DE2523712A1 - Doppelkolbenzweitaktbrennkraftmaschine - Google Patents

Description

"Patentanwälte Dipl.-Ing. H. Veickmann, Dipl.-Phys. Dr. K. Fincke

Dipl.-Ing. R AAVeickmann, Dipl.-Chem. B. Huber

8 MÜNCHEN 86, DEN POSTFACH 860 820 TOET

MÖHLSTRASSE 22, RUFNUMMER 98 39 21/22

Dipl.-Ing. Bernhard Büchner

807 Ingolstadt-Unsernherrn, Ott-Heinrich-Straße 25

DOPPEI^OLBENZWEITAKTBRENNKRAFTMASCHINE

Die Erfindung betrifft eine Zweitaktbrennkraftmaschine mit Doppelkolben und einer unter Mitwirkung des Doppelkolbens gebildeten Kurbelkammerpumpe, wobei der kurbelkammerseitige Zylinderabschnitt des Zylinders des vore^lenden Kolbens mit dem brennraumseitigen Zylinderabschnitt des nacheilenden Kolbens durch mindestens einen kolbengesteuerten Überströmkanal verbindbar ist und der Auslaßvorgang durch den voreilenden Kolben gesteuert ist.

Eine derartige Zweitaktbrennkraftmaschine ist beispielsweise aus der DT-PS 921 061 bekannt. Dabei sind der Auslaßvorgang und der Überströmvorgang in der Weise gesteuert, daß - in Drehrichtung der Kurbelwelle gesehen - der den Auslaß bildende Schlitz in der Zylinderwand stets vor

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Öffnen des Überströmkanals geöffnet und vor dem Schließen des Überströmkanals geschlossen wird. Im Gegensatz zu der Steuerung bei einer Einkolbenmaschine, bei welcher die für den Auslaß der verbrannten Gase und für das Überströmen des Luftbrennstoffgemisches zur Verfügung stehenden Umdrehungswinkel symmetrisch zum unteren Kurbelkammertotpunkt liegen, sind bei der bekannten Zweitaktbrennkraftmaschine der Auslaßwinkel entgegen der Drehrichtung und der Überströmwinkel mit der Drehrichtung relativ zu ihrer jeweiligen symmetrischen Lage verschoben.

Zweitaktbrennkraftmaschinen der oben beschriebenen Art wurden jahrelang im Motorradbau verwendet, da man ihnen wegen der unsymmetrischen Steuerung von Auslaß- und Überströmvorgang eine besonders gute Aufladung (Nachladung), d.h. eine besonders gute Füllung des Brennraums mit frischem Luftbrennstoffgemisch nachsagte.

Es zeigte sich jedoch bei den bisherigen Doppelkolbenmotoren, daß vor der Beendigung des Uberströmvorgangs das Druckgefälle von der Kurbelkammer zum Brennraum in ein Druckgefälle vom Brennraum zur Kurbelkammer umschlug und somit ein Teil der frischen Ladung aus dem Brennraum wieder in die Kurbelkammer zurückströmte. Der den Auslaßschlitz steuernde Kolben ist nämlich gegen Ende des Auslaßvorgangs bereits ziemlich weit von seinem unteren Totpunkt entfernt und nach Schließen des Auslaßschlitzes steigt der Überdruck aufgrund des Verdichtungshubes im Zylinder rasch an, während gleichzeitig sich der Unterdruck in der Kurbelkammerpumpe vergrößert.

Trotz der grundsätzlichen Vorteile einer Doppelkolbenmaschine gegenüber einer Einfachkolbenmaschine ging man wegen dieser schlechten Aufladung wiederum zur Einkolben-

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maschine mit Umkehrspülung zurück. Da bei einer solchen Maschine jedoch notgedrungen der Brennstoffeinlaß und der Auslaß für die verbrannten Gase im gleichen Zylinder liegen, läßt es sich nicht unter allen Betriebsbedingungen vermeiden, daß ein gewisser Prozentsatz der frischen Ladung direkt mit den verbrannten Gasen zusammen durch den Auslaß verlorengeht. Das bedeutet eine Leistungseinbuße, erhöhten Kraftstoffverbrauch sowie einen unzulässig hohen Anteil an unverbrannten Kohlenwasserstoffen in den Abgasen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einer eingangs beschriebenen Zweitaktbrennkraftmaschine mit Doppelkolben die Aufladung, d.h. die Zuführung des frischen Luftbrennstoffgemisches zu verbessern und damit die Leistung der Brennkraftmaschine zu steigern.

Zur Lösung der Aufgabe wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß der Überströmvorgang der Luft oder des Luftbrennstoffgemisches aus der Kurbelkammer durch den Überströmkanal in den Zylinder des nacheilenden Kolbens derart gesteuert ist, daß der Überströmkanal - in Drehrichtung der Kurbelwelle betrachtet - nach dem Öffnen des Auslasses geöffnet und vor dem Schließen des Auslasses geschlossen wird.

Diese Maßnahme bedeutet, daß der Überströmkanal bereits zu einem Zeitpunkt wieder geschlossen ist, zu dem der nacheilende Kolben noch nahe seiner unteren Totpunktstellung ist und damit noch ein großer Druck in der Kurbelkammerpumpe herrscht. Da außerdem der Auslaß noch offen ist, ist auch der Druck oberhalb der Kolben im Brennraum noch sehr gering. Somit herrscht während des gesamten Überströmvorgangs ein Druckgefälle von der Kurbelkammerpumpe zum Brennraum hin und ein Zurückströmen der frischen Ladung in die Kurbelkammerpumpe kann nicht erfolgen. Der zeitliche Abstand zwischen dem Schließen des Überströmkanals und dem Schließen

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des Auslasses ist dabei so bemessen, daß der Auslaß in dem Augenblick schließt, wenn die Spitzen des Frischgasstromes (Spülstromes) den Auslaß erreichen.

Wegen des stets von der Kurbelkammerpumpe zum Auslaß gerichteten Druckgefälles wird ein vollständiges Absaugen der Abgase und eine gute Füllung des Verbrennungsraumes mit frischem Gemisch gewährleistet. Ein energieverzehrendes Hin- und Herpumpen eines Teiles des Luftbrennstoffgemisches zwischen der Kurbelkammer und dem Brennraum der Zylinder wird vermieden. Dadurch läßt sich mit der erfindungsgemäßen Zweitaktbrennkraftmaschine gegenüber den bekannten Maschinen gleichen Hubraums eine wesentlich grössere Leistung bei geringerem Kraftstoffverbrauch erzielen. Die geringen Spülverluste und die Leistungssteigerung bei der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine machen es möglich, die Vorteile wirkungsvoll zu nutzen, welche eine Doppelkolbenzweitaktbrennkraftmaschine gegenüber einer Einfachkolbenzweitaktbrennkraftmaschine aufweist. Insbesondere lassen sich nun Brennkraftmaschinen mit einem gegenüber den bisherigen Zweitaktbrennkraftmaschinen großen Hubraum bauen, ohne daß dadurch eine wesentliche Vergrösserung der Gesamtmaschine notwendig wäre.

Die erfindungsgemäße Steuerung des Überströmvorganges läßt sich besonders vorteilhaft so durchführen, daß der Überströmvorgang ausschließlich durch den voreilenden Kolben gesteuert ist.

Diese konstruktive Maßnahme hat zur Folge, daß der dem Auslaßvorgang entsprechende Drehwinkel (Auslaßwinkel) und der dem Überströmvorgang entsprechende Drehwinkel der Kurbelwelle (Überströmwinkel) die gleiche Winkelhalbierende haben und damit wie bei einer Einkolbenbrennkraftmaschine symmetrisch zueinander sind. Gleichzeitig sind aber Aus-

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laßwinkel und Uberströmwinkel durch das Voreilen des den Auslaßvorgang und den Uberströmvorgang steuernden Kolbens entgegen der Drehrichtung unsymmetrisch zum unteren Kurbelkammertotpunkt verschoben. Dies ermöglicht es, den Uberströmwinkel innerhalb der durch den Auslaßwinkel gegebenen Grenzen relativ groß zu machen und damit eine optimale Füllung zu gewährleisten.

Zur Verbesserung der Spülung kann der Überströmkanal so ausgeführt sein, daß er tangential in den Zylinder des nachlaufenden Kolbens einmündet. Dadurch wird das in den Zylinder des nachlaufenden Kolbens einströmende Luftbrennstoffgemisch in eine Kreisbewegung versetzt, d.h. es erhält einen Drall. Dieser bewirkt, daß das einströmende Luftbrennstoffgemisch nicht direkt dem Sog der ausströmenden Abgase folgt, sondern den gesamten Brennraum oberhalb der beiden Kolbenboden vom nacheilenden Kolben her auffüllt, ohne sich dadurch mit den ausströmenden Abgasen zu vermischen.

Auch bei Verwendung zweier Überströmkanäle können diese in der Weise ausgeführt sein, daß sie tangential in den Zylinder des nacheilenden Kolbens einmünden. Die Richtung der Überströmkanäle kann dabei so gewählt sein, daß die in den Zylinder eintretenden Spülströme einen einander entgegengesetzten Drall erhalten. Das Aufeinanderprallen der entgegengesetzt rotierenden Spülströme bewirkt eine Verwirbelung des Luftbrennstoffgemisches, sowie eine Ablenkung der Spülströme in Richtung des Zylinders des voreilenden Kolbens und damit eine raschere Füllung des Brennraumes mit einem frischen Luftbrennstoffgemisch. Diese Ausführungsform eignet sich daher besonders für mit hohen Drehzahlen laufende Zweitaktbrennkraftmaschinen.

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Ist eine derartig rasche Füllung des Brennraumes mit frischem Luftbrennstoffgemisch nicht erforderlich, können die Überströmkanäle in den Zylinder des nacheilenden Kolbens auch derart tangential einmünden, daß die in den Zylinder eintretenden Spülströme einen gleichgerichteten Drall erhalten.

Um die Menge an frischem Luftbrennstoffgemisch, die gegebenenfalls mit den ausströmenden Abgasen durch den offenen Auslaß entweicht, möglichst gering zu halten, kann ein sich an den Auslaß im Zylinder des voreilenden Kolbens anschließender Auslaßkrümmer so angeordnet sein, daß der Drall des Spülstroms dem durch den Auslaßkrümmer hervorgerufenen Drall der ausströmenden Abgase entgegengerichtet ist.

Für die Zuführung des Brennstoffs können verschiedene Wege beschritten werden. Eine erste Möglichkeit sieht vor, daß das Luftbrennstoffgemisch durch einen Schlitz in der Zylinderwand des voreilenden Kolbens in die Kurbelkammer einströmen kann. Der Schlitz wird durch den voreilenden Kolben gesteuert und ist dann vollständig geöffnet, wenn sich der voreilende Kolben in seinem oberen Totpunkt befindet.

Gemäß einer zweiten Ausführungsform wird das Luftbrennstoff gemisch durch einen Rohrstutzen in die Kurbelkammer hineingesaugt, wobei der Rohrstutzen mit seiner kurbelkammerseitigen Öffnung an den Umfang einer mit der Kurbelwelle rotierenden Hubscheibe dicht heranreicht und durch Ausnehmungen am Umfang der Hubscheibe während eines bestimmten Umdrehungswinkels der Kurbelwelle freigegeben wird. Diese zweite Möglichkeit hat gegenüber der ersten den Vorteil, daß der Einlaß des Luftbrennstoffgemisches unabhängig von der Stellung der Kolben gesteuert werden

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Die Erfindung sieht eine dritte Möglichkeit vor, bei wel~ eher die Verbrennungsluft wie bei der zweiten Ausführungsform direkt in die Kurbelkammer eingesaugt wird und in dem Überströmkanal eine Brennstoffeinspritzdüse angeordnet ist mit zur Strömungsrichtung der aus der Kurbelkammer überströmenden Verbrennungsluft entgegengesetzter Einspritzrichtung. Diese Lösung erlaubt es, genau die im jeweiligen Betriebszustand der Brennkraftmaschine benötigte Brennstoffmenge zuzuführen und bewirkt durch das Einspritzen des Brennstoffs in den Überströmkanal mit zur Strömungsrichtung der Verbrennungsluft entgegengesetzter Einspritzrichtung eine gute Vermischung des Brennstoffs mit der Verbrennungsluft. Eine gute Durchmischung wird auch durch eine besondere Ausbildung des Brennraumes herbeigeführt: gemäß der Erfindung ist nämlich vorgesehen, daß in einem die beiden Zylinder gemeinsam verschließenden Zylinderkopf eine den Brennraum bildende Aussparung vorgesehen ist, welche - in einem die Zylinderachsen enthaltenden Schnitt der Brennkraftmaschine betrachtet - im wesentlichen den zwischen den Zylinderachsen liegenden Raum überdeckt. Bei dieser Ausführung ist jeder Zylinder also nur etwa über die Hälfte seines Querschnitts zum Brennraum hin offen. Das mit hoher Strömungsgeschwindigkeit aus dem Zylinder des nacheilenden Kolbens durch den Brennraum in den Zylinder des voreilenden Kolbens überströmende Luftbrennstoffgemisch wird durch diese Querschnittsverengung verquetscht und dadurch verwirbelt. Zudem wird das Gemisch durch die Verengung des Strömungsquerschnittes zwangsweise an einer oder mehreren innerhalb der den Brennraum bildenden Aussparung angeordneten Zündker- " zen vorbe!geführt, so daß um die Zündkerzen herum in je-

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dem Falle zündfähiges Gemisch vorhanden ist. Eine Wirbelbildung wird noch dadurch gefördert, daß die Durchtrittsöffnungen zwischen den Zylindern und dem Brennraum sowie die Begrenzungsflächen des Brennraumes so ausgebildet sind, daß das beim Kompressionshub aus den Zylindern in den Brennraum gepreßte Gemisch tangential im Sinne einer Drallerzeugung in den Brennraum einströmt. Es können dabei sehr hohe Werte für den Drall (ca. 200 U/sec.) ohne Leistungsverlust erreicht werden. Bei einem Drall des Gemisches würde eine zentrale Zündkerze und eine Zündkerze im Randwirbel ein optimales Durchbrennen der Ladung bewirken.

Ein weiteres wesentliches Merkmal der Erfindung besteht darin, daß beide Kolben mit der Kurbelwelle gemeinsam durch ein gabelförmig ausgebildetes Pleuel verbunden sind und daß die beiden Pleuelstangen tangential zum Pleuellager an dem Pleuelfuß angeordnet sind. Das gabelförmige Pleuel nimmt die sich bei seiner Arbeitsbewegung ergebenden geringen Abstandsänderungen der Kolbenbolzenaugen durch elastische Verformung der Pleuelstangen auf.

Es ist zwar beispielsweise aus der US-PS 14 74 591 ein gabelförmig ausgebildetes Pleuel bekannt, jedoch sind dort die beiden Pleuelstangen vor Erreichen des Pleuelfußes miteinander vereinigt und münden radial in den Pleuelfuß ein. Das hat zur Folge, daß der von den Kolben über die Pleuelstangen auf das Pleuellager wirkende Druck genau radial gerichtet ist und somit jeweils nur auf den einzelnen gerade in der Druckrichtung liegenden Wälzkörper des Lagers einwirkt. Durch diese hohe Beanspruchung eines einzelnen Wälzkörpers des Pleuellagers wird dieses rasch abgenutzt und schließlich zerstört. Bei der erfindungsgemäßen Anordnung dagegen wird durch die tangentiale Einleitung des Druckes

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beidseitig des Pleuellagers die Belastung auf eine größere Zahl von Wälzkörpern gleichmäßig verteilt.

Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Pleuels liegt darin, daß die Länge der Pleuelstangen bei gleicher Gesamtlänge des Pleuels gegenüber dem bekannten Pleuel grosser ist. Dieser Vorteil ist sehr wesentlich, da in der Formel für die Durchbiegung der Pleuelstangen die Länge in der dritten Potenz erscheint und die auf den ersten Blick verhältnismäßig geringe Vergrößerung der Pleuelstangenlänge infolgedessen merklich die Anpreßkräfte der Kolben an den Wandungen verringert. Durch eine Verlängerung des Pleuels insgesamt läßt sich dagegen die Durchbiegung praktisch nicht verbessern. Außerdem treten die Vorteile der unsymmetrisehen Steuerung bei der Doppelkolbenbrennkraftmaschine durch eine geringe Gesamtlänge des Pleuels deutlicher hervor, bzw. werden bei einem längeren Pleuel verringert; und schließlich würde eine Verlängerung des gesamten Pleuels den schädlichen Raum der Kurbelkammerpumpe vergrößern und damit eine Füllung verschlechtern.

Die beiliegenden Zeichnungen erläutern die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels. Es stellen dar:

Fig. 1 einen die Zylinderachsen enthaltenden schematischen Schnitt durch die erfindungsgemäße Zweitaktbrennkraftmaschine,

Fig. 2 einen Schnitt nach Linie II-II in Fig. 1, Fig. 3 einen Schnitt nach Linie III-III in Fig. 1,

Fig. 4 ein Steuerdiagramm zur Darstellung des Auslaß- und Überströmvorganges und

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Fig. achsnormale schematische Schnitte durch

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drei verschiedene Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Zweitaktbrennkraftmaschine .

Bei der in den Fig. 1 und 2 dargestellten allgemein mit 10 bezeichneten Zweitaktbrennkraftmaschine erkennt man einen Zylinderblock 12 mit zwei Zylindern 14 und 16, welche durch einen einen Brennraum 18 enthaltenden Zylinderkopf 20.verschlossen sind. In den Zylindern 14 und 16 ist je ein Kolben 22 bzw. 24 verschiebbar geführt. Beide Kolben 22 und 24 sind über ein gemeinsames, allgemein mit 26 bezeichnetes Pleuel mittels eines Kurbelzapfens 27 exzentrisch an einer auf einem Wellenzapfen 28 gelagerten Hubscheibe 30 angelenkt, wobei diese in der durch eine Wanne 32 geschlossenen Kurbelkammer 34 rotiert.

Die Zylinder 14 und 16 werden durch die Kolbenboden 36 bzw. 38 jeweils in einen brennraumseitigen Zylinderabschnitt und einen kurbelkammerseitigen Zylinderabschnitt unterteilt. Die kurbelkammerseitigen Zylinderabschnitte bilden zusammen mit der Kurbelkammer 34 und den hin- und hergleitenden Kolben 22 und 24 eine Kurbelkammerpumpe, welche zum Ansaugen der Verbrennungsluft oder des Luftbrennstoffgemisches durch einen in die Kurbelkammer 34 hineinreichenden Ansaugstutzen 40 dient. Damit das angesaugte Gemisch aus der Kurbelkammer 34 in die brennraumseitigen Zylinderabschnitte und den Brennraum 18 gelangen kann, ist in dem Zylinderblock 12 ein Überströmkanal 42 ausgebildet mit einem Eintrittsschlitz 44 in dem kurbelkammerseitigen Zylinderabschnitt des Zylinders 14 und einem Austrittsschlitz 46 in dem brennraumseitigen Zylinderabschnitt des Zylinders 16. Der Eintrittsschlitz 44 wird dabei durch ein Fenster 48 im Kolbenmantel des Kolbens 22 freigegeben. Zum Absaugen der verbrannten Gase aus dem Brennraum 18 ist in

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dem brennraumseitigen Zylinderabschnitt des Zylinders 14 ein Auslaßschlitz 50 angeordnet.

Die erfindungsgemäße Zweitaktbrennkraftmaschine arbeitet in der folgenden Weise: Wenn sich in der Fig. 1 die Hubscheibe in Richtung des Pfeiles A dreht, bewegen sich die Kolben 22 und 24 nach unten, wobei der Kolben 22 dem Kolben 24 stets vorauseilt. In der in der Fig. 1 dargestellten Phase ist das Ansaugen des frischen Gemisches durch den Ansaugstutzen 40 bereits beendet und die innerhalb der Kurbelkammer 34 liegende Öffnung 52 des Ansaugstutzens 40 durch den dicht an diesem anliegenden Abschnitt 54 der Hubscheibenumfangsflache verschlossen. Gleichzeitig beginnt die obere Kolbenkante 56 des Kolbens 22 den Auslaßschlitz 50 freizugeben, so daß die verbrannten Gase aus dem Brennraum 18 und den brennraumseitigen Zylinderabschnitten der Zylinder 14 und 16 durch den Auspuff abgesaugt werden können. Dreht sich nun die Hubscheibe 30 in Richtung des Pfeiles A aus der in der Fig. 1 dargestellten Lage weiter, so wird als nächstes der Austrittsschlitz 46 in dem brennraumseitigen Zylinderabschnitt des Zylinders 16 von der oberen Kolbenkante 58 des nacheilenden Kolbens 24 freigegeben. Noch ist aber der Überströmkanal 42 geschlossen, da der Eintrittsschlitz 44 des Überströmkanals in dem kurbelkammerseitigen Zylinderabschnitt des Zylinders 14 durch den Kolbenmantel des Kolbens 22 verschlossen ist. Erst wenn die Unterkante 60 des Fensters 48 im Kolbenmantel des Kolbens 22 die Oberkante 62 des EintrittsSchlitzes 44 überläuft, wird der Überströmkanal 42 geöffnet. Zu diesem Zeitpunkt herrscht ein großes Druckgefälle (ca. 1 atü) von der Kurbelkammer 34 zum Brennraum 18 hin und das in der Kurbelkammer 34 verdichtete frische Gemisch strömt mit annähernd Schallgeschwindigkeit durch den hohlen Kolben 22 und den Überströmkanal 42 in den brennraumseitigen

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Zylinderabschnitt des Zylinders 16 über den Brennraum 18 in den brennraumseitigen Zylinderabschnitt des Zylinders 14. In der tiefsten Stellung des Kolbens 22 sind der Überströmkanal 42 und der Auslaßschlitz 50 vollständig geöffnet und der Kolben 24 befindet sich mit seiner oberen Kolbenkante 58 weit unterhalb des Austrittsschlitzes 46.

Bei der weiteren Drehung der Hubscheibe 30 bewegen sich die Kolben 22 und 24 wieder nach oben, wobei wiederum der Kolben 22 dem Kolben 24 vorauseilt. Nachdem die untere Kante 60 des Fensters 48 die obere Kante 62 des Eintrittsschlitzes 44 überlaufen hat, ist der Überströmkanal 42 wiederum abgesperrt. Erst dann verschließt der aufwärtsgleitende Kolben 22 auch den Auslaßschlitz 50 im Zylinder 14. Danach beginnt die Verdichtung des Luftbrennstoffgemisches in den brennraumseitigen Zylinderabschnitten 14 und 16 und die Zündung des Gemisches durch nicht dargestellte Zündkerzen im Brennraum 18 erfolgt, wenn sich die beiden Kolben 22 und 24 in oder nahe ihrer oberen Totpunktstellung befinden. Unter dem Druck der Verbrennungsgase bewegen sich die Kolben 22 und 24 daraufhin wieder nach unten.

Die einzelnen Arbeitsphsen der erfindungsgemäßen Zweitaktbrennkraftmaschine während eines Umlaufs der Hubscheibe 30 sind in dem Steuerdiagramm der Fig. 4 dargestellt. Bezugspunkt für einen Umlauf ist der untere Kurbelkammertotpunkt T, Die ausgezogenen Linien begrenzen den Auslaßwinkel a, d.h. den Winkel, um den sich die Hubscheibe 30 zwischen dem Öffnungszeitpunkt des Auslasses 50 durch den Kolben 22 und dem Schließzeitpunkt A2 des Auslasses 50 durch den Kolben 22 dreht. Die gestrichelten Linien begrenzen den Überströmwinkel b, d.h. den Drehwinkel der

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Hubscheibe 30 zwischen dem Öffnungszeitpunkt B1 und dem Schließzeitpunkt B2 des Überströmkanals 42 durch den Kolben 22. Schließlich geben die strichpunktierten Linien den Einlaßwinkel c zwischen den entsprechenden Zeitpunkten C1 und C2 wieder, währenddessen die Eintrittsöffnung 52 an dem Ansaugstutzen 40 durch eine Aussparung 64 an der Umfangsflache der Hubscheibe 30 freigegeben ist.

Wie man aus der Fig. 4 erkennt, liegt der ÜberStrömwinkel b innerhalb des Auslaßwinkels a, und zwar symmetrisch zu diesem, d.h. der Winkel d zwischen A1 und B1 ist gleich dem Winkel e zwischen B2 und A2. Diese Symmetrie ergibt sich aus der Tatsache, daß sowohl der Auslaßvorgang als auch der Überströmvorgang ausschließlich durch den voreilenden Kolben 22 gesteuert werden. Im Gegensatz zu den bekannten Zweitaktbrennkraftmaschinen mit Doppelkolben sind also sowohl der Auslaßwinkel a als auch der Überströmwinkel b aus einer zum unteren Kurbelkammertotpunkt T symmetrischen Lage gegen die Drehrichtung A verschoben. Dadurch wird erreicht, daß der Überströmkanal 42 schon wieder verschlossen ist, wenn sich der nacheilende Kolben 2k noch nahe seiner tiefsten Stellung befindet. Da gleichzeitig der Auslaßschlitz 50 noch offen ist, besteht zum Zeitpunkt B2 immer noch ein Druckgefälle von der Kurbelkammer 34 zum Brennraum 18 hin. Es kann daher auch kein frisches Gemisch aus den brennraumseitigen Zylinderabschnitten in die Kurbelkammer 34 zurückströmen, wie dies bei den bekannten Zweitaktbrennkraftmaschinen mit Doppelkolben und Kurbelkammerpumpe der Fall ist. Der Winkel e bzw. d ist dabei so bemessen, daß der Auslaßschlitz 50 geschlossen ist, wenn das frische Gemisch den Auslaßschlitz 50 erreicht. Die Größe der V/inkel a, b, c, d und e kann in gewissen Grenzen variieren, solange nur

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die oben beschriebene Abfolge der Vorgänge gleichbleibt.

Der in den Fig. 1 und 3 dargestellte Brennraum 18 überdeckt nur etwa den zwischen den Zylinderachsen der Zylinder 14 und 16 liegenden, in der Fig. 3 schraffierten, Teil der Zylinderquerschnitte, während der Rest der Zylinderquerschnitte der Zylinder 14 und 16 durch den Zylinderkopf 20 abgedeckt ist. Wenn das Gasgemisch aus dem brennraumseitigen Zylinderabschnitt des Zylinders 16 in den Brennraum 18 strömt, wird der Gemischstrom durch die gegenüber dem Zylinderquerschnitt des Zylinders 16 enge Übergangsöffnung verquetscht und verwirbelt. Das bewirkt eine gute Durchmi— schung von Brennstoff und Verbrennungsluft.

Die in den Fig. 1 und 3 dargestellte spezielle Form des Brennraumes 18 sorgt dafür, daß das beim Kompressionshub der Kolben 22 und 24 aus den Zylindern 14, 16 in den Brennraum 18 gepreßte Gemisch nochmals gründlich verwirbelt wird und den Brennraum 18 vollständig ausfüllt.

Fig. 1 und 3 lassen einen im wesentlichen zylinderförmigen Brennraum 18 erkennen, dessen Querschnitt sich in zwei einander diametral gegenüberliegenden Bereichen vom zylinderfernen Brennraumende zu den Zylindern 14, 16 hin erweitert. Die dadurch entstehenden Ausbuchtungen 51, 53 des Brennraumes 18 sind jeweils durch eine sphärische Drecksfläche 55 bzw. 57 begrenzt.

Durch diese Ausbildung des Brennraumes 18 strömt das Gemisch aus den Zylindern 14, 16 vorzugsweise tangential in den Brennraum 18 ein, wie durch die Pfeile in Fig. 3 angedeutet, und wird durch den dadurch erzeugten Drall (bis zu 200 U/sec.) verwirbelt.

In den Fig. 5-7 sind verschiedene Anordnungen von Überströmkanälen und Auslaßkanälen dargestellt. Dabei geben

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die eingezeichneten Pfeile jeweils die Strömungsrichtung des Gemisches und der Abgase \tfieder. Bei der Anordnung gemäß Fig. 5 mündet der Überströmkanal 42 ebenso wie bei der Anordnung in Fig. 2 tangential in den Zylinder 16 ein. Dadurch wird das einströmende Gemisch in Drehung versetzt, es erhält einen Drall. Dieser Drall verhindert, daß das einströmende Gemisch sich mit den ausströmenden Abgasen vermischt. Das einströmende Gemisch wird an der Zylinderwand entlanggeführt und schiebt die ausströmenden Abgase vor sich her. Aus dem Zylinder 16 gelangt das Gemisch wieder über den nicht dargestellten Brennraum 18 in den Zylinder 14. Anstelle des in·Fig. 1 dargestellten einzigen Auslaßschlitzes sind in den Anordnungen gemäß Fig. 5, 6 und 7 jeweils zwei Auslaßschlitze 66, 68 vorgesehen, welche in einen Auslaßkrümmer 70 münden. Die Krümmung des Auslaßkrümmers 70 ist so gewählt, daß der den Abgasen durch die Krümmung erteilte Drall dem Drall des frischen Gemisches entgegengesetzt ist.

In der Fig. 6 sind zwei Überströmkanäle 72, 74 vorgesehen, von denen der in Fig. 6 linke wie der Überströmkanal 42 in Fig. 5 tangential und der in der Fig. 6 rechte Überströmkanal im wesentlichen radial in den Zylinder 16 einmündet. Die Anordnung von zwei Überströmkanälen hat den Vorteil, daß die Höhe der Eintritts- und Austrittsschlitze der einzelnen Überströmkanäle 72 und 74 gegenüber der Höhe des Eintritts- und Austrittsschlitzes des Überströmkanals 42 verringert werden kann. Dadurch kann der Überströmwinkel b verkleinert und der effektive Hubraum vergrößert werden. Bei der Anordnung nach Fig. 6 erhalten die aus den Kanälen 72 und 74 austretenden Gemischströme einen gleichgerichteten Drall, der wiederum dem Drall der durch den Auslaßkrümmer 70 ausströmenden Abgase entgegengerichtet ist.

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In der Ausführung nach Fig. 7 laufen die Überströmkanäle 72 und 74 tangential derart in den Zylinder 16 ein, daß die Gemischströme mit entgegengesetztem Drall aufeinanderprallen, sich aneinander aufrichten und zur Brennkammer 18 hin abgelenkt werden. Diese Art der Zuführung des Gemisches erlaubt eine raschere Füllung der brennraumseitigen Zylinderabschnitte 14 und 16. Da das Gemisch nach dem Zusammenprall der beiden Gemischströme keinen Drall mehr aufweist, kann auch auf eine Krümmung des sich an die Auslaßschlitze 66 und 68 anschließenden Rohrstutzens 76 verzichtet werden.

In den Fig. 1 und 2 1st eine mit 77 bezeichnete Einspritzdüse angedeutet. Wird diese Einspritzdüse verwendet, dann saugt die Kurbelkammerpumpe lediglich die Verbrennungsluft an. Der Brennstoff wird dann innerhalb des Uberströmkanals in den Luftstrom entgegengesetzt zu dessen Strömungsrichtung eingespritzt.

Ein wesentlicher Vorteil der erfindungsgemäßen Zweitaktbrennkraftmaschine ist in der Ausbildung des Pleuels 26 zu sehen. Wie man aus der Fig. 1 erkennt, ist das Pleuel 26 gabelförmig ausgebildet mit zwei durch Kolbenbolzen 78 und 80 an den Kolben 22 bzw. 24 befestigten Pleuelstangen 82 und 84, welche tangential zu einem nicht dargestellten Pleuellager in einen Pleuelfuß 86 einmünden. Durch die Elastizität der Pleuelstangen 82 und 84 wird der sich im Betrieb der Maschine verändernde Abstand der Kolbenbolzen 78 und 80 voneinander ausgeglichen. Durch die dabei auftretenden elastischen Spannungen werden die Kolben 22 und 24 mit einem leichten Druck an der jeweiligen Zylinderwand geführt, so daß die Kolben bei ihrer axialen Hin- und Herbewegung trotz des notwendigerweise zwischen Kolben-

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mantel und Zylinderwand vorhandenen Spiels keine Bewegung quer zur Achse ausführen können.

Aus der Darstellung leuchtet es unmittelbar ein, daß die Länge der Pleuelstangen 82 und 84 bei gleicher Gesamtlänge des Pleuels 26 größer ist, wenn die Pleuelstangen 82 und 84 tangential in den Pleuelfuß 86 einlaufen, als wenn sie radial in den Pleuelfuß 86 einmünden würden. Zudem erkennt man auch, daß durch den tangentialen Einlauf der Pleuelstangen 82 und 84 in den Pleuelfuß 86 sich die Belastung des Pleuellagers auf eine Vielzahl von Lagerrollen verteilt. Dadurch wird eine wesentlich höhere Lebensdauer des Pleuellagers erzielt.

Die erfindungsgemäße Ausführung einer Zweitaktbrennkraftmaschine erlaubt es aufgrund ihrer hohen Leistung bei geringem Kraftstoffverbrauch Zweitaktbrennkraftmaschinen mit einem Hubraum zu bauen, der bisher nur Viertaktbrennkraftraaschinen vorbehalten war. Der Hubraum von Einfachkolbenzweitaktbrennkraftmaschinen ist wegen der sich bei großem Zylinderdurchmesser ergebenden thermischen Probleme, begrenzt. Mit einer Doppelkolbenzweitaktbrennkraftmaschine kann der effektive Bohrungsquerschnitt vergrößert werden bei relativ kleinem Durchmesser jedes einzelnen Zylinders der Doppelkolbenzweitaktbrennkraftmaschine. Die Hubhöhe der Brennkraftmaschine steht in einem bestimmten Verhältnis zur wirksamen Querschnittsfläche. Daher kann die Hubhöhe bei einer Doppelkolbenbrennkraftmaschine grosser gemacht werden, als es dem Querschnitt des einzelnen Zylinders der Doppelkolbenbrennkraftmaschine entspräche. Eine große Hubhöhe erlaubt aber eine einfache Bauweise der Kurbelwelle, da der radiale Abstand der Wellenzapfen 28 und der zur Lagerung des Pleuels dienenden Kurbelzap-

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fen 27 so groß ist, daß diese in die Hubscheibe 30 eingepreßt v/erden können. Diese Bauweise ist sehr viel einfacher, als wenn an die Hubscheibe 30 einer der beiden Zapfen angeschmiedet werden muß. Bei zu geringem radialen Abstand zwischen den beiden Zapfen ist ein Einpressen nicht möglich, da der Steg zwischen den beiden Aufnahme— bohrungen für die entsprechenden Zapfen bereits beim Einpressen zerreißen würde.

Schließlich sei noch auf die Vorteile der erfindungsgemäßen Zweitaktbrennkraftmaschine hinsichtlich der Abgasvorschriften hingewiesen. Der Ausstoß von Stickoxyden in den Abgasen ist bei einer Zweitaktbrennkraftmaschine wegen ihrer geringen Verdichtung ohnehin geringer als bei einer Viertaktbrennkraftmaschine. Der wesentliche Nachteil der bisherigen Zweitaktbrennkraftmaschinen lag darin, daß sie einen hohen Prozentsatz an unverbrannten Kohlenwasserstoffen in den Abgasen enthielten. Durch die erfindungsgemäße Steuerung von Auslaß- und Überströmvorgang kann der durch das Entweichen von unverbranntem Gemisch durch den Auslaßschlitz entstehende Verlust von etwa 25% auf 10/6 gesenkt werden, was dem Verlust bei den gängigen Viertaktbrennkraftmaschinen entspricht.

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Claims (11)

Patentans prüche

1. Zweitaktbrennkraftmaschine mit Doppelkolben und einer unter Mitwirkung des Doppelkolbens gebildeten Kurbelkamme r pump e , wobei der kurbelkammerseitige Zylinderabschnitt des Zylinders des voreilenden Kolbens mit dem brennraumseitigen Zylinderabschnitt des nacheilenden Kolbens durch mindestens einen kolbengesteuerten .Überströmkanal verbindbar ist und der Auslaßvorgang durch den voreilenden Kolben gesteuert ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Überströmvorgang der Luft oder des Luftbrennstoffgemisches aus der Kurbelkammer (34) durch den Überströmkanal (42) in den Zylinder (16) des nacheilenden Kolbens (24) derart gesteuert ist, daß der Überströmkanal (42) - in Drehrichtung der Kurbelwelle (28, 30) betrachtet -nachdem Öffnen des Auslasses (50) geöffnet und vor dem Schließen des Auslasses (50) geschlossen wird.

2. Zweitaktbrennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß der Überströmvorgang ausschließlich durch den voreilenden Kolben (22) gesteuert ist.

3. Zweitaktbrennkraftmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Überströmkanal (42) tangential in den Zylinder (16) des nachlaufenden Kolbens (24) einmündet.

4. Zweitaktbrennkraftmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß bei Verwendung zweier ÜberStrömkanäle (72, 74) diese tangential in den

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Zylinder (16) des nacheilenden Kolbens (24) derart einmünden, daß die in den Zylinder (16) eintretenden Gasströme einen einander entgegengerichteten Drall erhalten.

5.. Zweitaktbrennkraftmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwendung zweier Uberströmkanäle (72, 74) diese tangential in den Zylinder (16) des nacheilenden Kolbens (24) derart einmünden, daß die in den Zylinder (16) eintretenden Gasströme einen gleichgerichteten Drall erhalten.

6. Zweitaktbrennkraftmaschine nach einem der Ansprüche bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein sich an den Auslaß (50) im Zylinder (14) des voreilenden Kolbens (22) anschließender Auslaßkrümmer (70) so angeordnet ist, daß der Drall der in den Zylinder (14) überströmenden Gase dem Drall der ausströmenden Gase entgegengerichtet ist.

7. Zweitaktbrennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet , daß in dem Überströmkanal (42) eine Brennstoffeinspritzdüse (77) angeordnet ist mit zur Strömungsrichtung der aus der Kurbelkammer (34) überströmenden Verbrennungsluft entgegengesetzter Einspritzrichtung.

8. Zweitaktbrennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 7,dadurch gekennzeichnet, daß in einem die beiden Zylinder (14, 16) gemeinsam verschließenden Zylinderkopf (20) eine den Brennraum (18) bildende Aussparung vorgesehen ist, welche - in einem die Zylinderachsen enthaltenden Schnitt der

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Brennkraftmaschine (10) betrachtet - im wesentlichen den zwischen den Zylinderachsen liegenden Raum überdeckt.

9. Zweitaktbrennkraftmaschine nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet , daß die Durchtrittsöffnungen zwischen den Zylindern (14, 16) und dem Brennraum (18) sowie die Begrenzungsflächen des Brennraumes (18) so ausgebildet sind, daß das beim Kompressionshub aus den Zylindern (14, 16) in den Brennraum (18) gepreßte Gemisch tangential im Sinne einer Drallerzeugung in den Brennraum (18) einströmt.

10. Zweitaktbrennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet , daß beide Kolben (22, 24) mit der Kurbelwelle (28, 30) gemeinsam durch ein gabelförmig ausgebildetes Pleuel (26) verbunden sind und daß die beiden Pleuelstangen (82, 84) tangential zum Pleuellager an dem Pleuelfuß (86) angeordnet sind.

11. Zweitaktbrennkraftmaschine nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Pleuel (26) einstückig ausgebildet ist.

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