucks, die auf die Mem-

70 innerhalb des Gehäuses 10 von einer Deckelplatte bran einwirken, sind dann so gewählt, daß sie zwi-

71 und einer flexiblen Membran 72 gebildet, die an 65 sehen dem Höchst- und dem Mindestdruck im ihrer Kante zwischen einem Vorsprung 73 des Ge- Sammler liegen, so daß sie eint Änderung des häuses und einem Befestigungsring 74 festgelegt ist. Sammlervolumens in einet der oben beschriebenen Die Membran kann sich zwischen der ir« F i g. 8 ge- Weise im wesentlichen entsprechenden Weise ennög-

lichen. Wenn die Knrbelwanne genügend 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 bei Mehrzylindermotoren anwendbar, bei denen jeder Zylinder in der oben beschriebenen Weise seinen eigenen Sammler hat, wobei es dann, falls der Kurbelwannendruck zum Betätigen der beweglichen Wand verwendet werden soll, notwendig ist, die Kurbelwanne durch Trennwände in den einzelnen Zylindern zugeordnete Abschnitte zu unterteilen.

Das durchströmende Volumen des Pumpenabschnitts des oder der Zylinder kann dem durchströmten Volumen des Arbeitsabschnitts des Zylinders g'.eich sein oder entsprechen oder von diesem abweichen. Falls das durchströmte Volumen des Pumpenabschnitte größer als das des Arbeitsabschnitts ist, kann der Spülvorgang durch Anwendung von Umkehrspülungen verbessert werden. Wenn Gleichstromspülung verwendet wird, kann mit Vorvei<?ichtung gearbeitet werden. Dies ist sowohl bei Benzinals auch bei Dieselmotoren möglich.

Es ist ersichtlich, daß durch die Erfindung ein einfach aufgebauter Motor mit gutem volumetrischen Wirkungsgrad bzw. Füllungsgrad geschaffen wird.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims (11)

Patentansprüche:

1." Ein- oder raehrzyUndriger Stufenkolben-Zweitaktverbrennungsmotor, dessen Zylinder aus einem Pumpenabschnitt von größerem und einem Arbeitsabschnitt von kleinerem Durchmesser und dessen Kolben aus einem entsprechenden Pumpenteil und Arbeitsteü bestehen, wobei dem oder jedem der Zylinder ein von der Kurbelwanne getrennter Sammler zugeordnet ist, der je nach Kurbelstellung des Motors mit dem vom Pumpenabschnitt des Zylinders und dem Pumpenteil des Kolbens gebildeten Pumpenraum bzw. dem vom Arbeitsabschnitt des Zylinders und dem Arbeitsteil des Kolbens gebildeten Arbeitsraum derart verbindbar ist, daß in den Pumpenraum angesaugte Ladung während des Verdichtungshubes in den Sammler vernrängt und im Sammler unter ao Druck gespeicherte Ladung am Ende des Arbeitstaktes unter Ausspülung der verbrannten Ladung in den Arbeitsraum einströmt, dadurch gekennzeichnet, daß im Kolbenhemd des Arbeitsteils (14; 57) wenigstens eine im Zusam- as menwirken mit der Zylinderinnenfläche einen geschlossenen Kanal bildende, zur Oberseite des Pumpenteils (15; 58) geführte Ausnehmung (33) und im Arbeitsabschnitt (12; 54 a) des Zylinders wenigstens ein mit uem Sammler (30; 59; 70) in Verbindung stehender Schlitz (32, 61) vorgesehen sind, wobei die Anordnung der Ausnehmung bzw. der Ausnehmungen und des Sc llitzes bzw. der Schlitze so getroffen ist, daß der Sammler (30; 59; 70) im Bereich des oberen Totpunktes über die Ausnehmung im Zylinder mit dem Pumpenraum in Verbindung steht, während er sich im Bereich des unteren Totpunktes zum Arbeitsraum (62) öffnet.

2. Motor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gesamtvolumen des Sammlers (30; 59; 70) zuzüglich des Volumens der von ihm zum zugehörigen Zylinder führenden Leitungen (31, 60) wenigstens dreimal so groß ist wie das Hubvolumen des Pumpenabschoitts (11; 55) des dem Sammler zugeordneten Zylinders (11, 12; 54 α, 55).

3. Motor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Sammler (70) 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, wobei das Gesamtvolumen aus dem klcinstmöglichen Volumen des Sammlers zuzüglich aller zwischen dem Sammler und dem Ladesitützen vorgesehenen Durchlässen besteht.

4. Motor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die bewegliche Wand eine Membran (72) ist.

5. Motor nach Anspruch 3 oder4, dadurch gekennzeichnet, daß der beweglichen Wand (72) eine Bewegung aufgezwungen wiird.

6. Motor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die bewegliche Wand (72) zwischen der Kurbelwanne (75) und dem Sammler (70) so angeordnet ist, daß sie durch Schwankungen des in der Kurbelwanne herrschenden Drucks bewegbar ist.

7. Motor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Membran (72) auf ihrer dem Samralerraum abgewandten Seite einem im wesentlichen konstanten Druck ausgesetzt ist, der kleiner als der Höchstdruck des Sammlers, aber größer als der Mindestdruck des Sammlers ist.

8. Motor nach Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der im wesentlichen konstante Druck durch eine Feder (76), durch den in der Kurbel wanne herrschenden Druck oder durch dan Druck eines getrennten, den Motor entnommenen Luftvorrat erzeugt ist

9. Motor nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Gesamtvolumen des Sammlers (30; 59; 70) etwa vier- bis sechsmal so groß wie das durchströmte Volumen des Pumpenabschnitts ist.

10. Motor nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der zwischen dem Höchst- und dem Mindestdruck im Sammler (30; 59; 70) vorhandene Druckunterschied seinen Höchstwert bei einer Motorgeschwindigkeit (S) hat, die zwischen 0,5 und 0,9 N liegt, wobei N die Geschwindigkeit ist, bei der der Motor seine höchste Leistung entwickelt.

11. Motor nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der zwischen dem Höchst- und dem Mindestdruck im Sammler (30; 59; 70) vorhandene Druckunterschied seinen Höchstwert bei einer Motorgeschwindigkeit (S) hat, die zwischen 0,7 und 1,1 N liegt, wobei N die Geschwindigkeit ist, bei welcher der Motor seine höchste Leistung entwickelt.