DE2914489A1 - Zweitakt-brennkraftmaschine - Google Patents

Zweitakt-brennkraftmaschine

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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;
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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;
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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.
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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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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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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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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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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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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.
Wenn dagegen A etwas kleiner ist, beispielsweise 1,75 beträgt, liegt Dp im Bereich
(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.
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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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°.
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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
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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
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2914483
Wenn A etwas größer ist, beispielsweise 2,25 beträgt, liegt Dp im Bereich
(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)

  1. Patentansprüche
    1 ../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 bezüglich
    030009/0582
    Deutsche Bank (München) KIo. 51/61070
    Dresdner Bank (München) Kto. 3939844
    Postscheck (München) Kto. 670-43-B04
    B9570
    der 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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