DE2914489A1 - Zweitakt-brennkraftmaschine - Google Patents
Zweitakt-brennkraftmaschineInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine Zweitakt-Brennkraftmaschine und insbesondere auf eine Zweitakt-Brennkraftmaschine, die
für Kraftfahrzeuge geeignet ist. Zweitakt-Brennkraftmaschinen, im folgenden kurz auch als Zweitaktmotor bezeichnet, haben
theoretisch den Vorteil, daß ein Motor bestimmter Größe grössere Leistung als ein größerer Viertaktmotor abgeben kann, da
der Zweitaktmotor doppelt so viele Arbeitsspiele je Umdrehung wie ein Viertaktmotor hat. Praktisch hat jedoch ein herkömmlicher
Zweitakt-Ottomotor mit Vergaser verschiedene Nachteile.
Dazu gehört, daß er im Vergleich zu einem Viertaktmotor verhältnismäßig
hohen Kraftstoffverbrauch hat, da während des Spülens Luft-Kraftstoff-Gemisch durch direktes Durchblasen von
Spülgemisch zum Auspuffkrümmer verlorengeht, und daß er nicht so
hohe Leistung hat,wie sie aufgrund der Tatsache, daß er doppelt so viele Arbeitsspiele wie ein entsprechender Viertaktmo-
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tor hat, erwartet werden könnte, da die Spülung immer noch unzureichend
ist. Wegen dieser Nachteile ist die praktische Anwendung von Zweitakt-Ottomotoren immer noch beschränkt auf das
Gebiet kleiner Motoren, die einfachen Aufbau und niedrige Her-Stellungskosten haben müssen.
Herkömmliche Zweitakt-Ottomotoren der vorstehend beschriebenen Art arbeiten daher in der Regel zum Spülen mit Kurbelgehäuseverdichtung.
Spülung durch Kurbelgehäuseverdichtung ist jedoch nicht sehr wirkungsvoll und liefert nur einen verhältnismäßig
niedrigen volumetrischen Wirkungsgrad. Dies ist der Hauptgrund für die geringe Nutzleistung herkömmlicher Zweitakt-Ottomotoren.
Bei Viertaktmotoren kann ein volumetrischer Wirkungsgrad von bis zu 80 % erreicht v/erden; dagegen liegt der volumetrische
Wirkungsgrad typischer Zweitaktmotoren immer noch bei niedrigen Werten im Bereich von beispielsweise 40 bis 50 %. Der Gebläsehubraum
bei Kurbelgehäuseverdichtung ist gleich dem Hubraum des Motors. Da jedoch das Kurbelgehäuse einen verhältnismäßig
großen Tot- bzw. Verdichtungsraum hat, ist das Verdichtungsverhältnis bei Kurbelgehäuseverdichtung verhältnismäßig
niedrig, was zur Folge hat, daß die Menge des in das Kurbelgehäuse angesaugten Luft-Kraftstoff-Gemisches klein ist, daß
die Menge des gelieferten Gemisches klein ist, daß der Lieferdruck und daher auch der Spüldruck niedrig ist und daß es demzufolge
schwierig ist, den Arbeitszylinder mit einer tatsächlich ausreichenden Spülgemischmenge zu versorgen. Dies hat zur
Folge, daß der Liefergrad bei einem Zweitaktmotor, bei dem die Spülung allein durch normale Kurbelgehäuseverdichtung bewirkt
wird, nur 0,5 bis 0,8 erreicht. Da ferner die Spülverluste ungefähr
0,3 betragen, hat der volumetrische Wirkungsgrad den oben erwähnten niedrigen Wert von ungefähr 40 bis 50 %.
Der Zweck des Spülens liegt darin, die im Arbeitszylinder vorhandenen
Restgase durch die Frischladung aus dem Arbeitszylinder herauszudrücken. Wenn der Druck der Restgase und der Ab-
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stand zwischen den Spülschlitzen und den Auslaßschlitzen gegeben sind, ist daher die zum vollständigen Spülen benötigte
Zeit bestimmt durch den Druck und die Menge des Spülgemisches,
sofern Schichtspülung durchgeführt wird. Wenn nun der Spüldruck niedrig ist, wie dies bei Kurbelgehäuseverdichtung der
Fall ist, wird eine verhältnismäßig lange Zeit für die vollständige Spülung benötigt, und zwar insbesondere dann, wenn
mit Gleichstromspülung gearbeitet wird, so daß es dann, wenn der Zweitaktmotor mit hoher Drehzahl arbeitet, geschehen kann,
daß die Auslaßschlitze schließen, bevor die Spülung beendet ist, so daß eine große Menge Abgas im Arbeitszylinder zurückbleibt
und daher nur eine sehr kleine Frxschladungsmenge in den Arbeitszylinder gelangt- Herkömmliche Zweitaktmotoren arbeiten
daher bei hohen Drehzahlen nicht befriedigend.
Im Hinblick auf diese Schwierigkeiten und auf der Grundlage der Idee, zusätzlich zu den Kurbelgehäusen, in denen Kurbelgehäuseverdichtung
erfolgt, ein spezielles Spülgebläse, ein sogenanntes Zusatzgebläse, vorzusehen, um die Menge und den Druck
des Spülgemisches so weit zu erhöhen, daß der volumetrische Wirkungsgrad auf Werte von bis zu 75 bis 90 %, in manchen
Fällen sogar 100 %, steigt und um dadurch wesentlich die spezifische
Nutzleistung eines Zweitakt-Ottomotors, bezogen auf das Volumen seines Hubraumes,, zu erhöhen und die Drehzahl eines
solchen Zweitaktmotors entsprechend der Erhöhung der spezifischen Nutzleistung zu verringern, damit die Spülung mit
der größeren Spülgemischmenge und dem größeren Spüldruck erfolgen kann, ohne nennenswerte Mischung zwischen dem Spülgemisch
und den Abgasen zu verursachen, und damit die Leistungs-Verluste
durch innere Reibung des Zweitaktmotors geringer sind, so daß die spezifische Nutzleistung des eigentlichen
Zweitaktmotors noch größer ist, und ferner das Volumen, insbesondere die Höhe, des Zweitaktmotors zu verringern in Anbetracht
der erhöhten spezifischen Nutzleistung, um auf diese Weise die Höhe des Motorraumes zu verringern und dadurch den
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Luftwiderstand des Fahrzeuges zu verkleinern und den Kraftstoffverbrauch
entsprechend zu verbessern, ist bereits in der älteren Patentanmeldung P 28 44 309.6 eine Zweitakt-Otto-Brennkraftmaschine
vorgeschlagen worden, die zumindest eine Zweitakt-Arbeitszylinder-Kolben-Baugruppe
mit Gleichstromspülung und mit zwei horizontal einander gegenüber angeordneten Arbeitskolben
sowie ein Spülgebläse mit zumindest einer Gebläsezylinder-Kolben-Baugruppe
in Hubkolbenbauart umfaßt, die von der Arbeitszylinder-Kolben-Baugruppe synchron zu dieser angetrieben
wird, wobei der Gesamthubraum des Spülgebläses zwischen 1,35 und 1,85 mal so groß wie der Gesamthubraum der Arbeitszylinder-Kolben-Baugruppe
ist und wobei die Betriebsphase der Gebläsezylinder-Kolben-Baugruppe relativ zur Betriebsphase der Arbeitszylinder-Kolben-Baugruppe, die von der Geblä-
sezylinder-Kolben-Baugruppe mit Spülgemisch versorgt wird, so verschoben ist, daß dannf wenn die Arbeitszylinder-Kolben-Baugruppe
an ihrem unteren Totpunkt ist, die Gebläsezylinder-Kolben-Baugruppe an oder kurz vor ihrem oberen Totpunkt ist.
In der genannten Patentanmeldung wird als eine Ausführungsform
der Zweitakt-Otto-Brennkraftmaschine mit dem vorstehend beschriebenen
grundsätzlichen Aufbau ein Ottomotor beschrieben, der zwei Arbeitszylinder-Kolben-Baugruppen der genannten Art,
die mit einer Phasendifferenz von 180° zwischen sich arbeiten, sowie eine doppeltwirkende Gebläsezylinder-Kolben-Baugruppe
in Hubkolbenbauart mit zwei horizontal einander gegenüber angeordneten Gebläsekolben als oben erwähnte Gebläsezyiinder-Kolben-Baugruppe
aufweist und der insgesamt kompakter ist und größere Nutzleistung erzeugen kann. Diese bereits vorgeschlagene
Zweitakt-Otto-Brennkraftmaschine mit einer doppeltwirkenden
Gebläsezylinder-Kolben-Baugruppe mit zwei horizontal einander gegenüber angeordneten Gebläsekolben umfaßt zwei gemeinsame
Kurbelwellen, die sich synchron zueinander drehen, wobei die zwei Zweitakt-Arbeitszylinder-Kolben-Baugruppen jeweils
zwei horizontal einander gegenüber angeordnete Arbeitskolben
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und zwei Kurbelmechanismen aufweisen, zu denen zwei Pleuelstangen gehören, die mit den zwei gemeinsamen Kurbelwellen
verbunden sind, während die doppeltwirkende Gebläsezylinder-Kolben-Baugruppe zwei Antriebsmechanisraen aufweist, zu denen
zwei Schlitzköpfe gehören, die mit Kurbelzapfen der zwei gemeinsamen
Kurbelwellen in Eingriff stehen, so daß die zwei Zweitakt-Arbeitszylinder-Kolben-Baugruppen und die doppeltwirkende
Gebläsezylinder-Kolben-Baugruppe synchron zueinander arbeiten. Bei diesem bereits vorgeschlagenen Zweitaktmotor ist
der Kurbelradius jeder der zwei gemeinsamen Kurbelwellen bezüglich der Arbeitszylinder-Kolben-Baugruppen im wesentlichen
gleich dem Kurbelradius der zwei gemeinsamen Kurbelwellen bezüglich
der Gebläsezylinder-Kolben-Baugruppe, so daß die Hübe der Arbeitskolben der Arbeitszylinder-Kolben-Baugruppen im wesentlichen
gleich den Hüben der Gebläsekolben der Gebläsezylinder-Kolben-Baugruppe
sind. Bis heute ist der geeigneteste Mechanismus, der eine Drehbewegung mit hoher Drehzahl, wie sie
bei Brennkraftmaschinen auftritt, in eine entsprechend schnelle Hin- und Herbewegung am genauesten ohne nennenswertes Spiel,
nennenswerte Schwingungen oder Versagen übertragen kann, ein Kurbelmechanismus aus einer Kurbelwelle und einer Pleuelstange.
Daher ist es auch bei der bereits vorgeschlagenen Zweitakt-Otto-Brennkraftmaschine
mit einer doppeltwirkenden Gebläsezylinder-Kolben-Baugruppe mit zwei horizontal einander gegenüber
angeordneten Gebläsekolben zweckmäßig, die Gebläsekolben mit den zwei Kurbelwellen mit Hilfe von zwei Kurbelmechanismen,
die jeweils eine Pleuelstange aufweisen, zu verbinden, sofern dies möglich ist. Bei einer doppeltwirkenden Gebläsezylinder-Kolben-Baugruppe,
bei der das kleinere Auge einer Pleuelstange, d.h. ihr von ihrem größeren Auge, an dem die Pleuelstange
mit einem Kurbelzapfen in Eingriff steht, abgewandtes Ende, nicht direkt mit einem Gebläsekolben verbunden werden kann,
sondern mit dem äußeren Ende einer Kolbenstange verbunden werden muß, die durch eine Endplatte verläuft und an ihrem inneren
Ende mit dem Gebläsekolben verbunden ist, ist, da auf eine
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Pleuelstange eine Querkraft ausgeübt -wird, die senkrecht zur
Hin- und Herbewegung des Kolbens wirkt, jedoch an der Verbindungsstelle der Kolbenstange mit der Pleuelstange ein Kreuzkopf
notwendig, um die Querkraft aufzunehmen. Da jedoch die bereits vorgeschlagene Zweitakt-Otto-Brennkraftmaschine besonders
als Motor für verhältnismäßig kleine Kraftfahrzeuge dienen soll, unterliegt ihre Breite aufgrund des im Motorraum eines
kleinen Kraftfahrzeuges nur begrenzt verfügbaren Raumes starken Beschränkungen, so daß es bei dem bereits vorgeschlagenen
Zweitaktmotor, bei dem die Gebläsekolben der Gebläsezylinder-Kolben-Baugruppe im wesentlichen den gleichen Kolbenhub
wie die Arbeitskolben der Arbeitszylinder-Kolben-Baugruppen haben, absolut unmöglich ist, genug Raum für einen Kreuzkopf
zu schaffen. Die gleiche Schwierigkeit tritt bei der Zweitakt-Diesel-Brennkraftmaschine
auf, die in der älteren Anmeldung P 28 54 346.6 beschrieben und vorgeschlagen ist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die erläuterte Schwierigkeit zu beheben und eine verbesserte Zweitakt-Otto-Brennkraftmaschine
und Zweitakt-Diesel-Brennkraftmaschine der vorstehend beschriebenen Art zu schaffen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einer Zweitakt-Brennkraftmaschine
gelöst durch zumindest zwei Zweitakt-Arbeitszylinder-Kolben-Baugruppen mit Gleichstromspülung, die jeweils
zwei horizontal einander gegenüber angeordnete Arbeitskolben und zwei Kurbelgehäuse aufweisen und die mit einer Phasendifferenz
von 180° zwischen sich arbeiten, zumindest eine doppeltwirkende Gebläsezylinder-Kolben-Baugruppe, die zwei horizontal
einander gegenüber angeordnete Gebläsekolben aufweist und von den Arbeitszylinder-Kolben-Baugruppen so angetrieben wird, daß
sie für die zwei Arbeitszylinder-Kolben-Baugruppen zwei getrennte Ladungen Spülgemisch aus Luft und Kraftstoff oder Spülluft
mit einer Phasendifferenz von 180° zwischen den beiden
Ladungen liefert, und zwei gemeinsame Kurbelwelle^ die sich
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synchron zueinander drehen, wobei die Arbeitszylinder-Kolben-Baugruppen
und die Gebläsezylinder-Kolben-Baugruppe jeweils zwei Kurbe!mechanismen aufweisen, zu denen die zwei gemeinsamen
Kurbelwellen gehören und die synchron zueinander arbeiten, und wobei der Kurbelradius jeder der zwei gemeinsamen Kurbelwellen
bezüglich der Gebläsezylinder-Kolben-Baugruppe wesentlich kleiner als bezüglich der Arbeitszylinder-Kolben-Baugruppen
ist.
Das vorstehend genannte Merkmal, daß bei einer Kombination aus
zumindest zwei Zweitakt-Arbeitszylinder-Kolben-Baugruppen und einer doppeltwirkenden Gebläsezylinder—Kolben-Baugruppe, die
funktional über zwei gemeinsame Kurbelwellen miteinander verbunden sind, der Kurbelradius jeder der zwei gemeinsamen Kurbeiwellen
bezüglich der Gebläsezylinder-Kolben-Baugruppe wesentlich kleiner als der Kurbelradius bezüglich der Arbeitszylinder-Kolben-Baugruppen
ist, bedeutet, daß der Hub der Gebläsekolben wesentlich kleiner als der Hub der Arbeitskolben
ist, so daß es möglich ist, einen Kreuzkopf zwischen einer gemeinsamen
Kurbelwelle und einem Gebläsekolben anzuordnen. Wenn dabei das Ausmaß der Verringerung des Kurbelradius für die Gebläsezylinder-Kolben-Baugruppe
relativ zu den Arbeitszylinder-Kolben-Baugruppen zu klein ist, ist der Hub der Gebläsekolben
immer noch verhältnismäßig groß, so daß es schwierig bleibt, einen Kreuzkopf unterzubringen, da der Hub des Kreuzkopfes
gleich dem Hub des zugehörigen Gebläsekolbens ist. Da ferner der Schwenk- bzw.Pendelwinkel einer Pleuelstange größer ist,
je größer der Kurbelradius ist, ist die auf die Pleuelstange wirkende Querkraft noch zu groß, um unbehinderte und glatte
Gleitbewegung des Kreuzkopfes sicherzustellen. Wenn andererseits das Ausmaß der Verringerung des Kurbelradius bei der Gebläsezylinder-Kolben-Baugruppe
relativ zum Kurbelradius bei den Arbeitszylinder-Kolben-Baugruppen zu groß ist, muß in diesem
Fall, um einen bestimmten Gesamthubraum der Gebläsezylinder-Kolben-Baugruppe
zu erreichen, der Durchmesser des Gebläse-
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Zylinders stark vergrößert werden, um die beträchtliche Verringerung
des Hubes der Gebläsekolben auszugleichen, wodurch die Schwierigkeit entsteht, daß die Ausgewogenheit der Durchmesser
der Arbeitszylinder-Kolben-Baugruppen und der Gebläsezylinder-Kolben-Baugruppe,
die nebeneinander angeordnet sind, verlorengeht, obwohl in diesem Fall der Hub des Gebläsekolbens
und der Hub des Kreuzkopfes klein genug sind, um ohne Schwierigkeit den Kreuzkopf zwischen der Kurbelwelle und dem Gebläsekolben
anzuordnen, während gleichzeitig der Schwenk- bzw. Pendelwinkel der Pleuelstange klein genug ist, um die auf den
Kreuzkopf wirkende Querkraft so weit zu verringern, daß unbehinderte und glatte Gleitbewegung des Kreuzkopfes sichergestellt
ist. Daher muß das Ausmaß der Verringerung des Kurbelradius bei der Gebläsezylinder-Kolben-Baugruppe relativ zum
Kurbelradius bei den Arbeitszylinder-Kolben-Baugruppen auf einen geeigneten Zwischenwert festgelegt werden, der zwischen
den vorstehend erläuterten Extremfällen liegt, so daß sich keiner der erläuterten Nachteile nennenswert auswirkt. In diesem
Fall ist zu beachten, daß - bei Konstanthaltung der Liefermenge der Gebläsezylinder-Kolben-Baugruppe-dann, wenn der Hub des
Gebläsekolbens um den Faktor 1/A (mit A größer als 1) geändert
wird, der Durchmesser des Gebläsezylxiiders nur um den Faktor "Quadratwurzel aus A" verändert bzw. vergrößert wird, so daß
daher eine verhältnismäßig starke Verringerung des Hubes des Gebläsekolbens nicht eine linear entsprechende Vergrößerung
des Durchmessers des Geblasezylxnders zur Folge hat. Wenn beispielsweise
A gleich 2 ist, ist die Quadratwurzel aus A ungefähr 1,4, so daß bei einer Halbierung des Hubes des Gebläsekolbens
der Durchmesser des Geblasezylxnders nur um ungefähr 40 % vergrößert zu werden braucht. In der genannten Patentanmeldung
P 28 44 309.6 ist angegeben, daß der Gesamthubraum des Spülgebläses 1,35 bis 1,85 mal so groß wie der Gesamthubraum
der Arbeitszylinder-Kolben-Baugruppe sein soll. Die gleiche Kennzeichnung gilt für die erfindungsgemäße Zweitakt-Brennkraftmaschine,
wenn diese als Zweitakt-Otto-Brennkraftmaschine
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ausgebildet ist, und zwar aus den in der genannten Patentanmeldung
aufgeführten Gründen. Wenn die erfindungsgemäße Zweitakt-Brennkraftmaschine als Zweitakt-Otto-Brennkraftmaschine
mit Kurbelgehäuseverdichtung ausgebildet ist, braucht der Gesamthubraum
der von den Arbeitszylinder-Kolben-Baugruppen getrennten
Gebläsezylinder-Kolben-Baugruppe lediglich 0,35 bis 0,85 mal so groß wie der Gesamthubraum der Arbeitszylinder-Kolben-Baugruppen
zu sein. Unter Berücksichtigung dieser Bedingung ist selbst dann, wenn der Kurbelradius bei -der Gebläsezylinder-Kolben-Baugruppe
auf den halben Wert des Kurbelradius bei den Arbeitszylinder-Kolben-Baugruppen verringert
ist, der Durchmesser des Gebläsezylinders maximal 1,3 mal so groß wie der der Arbeitszylinder-Kolben-Baugruppen (der Faktor
1,3 ergibt sich als Quadratwurzel aus 0,85 mal Quadratwurzel aus 2). Gleiches gilt auch für die Zweitakt-Otto-Brennkraftmaschine
gemäß der älteren Patentanmeldung P 28 50 809.0.
Wenn die Erfindung angewendet wird auf die Zweitakt-Diesel-Brennkraftmaschine
gemäß der älteren Patentanmeldung P 28 54 346.6, bei der der Gesamthubraum der Gebläsezylinder-Kolben-Baugruppe
0,5 bis 1,2 mal so groß wie der Gesamthubraum der Arbeitszylinder-Kolben-Baugruppen ist, ergibt sich bei einer
Verringerung des Kurbelradius bei der Gebläsezylinder-Kolben-Baugruppe auf die Hälfte des Kurbelradius bei den Arbeitszylinder-Kolben-Baugruppen,
daß der Durchmesser des Gebläsezylinders 1,55 mal so groß wie der der Arbeitszylinder ist
(der Faktor 1,55 ergibt sich als Quadratwurzel aus 1,2 mal Quadratwurzel aus 2). Diese Verhältnisse zwischen den Durchmessern
des Gebläsezylinders und des Arbeitszylinders werden für annehmbar.gehalten und stören die gewünschte Ausgewogenheit
der Abmessungen zwischen zumindest zwei Zweitakt-Arbeitszylinder-Kolben-Baugruppen
und zumindest einer doppeltwirkenden Gebläsezylinder-Kolben-Baugruppe nicht, die gemäß dem
grundsätzlichen Aufbau der Zweitakt-Brennkraftmaschine, bei der die Erfindung zur Anwendung kommt, parallel zueinander an-
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geordnet sind.
Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung von Ausführungsbexspielen unter
Bezugnahme auf die Zeichnungen, die die Erfindung jedoch nicht beschränken sollen. Es zeigen:
Figur 1 Einen schematischen Horizontalschnitt
durch eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen
Zweitakt-Otto-Brennkraftma
schine;
Figur 2 eine Schnittdarstellung gemäß II-II in
Figur 1;
15
15
Figur 3 eine Schnittdarstellung gemäß III-III in
Figur 2;
Figuren 4 Schnittdarstellungen gemäß IV-IV und V-V
Und 5 in Figur 1;
Figur 6 ein Kurbelwinkeldxagramm, das die Öffnungsund Schließzeitpunkte der Spülschlitze und
Auslaßschlitze der Brennkraftmaschine gemäß Figur 5 zeigt;
25
25
Figur 7 ein Indikatordiagramm, das den Druck im
Kurbelgehäuse für die in den Figuren 1 bis 5 dargestellte Brennkraftmaschine
zeigt; und
Figur 8 einen schematischen Horizontalschnitt
durch eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen
Zweitakt-Diesel-Brennkraftmaschine.
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Zunächst wird auf die Figuren 1 bis 5 eingegangen, die eine Zweitakt-Otto-Brennkraftmaschine als Beispiel für eine erfindungsgemäße
Zweitaktbrennkraftmaschine zeigen. Die Zweitakt-Otto-Brennkraftmaschine
wird im folgenden auch als Zweitakt-Ottomotor bezeichnet. Der dargestellte Zweitakt-Ottomotor umfaßt
einen Zylinderblock 10, der ungefähr die Form eines verhältnismäßig flachen Blocks mit rechtwinkeligem Grundriß hat
und dessen zwei größte Seiten in Einbaulage des Zweitakt-Ottomotors im wesentlichen horizontal verlaufen. Im Zylinderblock
sind zwei Kurbelwellen 12 und 14 angeordnet, die entlang gegenüberliegenden Rändern des Zylinderblocks verlaufen und
drehbar in Lagern 10a, 10b und 10c bzw. 10d," 10e und 10f gelagert
sind. Beim dargestellten Ausführungsbeispiel kann beispielsweise die Kurbelwelle 12 mit Hilfseinrichtungen des
Zweitakt-Ottomotors verbunden sein, wogegen die Kurbelwelle 14 als Ausgangswelle des Zweitakt-Ottomotors dient. Im Zylinderblock
10 befinden sich eine erste Arbeitszylinder-Kolben-Baugruppe, die im folgenden kurz als Arbeitseinheit 100 bezeichnet
wird, eine zweite Arbeitszylinder-Kolben-Baugruppe, die im folgenden kurz als Arbeitseinheit 200 bezeichnet wird,
sowie eine doppeltwirkende Gebläsezylinder-Kolben-Baugruppe mit zwei horizontalen Gegenkolben, die im folgenden kurz als
Zusatzgebläse 400 bezeichnet wird. Die Arbeitseinheit 100 und die Arbeitseinheit 200 weisen jeweils zwei horizontal gegenüber
angeordnete Arbeitskolben und zwei Kurbelgehäuse auf, arbeiten mit Gleichstromspülung und haben relativ zueinander
eine Phasendifferenz von 180°. Da die zwei Arbeitseinheiten gleichen konstruktiven Aufbau haben, wird im folgenden aus
Gründen der Einfachheit lediglich die Arbeitseinheit 100 beschrieben.
In den Zeichnungen sind diejenigen Teile und Elemente der Arbeitseinheit 200, die Teilen und Elementen der
Arbeitseinheit 100 entsprechen, mit Bezugszeichen bezeichnet, die um "100" höher sind als die Bezugszeichen der entsprechenden
Teile und Elemente der Arbeitseinheit 100.
Ö3OOO9/OS§I
- 14 - B 9570
291U89
Im folgenden wird die Arbeitseinheit 100 ausführlicher erläutert. Die Arbeitseinheit 100 umfaßt einen vom Zylinderblock
10 getragenen Arbeitszylinder 102. Den Arbeitszylinder umgibt ein von einer Kühlmantelwand 104 begrenzter Kühlmantel
106. Im Arbeitszylinder 102 sind zwei Arbeitskolben 108 und 110 angeordnet, wobei sich der eine Arbeitskolben 108 auf
der Spülseite, d.h. der in Figur 1 linken Seite, und der andere Arbeitskolben 110 auf der Auslaßseite, d.h. der in Figur
1 rechten Seite, befindet. Jeder Arbeitskolben 108 und
110 ist jeweils mit einer Pleuelstange 112 bzw. 114 verbunden,
die ihrerseits jeweils mit einem Kurbelzapfen 116 bzw. 118 verbunden ist. Die Kurbelzapfen 116 und 118 werden jeweils
von Kurbelwangen 120 bzw. 122 getragen, die scheibenförmig
ausgebildet sind. Die beiden Kurbelmechanismen, von denen jeder die scheibenförmigen Kurbelwangen und einen Kurbelzapfen
umfaßt, sind getrennt voneinander in einem Kurbelgehäuse 124 bzw. 126 untergebracht. Die beiden Kurbelgehäuse
124 und 126 haben jeweils eine dem zugehörigen Kurbelmechanismus angepaßte innere Form, so daß der größte Teil des Innenraumes
jedes Kurbelgehäuses unabhängig vom Drehwinkel der Kurbelwelle vom Kurbelmechanxsmus eingenommen wird, damit der
Tot- bzw. Verdichtungsraum des Kurbelgehäuses möglichst klein ist.
Der Arbeitszylinder 102 ist auf seiner Spülseite mit mehreren Spülschlitzen 128 und auf seiner Auslaßseite mit mehreren
Auslaßschlitzen 130 versehen. Die Spülschlitze stehen in Verbindung mit einer Spülkammer 132, und die Auslaßschlitze stehen
in Verbindung mit einer Auslaßkammer 134. Die Auslaßkammer 134 ist mit Auspuffrohren 136 verbunden. Wie Figur 3
zeigt, umfassen die Spülschlitze 128 zwei Spülschlitze 128a, die in Richtung zur Längsmittelachse des Arbeitszylinders 102
münden, sowie ferner sechs Spülschlitze 128b, die entlang Achsen münden, die tangential zu einem gestrichelt dargestellten,
gedachten Zylinder C verlaufen, der koaxial im Ar-
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B957i9H489
beitszylinder 102 angeordnet ist. Die Spülschlitze 128a und 128b sind ferner in Richtung zur Auslaßseite des Arbeitszylinders
geneigt, so daß die aus diesen Spülschlitzen austretenden Spülgemischströme eine Geschwindigkeitskomponente in
Richtung zu den Auslaßschlitzen 130 haben. Die Öffnungszeiten und Schließzeiten der Spülschlitze 128 und der Auslaßschlitze
130 liegen so, wie dies in Figur 6 dargestellt ist. Das aus den Spülschlitzen 128a und 128b austretende Spülgemisch
strömt somit spiralig durch den Arbeitszylinder 102 in Richtung zur Auslaßseite. Die Spülkaramer 132 ist mit den Kurbelgehäusen
124 und 126 durch Kanäle 133 und 140 verbunden. An der Vereinigungsstelle der Spülkammer 132 mit den Kanälen 138
und 140 befindet sich ein als Platten- bzw. Zungenventil ausgebildetes Einwegventil 142, das eine Fluidströmung lediglich
aus den Kanälen zur Spülkammer zuläßt, so daß keine Verbrennungsgase aus dem Arbeitszylinder zurückschlagen können. Dieses
Einwegventil kann weggelassen werden, wenn die Gefahr eines solchen Rückschlags nicht besteht.
Ungefähr in Längsmitte des Arbeitszylinders 102 ist eine Zündkerze
156 angeordnet.
Im folgenden wird das Zusatzgebläse 400 beschrieben. Das Zusatzgebläse
400 umfaßt einen Gebläsezylinder 402, der vom Zylinderblock 10 getragen wird. Den Gebläsezylinder umgibt ein
von einer Kühlmantelwand 404 begrenzter Kühlmantel 406. Im Gebläsezylinder 402 sind einander gegenüber zwei scheibenförmige
Gebläsekolben 403 und 410 angeordnet. Jeder Gebläsekolben
408 und 410 ist jeweils mit einer Kolbenstange 412 bzw.
414 verbunden, die jeweils durch eine Öffnung 420 bzw. 422 in einer Endplatte 416 bzw. 418 verläuft. Die Endplatten 416
und 418 schließen die beiden Enden des Gebläsezylinders 402. Die Öffnungen 420 und 422 sind jeweils als Lager ausgebildet,
durch das die Kolbenstange 412 bzw. 414 abgedichtet und gleitend
verschiebbar geführt ist. Aufgrund der vorstehend be-
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schriebenen Ausbildung ist das Innere des Gebläsezylinders 402 in drei Gebläsekammern 424, 426 und 428 unterteilt. Das
andere Ende jeder Kolbenstange 412 bzw. 422 ist mit einem Kreuzkopf 430 bzw. 432 verbunden. Der Kreuzkopf 430 und die
zugehörigen Elemente sind ausführlicher in Figur 4 dargestellt. Die beiden Kreuzköpfe 430 und 432 sitzen so in entgegengesetzten
Endabschnitten des Gebläsezylinders 402, daß sie entlang der Längsmittelachse des Gebläsezylinders verschiebbar sind.
Jeder Kreuzkopf 430 und 432 ist jeweils mit dem kleineren Auge einer Pleuelstange 438 bzw. 440 mittels eines Bolzens 434
bzw. 436 verbunden. Das größere Auge jeder Pleuelstange 438 bzw. 440 ist mit einem Kurbelzapfen 444 bzw. 446 verbunden,
der von zwei Kurbelwangen 448 bzw. 450 getragen wird, die jeweils Bestandteil der Kurbelwelle 12 bzw. 14 sind. Die diese
Kurbelmechanismen einzeln aufnehmenden Kurbelgehäuse 452 und 454 sind über nicht dargestellte Entlüftungsventile, die für
zwangsläufige Kurbelgehäuseentlüftung sorgen, mit einem ebenfalls nicht dargestellten Luftfilter verbunden, so daß für
Druckausgleich in den Kurbelgehäusen gesorgt ist. Wie Figur 5 zeigt, weist der Kreuzkopf 430 Öffnungen 431 auf, die den
Luftwiderstand während der Hin- und Herbewegung des Kreuzkopfes verringern. Entsprechende Öffnungen sind auch im Kreuzkopf
432 ausgebildet.
Der Zweitakt-Ottomotor umfaßt ferner einen Vergaser 40, der eine Mischkammer 42, eine Hauptspritzdüse 44, die in die Kehle
der Mischkammer mündet, sowie eine Drosselklappe 46 aufweist und durch seine oben (in Figur 1) liegende Einlaßöffnung
Luft einsaugt und auf übliche Weise ein Luft-Kraftstoff-Gemisch erzeugt. Die Gemischauslaßöffnung des Vergasers 40
ist an eine Leitung 50 angeschlossen, die in zwei Zweigleitungen 50a und 50b übergeht, die jeweils mit einer Einlaßöffnung
144 bzw. 244 verbunden sind, die jeweils in das (in Figur 1) linke Kurbelgehäuse 124 bzw. 224 der Arbeitseinheit
100 bzw. 200 münden. Die Gemischauslaßöffnung des Ver-
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- 17 - B 957
gasers 40 ist ferner mit einer Leitung 52 verbunden, die in zwei Zweigleitungen 52a und 52b übergeht, die jeweils mit einer
Einlaßöffnung 145 bzw. 246 verbunden sind, die jeweils
in das (in Figur 1) rechte Kurbelgehäuse 126 bzw. 226 der ersten Arbeitseinheit 100 bzw. zweiten Arbeitseinheit 200
münden. In jeder Einlaßöffnung 144, 146, 244 und 246 ist ein als Platten- oder Zungenventil ausgebildetes Einwegventil
148 bzw. 150 bzw. 248 bzw. 250 angeordnet. Der Vergaser 40 ist ferner mit Leitungen 60, 62 und 54 verbunden, die ihrerseits
jeweils mit einer Einlaßöffnung 456 bzw. 458 bzw. 460 verbunden sind, die in die Gebläsekammer 424 bzw. 426 bzw.
423 des Zusatzgebläses 400 münden. In den Leitungen 60, 62 und 64 ist jeweils nahe der Einlaßöffnung 456 bzw. 458 bzw.
460 ein als Platten- oder Zungenventil ausgebildetes Einwegventil 66 bzw. 68 bzw. 70 angeordnet. Die Gebläsekammer 424
ist über eine Auslaßöffnung 462, eine Leitung 72 und zwei von der Leitung 72 abzweigende Leitungen 152 und 154 mit den Kurbelgehäusen
124 und 126 der Arbeitseinheit 100 verbunden. In
einem mittleren Bereich der Leitung 72 ist ein als Platten- oder Zungenventil ausgebildetes Einwegventil 160 vorgesehen.
Die Gebläsekammern 426 und 428 sind mit den Kurbelgehäusen 224 und 226 der Arbeitseinheit 200 jeweils über eine Auslaßöffnung
466 bzw. 468 und eine Leitung 74 bzw. 76 verbunden. In den Leitungen 74 und 76 ist jeweils ein als Platten- oder
Zungenventil ausgebildetes Einwegventil 261 bzw. 263 angeordnet.
Obwohl in Figur 1 zur Vereinfachung der Darstellung der Vergaser 40, die Leitung 50, die Zweigleitungen 50a und 50b, die
Leitung 52, die Zweigleitungen 52a und 52b, die Kanäle 138, 140, 238, 240 usw. sowie die Einlaßöffnungen 144, 146, 244,
246 usw. in einer Ebene dargestellt sind, sind diese Elemente bei einem praktisch ausgeführten Zweitakt-Ottomotor in im
folgenden beschriebener Weise vorzugsweise dreidimensional angeordnet. Es ist zweckmäßig, da.3 die Kanäle 138 und 140 der
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7f914488
ersten Arbeitseinheit 100 jeweils von einer Stelle zwischen den zwei Kurbelwangen 120 bzw. 122 ausgehen, damit die Gemischströmung
in die Kanäle nicht durch die Kurbelwangen 120 und 122 sowie die Arbeitskolben 108 und 110 behindert wird.
Wenn der Zweitakt-Ottomotor noch kalt ist, kann sich flüssiger Kraftstoff am Boden der Kurbelgehäuse ansammeln. Daher
ist es zweckmäßig, wenn die Kanäle 138 und 140 von den Böden der Kurbelgehäuse ausgehen, damit sie den angesammelten Kraftstoff
leicht abführen können. Ferner ist es zweckmäßig, wenn die Einlaßöffnungen 144 und 146 zwischen den zwei Kurbelwangen
120 bzw. 122 münden, damit die Gemischströmung nicht durch die Kurbelwangen 120 bzw. 122 behindert wird. Wenn der
Zweitakt-Ottomotor noch kalt ist, zerstäubt der Vergaser 40 den Kraftstoff nur schlecht, so da,3 Kraftstoff tropf chen in
die Leitungen 50, 52, 60, 62 und 64 gelangen. Daher ist es zweckmäßig, wenn der Vergaser oberhalb des Zusatzgebläses
oder der Kurbelgehäuse der Arbeitseinheit angeordnet ist, damit diese Kraftstofftropfchen aufgrund ihres Eigengewichtes
in die Gebläsekammer oder die Kurbelgehäuse fließen. Eine derartige Ausbildung ist in Figur 2 dargestellt. Ferner ist aus
Figur 1 erkennbar, daß es zweckmäßig ist, wenn die Arbeitseinheiten 100 und 200 sowie das Zusatzgebläse 400 so dicht
beieinander wie möglich angeordnet sind. Daher verlaufen die Leitungen 152, 154, 74, 76 usw. vorzugsweise durch die Zwischenräume
zwischen den zwei Arbeitseinheiten 100 und 200 sowie dem Zusatzgebläse 400. Die Einlaßöffnungen, an denen die
Leitungen 152 und 154 in die Kurbelgehäuse 124 und 126 münden,
können einer Kurbelwange 120 bzw. 122 oder einem Ärbeitskolben 108 bzw. 110 gegenüber angeordnet sein, wenn diese Einlaßöffnungen
so ausgebildet sind, daß sie nicht stark gedrosselt v/erden, da das durch die Leitungen 152 und 154 zugeführte
Gemisch unter vom Zusatzgebläse erzeugtem Druck steht. Entsprechendes
gilt auch für die Arbeitseinheit 200.
Die Kurbelwellen 12 und 14 stehen in Äntriebsverbindung mit-
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2314A89
einander, und zwar über Kettenräder 16 und 18, von denen jeweils
an jeder Kurbelwelle eines befestigt ist, sowie eine Endloskette 20, die um die zwei Kettenräder gelegt ist, so
daS sich die Kurbelwellen mit gleicher Drehzahl in gleicher Drehrichfcung drehen. Die Phasenbezxehung zwischen den zwei
Kurbelwellen ist so festgelegt, daß die Kurbelzapfen 116 und
118, 216 und 218 sowie 444 und 446, die jeweils den Arbeitskolben 108 und 110, 208 und 210 sowie den Gebläsekolben 408
und 410 zugeordnet sind, um 180° gegeneinander versetzt sind.
Ferner ist die Phasenbezxehung derart, daß der Kurbelzapfen 116, der dem Arbeitskolben 108 zugeordnet ist, und der Kurbelzapfen
216, der dem Arbeitskolben 208 zugeordnet ist, gegeneinander um 180° versetzt sind, wie auch der Kurbelzapfen
118, der dem Arbeitskolben 110 zugeordnet ist, und der Kurbelzapfen
218, der dem Arbeitskolben 210 zugeordnet ist. Wie sich aus der vorstehenden Beschreibung der Leitungen, nämlich
der Tatsache, daß die Gebläsekammer 424 des Zusatzgebläses 400 der ersten Arbeitseinheit 100 zugeordnet ist und diese
Arbeitseinheit mit Spülgemisch versorgt und daß die Gebläse—
kammern 426 und 428 der zweiten Arbeitseinheit 200 zugeordnet sind und die zweite Arbeitseinheit mit Spülgemisch versorgen,
ergibt, besteht zwischen dem Kurbelzapfen 116, der dem Arbeitskolben 108 zugeordnet ist, und dem Kurbelzapfen 444, der
dem Gebläsekolben 408 zugeordnet ist, eine Phasendifferenz von genau oder ungefähr 180°, die ebenfalls besteht zwischen
dem Kurbelzapfen 118, der dem Arbeitskolben 110 zugeordnet ist, und dem Kurbelzapfen 446, der dem Gebläsekolben 410 zugeordnet
ist. Dabei ist es vorteilhaft, daß die Phasenbezxehung zwischen den Arbeitskolben 108 und 110 einerseits und
den Gebläsekolben 408 und 410 andererseits derart ist, daß dann, wenn die Arbeitskolben 108 und 110 sich an ihren unteren
Totpunkten befinden, die Gebläsekolben 408 und 410 sich an ihren oberen Totpunkten oder in deren Nähe - hezüglich der
Gebläsekammer 424 - befinden, wie dies in der älteren Patentanmeldung P 28 44 309.6 vorgeschlagen ist.
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- 20 - B 957.
Das Spülgebläse der ersten Arbeitseinheit 100 und der zweiten Arbeitseinheit 200 besteht jeweils aus einer Reihenschaltung
der Kurbelgehäuse 124 und 126 mit der Gebläsekanraier 424 des
Zusatzgebläses 400 bzw. einer Reihenschaltung der Kurbelgehäuse 224 und 226 mit den Gebläsekammern 426 und 428 des Zusatzgebläses
400. Da der Gesamthubraum der Kurbelgehäuse bei der Kurbelgehäuseverdxchtung gleich dem Gesamthubraum der
entsprechenden Arbeitseinheit ist, ist der Gesamthubraum des Zusatzgebläses 400 0,35 bis 0,35 mal so groß wie der Gesamthubraum
der entsprechenden Arbeitszylindereinheit, wenn der Gesamthubraum des Spülgebläses so festgelegt ist, daß er 1,35
bis 1,85 mal so groß wie der Gesamthubraum der Arbeitseinheit ist, die vom Spülgebläse mit Spülgemisch gespeist wird, wie
dies in der älteren Patentanmeldung P 28 44 309.6 vorgeschlagen ist. Beim beschriebenen Ausführungsbeispiel ist daher der
Hubraum der Gebläsekammer 424 so festgelegt, daß er 0,35 bis 0,85 mal so groß wie der Hubraum der Arbeitseinheit 100 ist.
Ferner ist die Summe der Hubräume der Gebläsekammern 4 26 und 428 so festgelegt, daß sie 0,35 bis 0,85 mal so groß wie der
Hubraum der Arbeitseinheit 200 ist. Wie ein bestimmter Wert des Verhältnisses des Hubraumes des Zusatzgebläses zum Hubraum
der Arbeitseinheit innerhalb des vorstehend angegebenen Bereiches bestimmt wird, ist ausführlich in der älteren Patentanmeldung
P 28 44 309.6 beschrieben und wird im folgenden zusammengefaßt angegeben. Zunächst wird die Drehzahl des
Zweitakt-Ottomotors geschätzt, die am häufigsten bei Vollastbetrieb des Zweitakt-Ottomotors auftritt. Basierend auf dieser
Drehzahl wird der Hubraum des Zusatzgebläses 400 so festgelegt, daß dann, wenn das Spülgemisch gerade die Abgase aus
den Auslaßschlitzen 130 bzw. 230 herausgedrückt hat, die Auslaßschlitze vom auslaßseitigen Arbeitskolben 110 bzw. 210 geschlossen
werden. Das vom Zusatzgebläse 4 00 gelieferte Gemisch wird in die Kurbelgehäuse 124 und 126 oder 224 und 226
eingeleitet, die selber Pump- bzw. Gebläsewirkung haben, so daß sich der Druck in den Kurbelgehäusen in Abhängigkeit von
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der Hin- und Herbewegung der Arbeitskolben 108 und 110 bzw.
208 und 210 in in Figur 7 gezeigter Weise ändert, in der der Druck als Überdruck angegeben ist. Das in den Kurbelgehäusen
verdichtete Gemisch gelangt aus den Spülschlitzen 128 bzw. 228 in den Arbeitszylinder 102 bzw. 202 mit dem Druck, den
es zura Spülung-Öffnungszeitpunkt So (siehe auch Figur 6) hat,
zu dem die Spülschlitze geöffnet werden. Das Gemisch "wird etwas gedrosselt, während es durch die Spülschlitze strömt, und
danach strömt das Gemisch zu den Auslaßschlitzen 130 bzw. 230 entlang eines schraubenlinienförmigen bzw. spiraligen Weges,
wobei es die Abgase durch die Auslaßschlitze herausdrückt. Die Zeit, die das Spülgemisch benötigt, um die Auslaßschlitze
zu erreichen, hängt von der Druckdifferenz zwischen dem Spülgemisch
und den im Arbeitszylinder verbliebenen Verbrennungsgasen und der Länge des spiraligen Weges zwischen den Spülschlitzen
und den Auslaßschlitzen ab, entlang dem die spiralige Gemischströmung erfolgt; diese Zeit ist jedoch nicht direkt
von der Drehzahl des Zweitakt-Ottomotors abhängig. Wenn die Form und die Anordnung der Spülschlitze und der Äuslaßschlitze
festliegen, wird die genannte Zeit daher durch den Druck zum Spülung-Öffnungszeitpunkt So des Spülgemisches und
die nachfolgende Änderung dieses Drucks bestimmt. Bei gegebenem Ablauf der Kurbelgehäuseverdxchtung nimmt der Druck
des Spülgemisches zum Spülung-öffnungsZeitpunkt So zu, wenn
der Hubraum des Zusatzgebläses 400 vergrößert wird. Wenn allerdings der Verdichtungsraum des Kurbelgehäuses verhältnismäßig
groß ist, wird der Spüldruck zum Spülung-Öffungszeitpunkt
So nicht stark erhöht; andererseits wird die Zeitdauer, während der verhältnismäßig hoher Spüldruck vorliegt, langer.
Der volumetrische Wirkungsgrad eines Hubkolbengebläses ist höher, je niedriger die Drehzahl bzw. die Hin- und Hergeschwindigkeit
des Hubkolbens ist, sofern Ansaugträgheitseffekte des Hubkolbengebläses vernachläßigt werden. Wenn der
Zweitakt-Ottomotor so ausgelegt ist, daß bei einer bestimmten Drehzahl, die als Auslegungsdrehzahl bezeichnet wird, die Aus-
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laßschlitze gerade dann geschlossen werden, wenn das Spülgemisch die Abgase aus den Auslaßschlitzen herausgedrückt hat,
kommt es bei Drehzahlen unterhalb dieser Auslegungsdrehzahl zum Durchblasen von Gemisch in den Auspuff, während andererseits
bei Betrieb mit einer höheren Drehzahl als der Auslegungsdrehzahl Abgase im Arbeitszylinder zurückbleiben. Wenn
der Zweitakt-Ottomotor hohes Drehmoment bei hohen Drehzahlen liefern soll, muß daher der Hubraum des Zusatzgebläses 400
vergrößert werden, um den Spüldruck zu erhöhen. In diesem Fall nimmt jedoch das Durchblasen von Gemisch zum Auspuff
bei Vollast bei niedrigen Drehzahlen zu. Wenn das Auspuffrohr einen nicht vernachlässigbaren Abgasträgheitseffekt hat,
wird auch dadurch die Zeit beeinflußt, die das Spülgemisch bis zum Erreichen der Auslaßschlitze benötigt. Wenn der Spüldruck
zu hoch ist, mischen sich das Spülgemisch und die Abgase, so daß mehr Gemisch zum Auspuff durchgeblasen wird, was
wiederum eine Verringerung des Spülgrades zur Folge hat. Unter Berücksichtigung der vorstehend erläuterten Einflüsse
wird der Hubraum des Zusatzgebläses geschätzt, wonach im Rahmen von Versuchen der Hubraum des Zusatzgebläses so geändert
wird, daß die Anforderungen hinsichtlich des Leistungs- und Betriebsverhaltens des Zweitakt-Ottomotors und hinsichtlich
der Abgasreinhaltung erfüllt v/erden.
Wenn angenommen wird, daß die Arbeitseinheiten 100 und 200 den gleichen Durchmesser Dw der Arbeitszylinder und gleichen
Kolbenhub Lw haben, der gleich dem doppelten Kurbelradius der Kurbelzapfen 116, 118, 216 und 213 ist, und daß das Zusatzgebläse
400 einen Durchmesser Dp des Gebläsezylinders sowie einen Kolbenhub Lp hat, der gleich dem doppelten Kurbelradius
der Kurbelzapfen 444 und 446 ist, und daß der Kolbenhub des Zusatzgebläses im Vergleich zum Kolbenhub der Arbeitseinheit
so verringert ist, daß Lp gleich Lw/A ist, wobei A größer als 1 ist, liegt der Durchmesser Dp des Gebläsezylinders
406 im Bereich
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Wenn A ungefähr gleich 2 ist, wie dies bei dem in den Figuren 1 bis 5 dargestellten Ausführungsbeispiel der Fall ist,
liegt Dp im Bereich
(0,84 bis 1,3) Dw.
(0,84 bis 1,3) Dw.
Wenn dagegen A etwas kleiner ist, beispielsweise 1,75 beträgt, liegt Dp im Bereich
(0,78 bis 1,22) Dw.
(0,78 bis 1,22) Dw.
Wenn andererseits A etwas größer ist, beispielsweise 2,25 beträgt,
liegt Dp im Bereich
(0,89 bis 1 ,38) Dw.
(0,89 bis 1 ,38) Dw.
Wie aus Figur 4 erkennbar ist, ist dann, wenn der Wert von A ungefähr 2 beträgt, der Schwenk- bzw. Pendelwinkel der Pleuel
stange 438 nur klein, so daß die auf den Kreuzkopf 430 wirkenden Querkräfte ausreichend gering sind, um glatte und unbehinderte
Hin- und Herbewegung des Kreuzkopfes zu gewährleisten.
Im folgenden wird die Funktionsweise des in den Figuren 1 bis 5 dargestellten Zweitakt-Ottomotors erläutert. Diese Erläuterung
erfolgt lediglich anhand der Arbeitseinheit 100 und der zugehörigen Gebläsekammer 424 des Zusatzgebläses 400. Es versteht
sich jedoch, daß die Funktionsweise der Arbeitseinheit 200 und der zugehörigen Gebläsekammern 426 und 428 des Zusatz
gebläses 400 im wesentlichen die gleiche wie die der Kombination aus der Arbeitseinheit 100 und der Gebläsekammer 4 24 ist.
Während sich die Arbeitskolben 108 und 110 jeweils von ihren unteren Totpunkten zu ihren oberen Totpunkten bewegen, bewegen
sich die Gebläsekolben 408 und 410 jeweils von ihren oberen Totpunkten bezüglich der Gebläsekammer 424, an denen die
Gebläsekolben der axialen Mitte des Gebläsezylinders 402 am nächsten sind, zu ihren unteren Totpunkten, an denen die Gebläsekolben
den größten Abstand voneinander haben. Wenn die Druckdifferenz am Einwegventil 66 größer als die Federkraft
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des Einwegventils ist, beginnt die Gebläsekammer 424, Gemisch durch das Einwegventil anzusaugen. Auf gleiche Weise beginnen
die Kurbelgehäuse 124 und 126, Gemisch einzusaugen,wenn die Druckdifferenz an den Einwegventilen 148 und 150 größer als
die Federkraft dieser Einwegventile ist. Wenn sich danach die Arbeitskolben 108 und 110 jeweils von ihren oberen Totpunkten
zu ihren unteren Totpunkten bewegen, bewegen sich die Gebläsekolben 408 und 410 jeweils von ihren unteren Totpunkten zu
ihren oberen Totpunkten bezüglich der Gebläsekammer 424, so daß der Druck in den Kurbelgehäusen 124 und 126 sowie der
Druck in der Gebläsekammer 424 ansteigen. Dabei ist zu beachten, daß selbst dann, wenn die Gebläsekolben 408 und 410 ihren
unteren Totpunkt bezüglich der Gebläsekammer 424 durchlaufen haben, die Einwegventile 66, 148 und 150 aufgrund des
Ansaugträgheitseffektes noch während einer gewissen Zeitdauer offen sind, so daß während dieser Zeitdauer weiterhin Gemisch
angesaugt wird. Während dann die Verdichtung in der Gebläsekammer 424 fortschreitet, drückt das in der Gebläsekammer
424 verdichtete Gemisch, da das Verdichtungsverhältnis der Gebläsekammer höher als das der Kurbelgehäuse 124 und 126
ist, verhältnismäßig bald das Einwegventil 160 auf, so daß das Gemisch in die Kurbelgehäuse 124 und 126 strömt. Während
sich die Arbeitskolben 108 und 110 ihren unteren Totpunkten nähern, öffnen zunächst die Auslaßschlitze 130 (siehe Figur
6), so daß die im Arbeitszylinder 102 vorhandenen Abgase durch die Auslaßschlitze in die Auslaskammer 135 austreten,
aus der die Abgase durch die Auspuffrohre 136 abgeleitet werden, wonach der Druck der Restgase im Arbeitszylinder 102
schnell sinkt. Wenn sich dann die Arbeitskolben ihren unteren Totpunkten weiter nähern, werden die Spülschlitze 128 geöffnet,
so daß verdichtetes Gemisch durch die Spülschlitze in den Arbeitszylinder 102 eintreten kann und in Form einer spiraligen
Strömung zu den Auslaßschlitzen 130 strömt, wobei dieses Gemisch die im Arbeitszylinder verbliebenen Restgase
durch die Auslaßschlitze herausdrückt. Der Spüldruck sinkt
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dann im wesentlichen proportional zum in Figur 7 dargestellten Kurbelgehäusedruck· Nachdem die Arbeitskolben 108 und 110
ihre unteren Totpunkte passiert haben, dauert die Strömung des Spülgemisches in den Arbeitszylinder 102 aufgrund des
Trägheitseffektes noch während einer gewissen Zeitdauer an, wobei allerdings die aufgrund des Trägheitseffektes einströmende
Gemischmenge sehr klein ist. Während sich die Arbeitskolben 108 und 110 zu ihren oberen Totpunkten bewegen, werden
zunächst die Spülschlitze 128 vom Arbeitskolben 108 auf der Spülseite geschlossen, wonach dann die Auslaßschlitze 130 vom
Arbeitskolben 110 auf der Auslaßseite geschlossen werden. Danach beginnt die Verdichtung des Gemisches. Eine gewisse Zeit
bevor die Arbeitskolben ihre oberen Totpunkte erreichen, wird das verdichtete Gemisch mittels der Zündkerze 156 gezündet,
so daß das Gemisch verbrennt. Nachdem die Arbeitskolben ihre oberen Totpunkte passiert haben, läuft der Verbrennungs- und
Expansionstakt ab, so daß Leistung erzeugt wird. Danach werden dann die Auslaßschlitze 130 erneut geöffnet; damit ist
ein Arbeitsspiel der Zweitakt-Otto-Brennkraftmaschine durchlaufen. Die Gebläsekammer 424 und die Kurbelgehäuse 124 und
126 benötigen die Einwegventile 66, 148 und 150, damit die Verdichtung durchgeführt werden kann; dagegen ist das Einwegventil
160 nicht unbedingt notwendig. Da die Gebläsekammer 424 den Saugtakt beginnt, nachdem die Arbeitskolben 108 und
110 ihren unteren Totpunkt durchlaufen haben, ist jedoch ohne das Einwegventil 160 der Druck in den Kurbelgehäusen 124 und
126 unzweckmäßig niedrig. Vorzugsweise sind die Einwegventile 148 und 150 nahe der Wand der Kurbelgehäuse angeordnet, damit
der Tot- bzw. Verdichtungsraum der Kurbelgehäuse gering ist.
Aus Figur 7 ist erkennbar, daß der Druck in den Kurbelgehäusen sehr stark sinkt, nachdem die Arbeitskolben ihre unteren
Totpunkte erreicht haben. Im Hinblick darauf ist es zweckmässig, die Betriebsphase der Gebläsekolben relativ zur Betriebsphase der Arbeitskolben zusätzlich zur Phasendifferenz von
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180° um einen Winkel von bis zu 15° zu verzögern, so daß die
Betriebsphase der Gebläsekolben relativ zur Betriebsphase der Arbeitskolben um einen Winkel von 180° bis 195° verzögert
ist, wodurch die Spülung in der zweiten Hälfte der Spülperiode, d.h. nachdem die Arbeitskolben ihre unteren Totpunkte
passiert haben, etwas verbessert werden kann.
Figur 8 zeigt eine schematische Schnittdarstellung einer Ausführungsform
einer erfindungsgemäßen Zweitakt-Brennkraftmaschine,
bei der die Erfindung auf eine Zweitakt-Diesel-Brennkraftmaschine angewendet ist. Der grundsätzliche Aufbau dieser
Zweitakt-Diesel-Brennkraftmaschine ist in der Patentanmeldung P 28 54 346.6 vom 15. Dezember 1978 beschrieben, die
auf einer Erfindung derselben Erfinder wie bei der vorliegenden Erfindung beruht. Insbesondere ist diese Zweitakt-Diesel-Brennkraftmaschine
in den Figuren 20 und 21 der genannten Patentanmeldung dargestellt. In Figur 8 sind die Teile und Elemente
der Zweitakt-Diesel-Brennkraftmaschine, die Teilen und Elementen der in Figur 20 der Patentanmeldung P 28 54 346.6
dargestellten Zweitakt-Diesel-Brennkraftmaschine entsprechen, mit gleichen Bezugszeichen wie in Figur 20 der genannten Patentanmeldung
bezeichnet. Die in Figur 8 dargestellte Zweitakt-Diesel-Brennkraftmaschine umfaßt einen Zylinderblock 10,
zwei Kurbelwellen 12 und 14, Lager 10a, 10b, 10c, 10d, 10e und 10f, die die Kurbelwellen tragen, eine erste Arbeitszylinder-Kolben-Baugruppe,
die als Arbeitseinheit 100 bezeichnet wird, eine zweite Arbeitszylinder-Kolben-Baugruppe, die
als zweite Arbeitseinheit 200 bezeichnet wird, und eine doppeltwirkende Gebläsezylinder-Kolben-Baugruppe, die als Zusatzgebläse
400 bezeichnet wird. Der allgemeine Aufbau der Zweitakt-Diesel-Brennkraftmaschine gemäß Figur 8 stimmt im
wesentlichen mit dem allgemeinen Aufbau der Zweitakt-Otto-Brennkraftmaschine gemäß Figur 1 überein. Bei dem Zweitakt-Dieselmotor
umfaßt die Arbeitseinheit 100 einen Arbeitszylinder 102, der von einem von einer Kühlmantelwand 104 begrenz-
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29U483
ten Kühlmantel 106 umgeben ist, sowie zwei einander gegenüber
angeordnete Arbeitskolben 108 und 110, die jeweils mit einer
Pleuelstange 112 bzw. 114 verbunden sind, die ihrerseits mit
einem Kurbelzapfen 116 bzw. 118 verbunden ist, der seinerseits
von Kurbelwangen 120 bzw. 122 getragen wird, die Bestandteile der Kurbelwelle 12 bzw. 14 sind. Die Kurbelwangen
120 und 122 sind jeweils scheibenförmig ausgebildet und in Kurbelgehäusen 124 und 126 angeordnet, deren Innenraum so
geformt ist, daß der größte Teil des Innenraumes jedes Kurbelgehäuses
unabhängig vom Drehwinkel· der Kurbel·welle durch
den Kurbelmechanismus ausgefüllt ist, damit auf diese Weise der Tot- bzw. Verdichtungsraum des Kurbelgehäuses möglichst
gering ist.
Der Arbeitszylinder 102 weist mehrere Spülschlitze 128A auf,
die mit Spülluft aus den Kurbelgehäusen 124 und 126 durch Kanäle 138 und 140 sowie eine Spülkammer 132A versorgt werden.
Ferner weist der Arbeitszylinder 102 mehrere Spülschlitze 128C auf, die mit Spülluft direkt aus dem Zusatzgebläse 400
versorgt werden. Zur Arbeitseinheit 100 gehört ferner eine Kraftstoffeinspritzdüse 180. Die Arbeitskolben 108 und 110
weisen jeweils eine Mulde 182 bzw. 184 auf, damit der aus
der Kraftstoffeinspritzdüse eingespritzte Kraftstoffstrahl
durch die Kolbenköpfe nicht behindert wird.
Die zweite Arbeitseinheit 200 hat im wesentlichen gleichen
Aufbau wie die erste Arbeitseinheit 100. In Figur 8 sind daher diejenigen Teile und Elemente der zweiten Arbeitseinheit
200, die Teilen und Elementen der ersten Arbeitseinheit 100 entsprechen, mit Bezugszeichen versehen, die um "100" höher
sind als die Bezugszeichen der entsprechenden Teile und Elemente der Arbeitseinheit 100. Wie aus Figur 8 erkennbar ist,
besteht zwischen den Arbeitskolben 108 und 110 der ersten Arbeitseinheit
100 einerseits und den Arbeitskolben 208 und der zweiten Arbeitseinheit 200 eine Phasendifferenz von 180°.
Ö30009/0582
- 28 - β 957,
Ϊ914489
Das doppeltwirkende Zusatzgebläse 400 umfaßt einen Gebläsezylinder
402, der vom Zylinderblock 10 getragen wird und von einem von einer Kühlmantelwand 404 begrenzten Kühlmantel 406
umgeben ist. Im Gebläsezylinder 402 sind einander gegenüber zwei scheibenförmige Gebläsekolben 408 und 410 angeordnet,
die jeweils mit einer Kolbenstange 412 bzw. 414 verbunden sind, die durch eine Öffnung 420 bzw. 422 in einer Endplatte
416 bzw. 418 verläuft. Die Endplatten 416 und 418 schließen die entgegengesetzten Enden des Gebläsezylinders 402 und sind
jeweils als Lager ausgebildet, durch das verschiebbar und abgedichtet die Kolbenstange 412 bzw. 414 geführt ist. Auf diese
Weise ist das Innere des Gebläsezylinders 402 in drei Gebläsekammern 424, 426 und 428 unterteilt. Die anderen Enden
der Kolbenstangen 412 und 414 sind jeweils mit einem Kreuzkopf 430 bzw. 432 verbunden. Die Kreuzköpfe 430 und 432 sitzen
axial verschiebbar in entgegengesetzten Endabschnitten des Gebläsezylinders 402. Die Kreuzköpfe 430 und 432 sind jeweils
mit Hilfe eines Bolzens 434 bzw. 436 mit dem kleineren Auge einer Pleuelstange 438 bzw. 440 verbunden. Das größere
Auge jeder Pleuelstange 438 bzw. 440 ist auf einem Kurbelzapfen 444 bzw. 446 gelagert, der jeweils von zwei Kurbelwangen
448 bzw. 450 getragen wird, die jeweils in einem Kurbelgehäuse 452 bzw. 454 angeordnet sind.
Zur Zweitakt-Diesel-Brennkraftmaschine gehört ferner ein Luftfilter
mit einem Filterelement 92, der durch seinen Lufteinlaß 94 Luft ansaugt und gefilterte Luft durch seinen Luftauslaß
96 abgibt. Der Luftauslaß 96 ist über eine gemeinsame Leitung 50 und zwei Zweigleitungen 50a und 50b mit Einlaßöffnungen
144 und 244 der ersten Arbeitseinheit 100 bzw. der zweiten Arbeitseinheit 200 verbunden. Der Lufteinlaß 144 mündet
in das Kurbelgehäuse 124 der ersten Arbeitseinheit, und
die Einlaßöffnung 244 mündet in das Kurbelgehäuse 224 der zweiten Arbeitseinheit 200. Auf ähnliche Weise ist der Luftauslaß
96 des Luftfilters 90 über eine gemeinsame Leitung 52
030009/OS82
B95?9H489
und zwei Zweigleitungen 52a und 52b mit Einlaßöffnungen 146
und 246 der ersten Arbeitseinheit 100 bzw. der zweiten Arbeitseinheit
200 verbunden. Die Einlaßöffnung 146 mündet in das Kurbelgehäuse 126 der ersten Arbeitseinheit 100, und die
Einlaßöffnung 246 mündet in das Kurbelgehäuse 226 der zweiten Arbeitseinheit 200. Ferner ist der Luftauslaß 96 des Luftfilters
90 über Leitungen 60, 62 und 64 mit Einlaßöffnungen 456, 458 und 460 verbunden, die jeweils in eine der Gebläsekammern
424, 426 und 423 münden. Der Gebläsezylinder 402 umfaßt der Gebläsekammer 424 zugeordnete Auslaßöffnungen 462 und 463
für Luft, der Gebläsekammer 426 zugeordnete Auslaßöffnungen
466 und 467 für Luft und der Gebläsekammer 428 zugeordnete Auslaßöffnungen 468 und 469 für Luft. Die Auslaßöffnung 462
wird vor der Auslaßöffnung 463 geschlossen, wenn sich die Gebläsekolben
408 und 410 ihren oberen Totpunkten bezüglich der Gebläsekammer 424 nähern. Auf ähnliche Weise werden die
Auslaßöffnungen 466 und 468 vor den Auslaßöffnungen 46 7 und 469 geschlossen, wenn sich die Gebläsekolben ihren oberen Totpunkten
bezüglich der Gebläsekamrnern 426 und 428 nähern. Die in der Gebläsekammer 424 verdichtete Luft wird durch die Auslaßöffnungen
462 und 463 und die Leitungen 72 und 73 während einer Anfangsphase der Spülung sowohl dem Kurbelgehäuse 124
als auch den Spülschlitzen 128C der ersten Arbeitseinheit zugeführt. Danach wird die in der Gebläsekammer 424 verdichtete
Luft während einer späteren Phase der Spülung nur noch den Spülschlitzen 128C zugeführt, nachdem die Auslaßöffnung
46 2 vom Gebläsekolben 408 geschlossen worden ist. Auf ähnliche Weise wird die in den Gebläsekammern 426 und 4 28 verdichtete
Luft während einer Anfangsphase der Spülung durch die Auslaßöffnungen 466, 468, 467 und 469 sowie die Leitungen 74,
75, 76, 77, 79 und 81 sowohl dem Kurbelgehäuse 224 als auch den Spülschlitzen 228C zugeführt, wonach dann während einer
späteren Phase der Spülung die in den Gebläsekammern 426 und 428 verdichtete Luft nur noch den Spülschlitzen 228C zugeführt
wird, nachdem die Auslaßöffnungen 466 und 468 von den
0300O9/0S82
- 30 - B 9570
Gebläsekolben 408 und 410 geschlossen worden sind. Die beschriebene
Ausbildung der Spülschlitze und deren phasenweise Speisung hat die Wirkung, daß die Spülung zweistufig erfolgt,
wobei während der ersten Stufe bzw. Phase mit verhältnismässig schwacher Verwirbelung der Spülluft im Arbeitszylinder
gearbeitet wird und wobei während der zweiten Stufe bzw. Phase der Spülung mit verhältnismäßig starker Verwirbelung der
Spülluft im Arbeitszylinder gearbeitet wird, wodurch insgesamt der volumetrische Wirkungsgrad der Spülung stark erhöht
und die Kraftstoffverbrennung stark verbessert ist.
Für die Zweitakt-Diesel-Brennkraftmaschine gemäß der genannten Patentanmeldung P 28 54 346.6 ist vorgeschlagen worden,
daß dann, wenn die Brennkraftmaschine mit Kurbelgehäuseverdichtung
arbeitet, wie dies bei der Ausführungsform gemäß Figur
8 der vorliegenden Erfindung der Fall ist, der Gesamthubraum des Spülgebläses, zu dem auch das Zusatzgebläse 400 gehört,
1,5 bis 2,2 mal so groß wie der Gesamthubraum der Arbeitseinheiten sein soll. Wenn für das vorstehend beschriebene
Ausführungsbeispiel angenommen wird, daß die Arbeitseinheiten 100 und 200 gleichen Durchmesser Dw der Arbeitszylinder
und gleichen Kolbenhub Lw haben, der gleich dem doppelten Kurbelradius der Kurbelzapfen 116, 118, 216 und 218 ist, und daß
das Zusatzgebläse 400 einen Zylinderdurchmesser Dp und einen Kolbenhub Lp hat, der gleich dem doppelten Kurbelradius der
Kurbelzapfen 444 und 446 ist, und daß Lp im Vergleich zum Kolbenhub der Arbeitseinheit verringert ist, so daß Lp gleich
Lw/A ist, wobei A größer als 1 ist, liegt der Durchmesser Dp des Gebläsezylinders 402 im Bereich
((OTs bisf-f^y/A χ Dw.
Wenn A gleich 2 ist, liegt Dp im Bereich (1,00 bis 1,55) Dw.
Wenn A etwas kleiner ist, beispielsweise 1,75 beträgt, liegt Dp im Bereich
(0,94 bis 1,45) Dw.
Ö30G09/Q582
- 31 - B 9570
2914483
Wenn A etwas größer ist, beispielsweise 2,25 beträgt, liegt Dp im Bereich
(1,06 bis 1,64) Dw.
(1,06 bis 1,64) Dw.
Zusammenfassend bezieht sich die Erfindung somit auf eine Zweitakt-Otto-Brennkraftmaschine oder Zweitakt-Diesel-Brennkraftmaschine
mit zumindest zwei Zweitakt-Arbeitszylinder-Kolben-Baugruppen mit Gleichstromspülung, die jeweils zwei
horizontal einander gegenüber angeordnete Arbeitskolben aufweisen und die mit einer Phasendifferenz von 180° zwischen
sich arbeiten, und zumindest einer doppeltwirkenden Gebläsezylinder-Kolben-Baugruppe,
die zwei horizontal einander gegenüber angeordnete Gebläsekolben aufweist und von den Arbeitszylinder-Kolben-Baugruppen
über zwei miteinander synchronisierte gemeinsame Kurbelwellen und Kurbelmechanismen angetrieben
wird, die die Arbeitskolben der Arbeitszylinder-Kolben-Baugruppen und die Gebläsekolben der Gebläsezylinder-Kolben-Baugruppe
mit den gemeinsamen Kurbelwellen verbinden, wobei der Kurbelradius der gemeinsamen Kurbelwellen bezüglich
der Gebläsezylinder-Kolben-Baugruppe wesentlich kleiner als bezüglich der Arbeitszylinder-Kolben-Baugruppen ist.
Vorstehend ist die Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele
beschrieben. Es versteht sich jedoch, daß zahlreiehe Änderungen, Abwandlungen und Weglassungen im Hinblick auf
Einzelheiten und Formgebung der Ausführungsbeispiele möglich sind,ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
030G09/0582
Claims (1)
- Patentansprüche1 ../Zweitakt-Brennkraftmaschine, gekennzeichnet durch zumindest zwei Zweitakt-Arbeitszylinder-Kolben-Baugruppen (100; 200) mit Gleichstromspülung, die jeweils zwei horizontal einander gegenüber angeordnete Arbeitskolben (108, 110; 208, 210) und zwei Kurbelgehäuse (124, 126; 224,226) aufweisen und die mit einer Phasendifferenz von 180° zwischen sich arbeiten, zumindest eine doppeltwirkende Gebläsezylinder-Kolben-Baugruppe (400) , die zwei horizontal einander gegenüber angeordnete Gebläsekolben (408, 410) aufweist und von den Arbeitszylinder-Kolben-Baugruppen so angetrieben wird, daß sie für die zwei Arbeitszylinder-Kolben-Baugruppen zwei getrennte Ladungen Spülgemisch aus Luft und Kraftstoff oder Spülluft mit einer Phasendifferenz von 180° zwischen den beiden Ladungen liefert, und zwei gemeinsame Kurbelwellen (12, 14), die sich synchron zueinander drehen, wobei die Arbeitszylinder-Kolben-Baugruppen und die Gebläsezylinder-Kolben-Baugruppe jeweils zwei Kurbelmechanismen (116, 120; 118, 122; 216, 220; 218, 222; 444, 448; 446, 450) aufweisen, zu denen die zwei gemeinsamen Kurbelwellen gehören und die synchron zueinander arbeiten, und wobei der Kurbelradius jeder der zwei gemeinsamen Kurbelwellen bezüglich030009/0582Deutsche Bank (München) KIo. 51/61070Dresdner Bank (München) Kto. 3939844Postscheck (München) Kto. 670-43-B04B9570der Gebläsezylinder-Kolben-Baugruppe wesentlich kleiner als bezüglich der Arbeitszylinder-Kolben-Baugruppen ist.2. Zweitakt-Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch g e kennzeichnet, daß die Brennkraftmaschine eine Otto-Brennkraftmaschine ist, bei der zwei Arbeitszylinder-Kolben-Baugruppen (100; 200) einer Gebläsezylinder-Kolben-Baugruppe (400) zugeordnet sind, daß die Arbeitszylinder-Kolben-Baugruppen mit Kurbelgehäuseverdichtung arbeiten und daß der Gesamthubraum der Gebläsezylinder-Kolben-Baugruppe 0,35 bis 0,85 mal so groß wie der Gesamthubraum der Arbeitszylinder-Kolben-Baugruppen ist.3. Zweitakt-Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch g e kennzeichnet, daß die Brennkraftmaschine eine Diesel-Brennkraftmaschine ist, bei der zwei Arbeitszylinder-Kolben-Baugruppen (100? 200) einer Gebläsezylinder-Kolben-Baugruppe (400) zugeordnet sind, daß die Arbeitszylinder-Kolben-Baugruppen mit Kurbelgehäuseverdichtung arbeiten und das der Gesamthubraum der Gebläsezylinder-Kolben-Baugruppe 0,5 bis 1,2 mal so groß wie der Gesamthubraum der Arbeitszylinder-Kolben-Baugruppen ist.9300 0 9/050 2
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