DE2914489C2 - Zweitakt-Otto-Brennkraftmaschine - Google Patents
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine Zweitakt-Otto-Brennkraftmaschine
gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch I.
Kin<2 solche Zweitakt-Otto-Brennkraftmaschine gehört
aufgrund der älteren Patentanmeldung P 28 44 309.6-13 (DE-OS 28 44 309) zum Stand der
Technik, Diese zum Stand der Technik gehörende Brennkraftmaschine bietet aufgrund ihrer Ausbildung
die Möglichkeit, die Menge und den Druck des Spülgemisches so weit zu erhöhen, daß der yolumentrische
Wirkungsgrad auf Werte von bis 75 bis 90%, in manchen Fällen sogar 100%, steigt und dadurch
wesentlich die spezifische Nutzleistung einer Zweitakt-Otto-Brennkraftmaschine, bezogen auf das Volumen
ihres Hubraumes, zu erhöhen und zugleich die Drehzahl einer solchen Brennkraftmaschine entsprechend der
Erhöhung der spezifischen Nutzleistung zu verringern, damit die Spülung mit der größeren Spülgemischmenge
und dem größeren Spüldruck erfolgen kann, ohne nennenwerte Mischung zwischen dem Spülgemisch und
den Abgasen zu verursachen, und damit die Leistungsverluste durch innere Reibung der Brennkraftmaschine
geringer sind. Bei der zum Stand der Technik gehörenden Brennkraftmaschine ist der Gesamthubraum
der Gebläsezylinder-Kolben-Baugruppe 1,35- bis l,85mal so groß wie der Gesamthubraum der Arbeitszylinder-Kolben-Baugruppen.
Dabei ist die doppeltwirkende Gebläsezylinder-Kolben-Baugruppe mit zwei Schlitzköpfen versehen, d. h. zwei Köpfen, die jeweils
einen quer zur Gebläsezylinderlängsachse verlaufenden Schlitz aufweisen, der mit einem Kurbelzapfen einer der
gemeinsamen Kurbelwellen in Eingriff steht. Ein solcher Kurbelmechanismus mit einem Kurbelzapfen und einem
Schlitzkopf hat jedoch einige funktinale Nachteile, zu denen verhältnismäßig großes Spiel, stärkere Schwingungsneigung
und höhere Reibungsverluste gehören. Da jedoch die zum Stand der Technik gehörende
Zweitakt-Otto-Brennkraftmaschine besonders als Motor für verhältnismäßig kleine Kraftfahrzeuge dienen
soll, unterliegen ihre Abmessungen aufgrund des im Motorraum eines kleinen Kraftfahrzeuges nur begrenzt
verfügbaren Raumes starken Beschränkungen, die die Verwendung von wenig Bauraum beanspruchenden
Schlitzköpfen zweckmäßig erscheinen lassen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die gattungsgemäße Brennkraftmaschine hinsichtlich des
mechanischen Antriebs der Gebläsezylinder-Kolben-Baugruppe zu verbessern.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Gesamthubraum der Gebläsezylinder-Kolben-Baugruppe
035 bis 0,85mal so groß wie der Gesamthubraum
der Arbeitszylinder-Kolben-Baugruppe ist und daß die Arbeitszylinder-Kolben-Baugruppe zusätzlich
mit Kurbelgehäuseverdichtung arbeitet.
Die erfindungsgemäße Ausbildung bedeutet, daß ohne Vergrößerung des Durchmessers des Gebläsezylinders
der Hub der Gebläsekolben wesentlich kleiner als der Hub der Arbeitskolben ist, so daß es möglich ist,
einen Kreuzkopf und eine Pleuelstange, die vorzugsweise vorgesehen sind, zwischen der gemeinsamen
Kurbelwelle und dem 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, dessen Hub gleich dem Hub des zugehörigen Gebläsekoioens 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 der Kreuzkopfes
sicherzustellen. Wenn andererseits der Hub der Gebläsekolben zu klein ist, muß, um einen bestimmten
Gesamthubraum der Gebläsezyltoder-Kolben-Baugroppe zu erreichen, der Durehmesser des Geblftsezylinders stark vergrößert werden, um den kleinen Hub
der Geblasekolben auszugleichen, wodurch die Schwierigkeit entsteht, daß die Ausgewogenheit der Durch-
messer der Arbeitszylinder-Kolben-Baugruppen und der Gebläsezylinder-Kolben-Baugruppe, die vorzugsweise' nebeneinander angeordnet sind, verlorengeht,
obwohl dabei der Hub der Gebläsekolben und. der Hub der Kreuzköpfe klein genug sind, um ohne Schwierigkeiten die Kreuzköpfe zwischen den Kurbelwellen und
den Gebläsekolben anzuordnen, während gleichzeitig der Schwenk- bzw. Pendelwinkel der Pleuelstangen
klein genug ist, um die auf die Kreuzköpfe wirkenden
Querkräfte so weit zu verringern, daß unbehinderte und glatte Gleitbewegung der Kreuzköpfe sichergestellt ist
Die Wahl des Gesamthubraumes der Gebläsezylinder-Kolben-Baugruppe bzw. der Werte für den Hub der
Gebläsekolben und den Durchmesser des Gebläsezylinders muß daher unter Beachtung der vorstehend
erläuterten Extremfälle erfolgen, so daß sich keiner der erläuterten Nachteile nennenswert auswirk:. Dabei ist
zu beachten, daß — bei Konstanthaltung der Liefermenge der Gebläsezylinder-Kolben-Baugruppe — dann,
wenn der Hub des Gebläsekolbens um den Faktor IM
(mit A größer als 1) geändert wird, der Durchmesser des Gebläsezylinders nur um den Faktor »Quadratwurzel
aus Av. verändert bzw. vergrößert wird, so daß daher eine verhältnismäßig starke Verringerung des Hubes
des Gebläsekolbens nicht eine linear entsprechende Vergrößerung des Durchmessers des Gebläsezylinders
zur Folge hat Wenn beispielsweise der Kurbelradius bzw. der Hub bei der Gebläsezylinder-Kolben-Baugruppe auf den halben Wert des Kurbelradius bzw. des
Hubes bei den Arbeitszylinder-Kolben-Baugruppen verringert wird, wird der Durchmesser des Gebläsezylinders maximal l,3mal so groß wie der der Arbeitszylinder-Kolben-Baugruppen (der Faktor 13 ergibt sich als
Quadratwurzel aus 035, d. h. dem größten Faktor der
Gesamthub"äume, mal Quadratwurzel aus 2). Ein
Anführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und wird im folgenden näher erläutert
Es zeigt
F i g. 1 einen schematischen Horizontalschnitt durch eine Ausführungsform einer Zweitakt-Otto-Brennkraftmaschine;
F i g. 4 und 5 Schnittdarstellungen gemäß IV-IV und V-VinFig. 1;
F i g. δ ein Kurbelwinkeldiagramm, das die Öffnungsund Schlioßzeitpunkte der Spülschlitze und Auslaßschlitze der Brennkraftmaschine gemäß den F i g. 1 bis 5
zeigt; und
Fig.7 ein Indikatordiagramm, das den Druck im Kurbelgehäuse für die in den Fig. 1 bis 5 dargestellte
Brennkraftmaschine zeigt
Zunächst wird auf die F i g. 1 bis 5 eingegangen, die ein Beispiel einer Zweitakt-Otto-Brennkraftmaschine
zeigen, im folgenden auch als Zweitakt-Ottomotor bezeichnet wird. 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 10«, 1Od und 10c bzw, rf
1Oe und 10/gelagert sind. Beim dargestellten Ausfühpingsbejspie! 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 folgende" aus Gründen der
Einfachheit lediglich die Arbeitseinlifit 100 beschrieben.
In den Zeichnungen sind diejenigen TeKe 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.
Im folgenden wird die Arbeitseinheit 100 ausführlicher erläutert Die Arbeitseinheit 100 !imfaßt einen vom
Zylinderblock 10 getragenen Arbeitszylinder 102. Den Arbeitszylinder umgibt ein von einer Kühlmantelwand
104 begrenzter Kühlmantel 1106. Im Arbeitszylinder 102
sind zwei Arbeitskolben 108 und UO angeordnet wobei sich der eine Arbeitskolben 108 auf der Spülseite, d. h.
der in F i g. 1 linken Seite, und der andere Arbeitskolben 110 auf der Auslaßseite, d. h. der in F i g. 1 rechten Seite,
befindet Jeder Arbeitskolben 108 und HO ist jeweils mit einer Pleuelstange 112 bitw. 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 siind. Die beiden Kurbelmechanismen, von denen jeder die scheibenförmigen
Kurbelwangen und einen Kurbelzapfen umfaßt, sind getrennt voneinander in einem Kurbelgehäuse ί 24 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 Kurbelmechanismus eingenommen wird, damit der Tot- bzw.
Verdichtungsraum des Kurbelgehäuses möglichst klein ist
Der Arbeitszylinder 102 ist auf seiner Spülseite mit mehreren Spülschützen 128 und auf seine:* Auslaßseite
mit mehreren Auslaßschlitzen 130 versehen. Die Spülschlitze stehen in Verbindung mit einer Spülkammer 132, und die Auslaßschiitze stehen in Verbindung
mit einer Auslaßk J.mmer 134. Die Auslaßkammer 134 ist
mit Auspuffrohren 136 verbundea Wie Fig.3 zeigt umfassen die Spülschlitze 128 zwei Spülschlitze t28a, die
in Richtung zur Längsmittelachse des At beitszylinders 102 münden, sowie ferner sechs Spülschlitze 1286, die
entlang Achsen münden, die tangential zu einem gestrichelt dargestellten, gedachten Zylinder C verlaufen, der koaxial im Arbeitszylinder 102 angeordnet ist
Die Spülschlitze 128a und 12116 sind ferner in Richtung
zur Auslaßseite des Arbeitszylinders geneigt so daß die
' aus diesen Spülschlitzen austretenden Spügemischströme 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 F i g. 6 dargestellt ist. Das
aus den Spülschlitzen 128a und 1286 austretende Spülgemisch strömt somit spiralig durch den Arbeitszylinder 102 in Richtung zur Auslaßseite. Die Spülkammer
132 ist mit den Kurbelgehäusen 124 und 126 durch Kanäle 138 und 140 verbunden. An der Vereinigungs- to
stelle 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 408 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 ins jeweils als I ager ausgebildet, durch das die Kolbenstange 412 bzw. 414 abgedichtet und gleitend verschiebbar
geführt ist. Aufgrund der vorstehend beschriebenen 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 F i g. 4 dargestellt. Die beiden Kreuzköpfe 430 und 432 sitzen so in entgegengesetzten
Endabschnitten des Gebläsezylinders 402, daß sie entlang !er Längsmittelachse des Gebläsezylinders
verschiebbar sind. Jeder Kreuzkopf 430 und 432 ist jeweils mit uem 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 Kurbelwsngen 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 darge-
stellten Luftfilter verbunden, so daß für Druckausgleich in den Kurbelgehäusen gesorgt ist Wie Fig.5 zeigt,
wf:ist 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 &5
Fig. 1) liegende Einlaßöffnung Luft einsaugt und auf übliche Weise eine 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
Fig. 1) linke Kurbelgehäuse 124 bzw. 224 der Arbeitseinheit 100 bzw. 200 münden. Die Gemischauslaßöffnung des Vergasers 40 ist ferner mit einer Leitung
52 verbunden, die in zwei Zweigleitungen 52a und 526 übergeht, die jeweils mit einer Einlaßöffnung 146 bzw.
246 verbunden sind, die jeweils in das (in Fig. 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 Plattenoder Zungenventil ausgebildetes Einwegventil 148 bzw.
150 bzw. 248 bzw. 250 angeordnet. Der Vergaser 40 ist ferner mit Leitungen 60, 62 und 64 verbunden, die
ihrerseits jeweils mit einer Einlaßöffnung 456 bzw. 458 bzw. 460 verbunden sind, die in die Gebläsekammer 424
bzw. 426 bzw. 428 des Zusatzgebläses 400 münden. In den Leitungen 60, 62 und 64 ist jeweils nahe der
Einlaßöffnung 456 bzw. 458 bzw. 460 ein als Plattenoder 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 A'beitseinheit 100
verbunden. In einem mittleren Bereich der Leitung 72 ist ein als Platten- oder Zungen"entil 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 F i g. 1 zur Vereinfachung der Darstellung der Vergaser 40, die Leitung 50, die Zweigleitungen 50a
und 506, 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 vorzugsweise dreidimensional angeordnet.
Die Kurbelwellen 12 und 14 stehen in Antriebsverbindung miteinander, 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 daß sich die Kurbelwellen mit gleicher Drehzahl in gleicher Drehrichtung drehen. Die
Phasenbeziehung zwischen den zwei Kurbelwellen ist so festgelegt, daß die Kurbelzapfen 116 und 118,21Rund
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 Phasenbeziehung 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 HO 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 ICO zugeordnet ist und diese Arbeitseinheit mit
Spüigemiseh versorgt und daß die Gebläsekanniiern 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 Phasenbeziehung
zwirnen 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 — bezüglich der Gebläsekammer 424 — befinden.
Das Spülgebläse der ersten Arbeitseinheit 100 und der zweiten Arbeitseinheit 200 besteht jeweils aus einer
Reihenschaltung der Kurbelgehäuse 124 und 126 mit der Geblasekammer 424 des Zusatzgebläses 400 bzw. einer
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. W-η η die Form und die Anordnung der
Spülschlitze und der Auslaßschlitze 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 Kurbelgehäuseverdichtung 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-Öffnungszeitpunkt So nicht
stark erhöht; andererseits wird die Zeitdauer, während der verhältnismäßig hoher Spüldruck vorliegt, langer.
Der volumetrische Wirkungsgrad eines Hubkolbenge-
den Gebläsekammern 426 und 428 des Zusatzgebläses 400. Da der Gesamthubraum der Kurbelgehäuse bei der
Kurbelgehäuseverdichtung gleich dem Gesamthubraum der entsprechenden Arbeitseinheit ist, ist der Gesamthubraum
des Zusatzgebläses 400 0,35- bis 0,85mal so groß wie der Gesamthubraum der entsprechenden
Arbeitszylindereinheit, wenn der Gesamthubraum des Spülgebläses so festgelegt ist, daß er 135- bis l,85mal so
groß wie der Gesamthubraum der Arbeitseinheit ist, die vom Spülgebläse mit Spülgemisch gespeist wird. Es ist
daher der Hubraum der Gebläsekammer 424 so festgelegt, daß er 0,35- bis 0,85mal so groß wie der
Hubraum der Arbeitseinheit 100 ist. Ferner ist die Summe der Hubräume der Gebläsekammern 426 und
428 so festgelegt, daß sie 0,35- bis 0,85mal 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, wird im folgenden zusammengefaßt
angegeben. Zunächst wird die Drehzahl des Zweitakt-Ottomotors geschätzt, die am häufigsten bei Vollastbetrieb
des Zweitakt-Ottomotors auftritt. Basieiend 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 400 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 der Hin- und Herbewegung der
Arbeitskolben 108 und 110 bzw. 208 und 210 in in F i g. 7
gezeigter Weise ändert, in der der Druck als Oberdruck
angegeben ist Das in den Kurbelgehäusen verdichtete ss Gemisch gelangt aus den Spülschlitzen 128 bzw. 228 in
den Arbeitszylinder 102 bzw. 202 mit dem Druck, den es zum Spülung-Öffnungszeitpunkt So (siehe auch F i g. 6)
hat, zu dem die Spülschlitze geöffnet werden. Das Gemisch wird etwas gedrosselt, während es durch die ω
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 fan Arbeitszylinder
verbliebenen Verbrennungsgasen und der Länge 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 Auslaßschlitze
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 eiuer 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 beeinfiußt, die das Spülgemisch bis zum Erreichen der Auslaßschlitze benötigt. Wenn der
Spüldmck 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 werden.
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 218 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 Zusatzgebisses fan 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 fan Bereich
d/Ö35 bis ι/δ£5)/Λ"χ Dw.
Wenn A ungefähr gleich 2 ist wie dies bei dem in den F i g. 1 bis 5 dargestellten Ausführungsbeispiel der Fall
ist liegt Dp im Bereich
(0,84 bis 1,3) Dw.
IO
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 F i g. 4 erkennbar ist, ist dann, wenn der Wert von A ungefähr 2 beträgt, der Schwenk- bzw.
Pendelwinkel der Pleuelstange 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 F i g. 1 bis 5 dargestellten Zweitakt-Ottomotors erläutert.
Diese Erläuterung ertoigt 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 Zusatzgebläses 400 im wesentlichen die gleiche wie die
der Kombination aus der Arbeitseinheit 100 und der Gebläsekammer 424 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 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 weiterhm Gemisch angesaugt wird. Während dann die Verdichtung in der
Geblasekammer 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 F i g. 6), so daß die im Arbeitszylinder 102 vorhandenen
Abgase durch die Auslaßschlitze in die Auslaßkammer 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 dann im wesentlichen proportional
zum in Fig. 7 dargestellten Kurbelgehäusedruck. Nachdem die Arbeitskolben 108 und 110 ihre unterem
Totpunkte passiert haben, dauert die Strömung der Spülgemisches in den Arbeitszylinder 102 aufgrund des
I'rägheitseffektes 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 dt.i 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 Fig.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 180° um einen Winkel von bis zu 15Ö 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.
Claims (3)
1. Zweitakt-Otto-Brennkraftmaschine mit zumin- dest zwei Zweitakt-Arbeitszylinder-Kolben-Baugruppen
mit Gleichströmspülung, die jeweils einander gegenüber im Arbeitszylinder angeordnete
Arbeitskolben sowie zwei Kurbelgehäuse aufweisen, die gleichen Gesamthubraum wie die Arbeitszylinder-Kolben-Baugruppen
haben, wobei die Arbeitszylinder-KoIben-Baugruppen
mit einer Phasendifferenz von 180° zwischen sich arbeiten und wobei die
Spülschlitze im wesentlichen symmetrisch zur Längsachse des jeweiligen Arbeitszylinders angeordnet
sind und eine im wesentlichen gleichmäßige, spiralige Spülgemischströmung entlang dem
Arbeitszylinder erzeugen, mit einem Spülgebläse mit zumindest einer doppeltwirkenden Gebläsezylinder-Kolben-Baugruppe,
die einen Gebläsezylinder und zwei horizontal einander gegenüber im Gebläsezy- M
linder angeordnete Gebläsekolben aufweist und von den zwei ihr zugeordneten Arbeitszylinder-Kolben-Baugruppen
so angetrieben wird, daß sie für diese zwei getrennte Ladungen Spülgemisch mit einer
Phasendifferenz von 180° zwischen den beiden 2s
Ladungen liefert, und mit zwei gemeinsamen Kurbelwellen, wobei jede Arbeitszylinder-Kolben-Baugruppe
und die Gebläsezylinder-Kolben-Baugruppe jeweils zwei Kurbelmechanismen aufweisen,
zu denen die zwei gemeinsamen Kurbelwellen gehören unC die synchron zueinander arbeiten,
wobei der Kurbelradi;:s jede;· der zwei gemeinsamen Kurbelwellen bezüglich der Gebläsezylinder-Kolben-Baugruppe
wesentlich r'siner als bezüglich
der beiden zugeordneten Arbeitszylinder-Kolben-Baugruppen ist und wobei der Gesamthubraum des
Spülgebläses 135- bis l,85mal so groß wie der Gesamthubraum der Arbeitszylinder-Kolben-Baugruppen
ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Gesamthubraum der Gebläsezylinder-Kolben-Baugruppe
(40) 0,35- bis 0,85mal so groß wie der Gesamthubraum der Arbeitszylinder-Kolben-Baugruppen
(100; 200) ist und daß die Arbeitszylinder-Kolben-Baugruppen zusätzlich mit Kurbelgehäuseverdichtung
arbeiten.
2. Zweitakt-Otto-Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kolbenstange
(412,422) jedes Gebläsekolbens (408,410) mit einem verschiebbar geführten Kreuzkopf (430, 432)
verbunden ist, der mit der zugeordneten Kurbelwel-Ie (12, 14) mittels einer Pleuelstange (438, 440)
verbunden ist.
3. Zweitakt-Otto-Brennkraftmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das
Verhältnis des Kolbenhubs der Arbeitszylinder-Kolben-Baugruppen
(100, 200) zum Kolbenhub der Gebläsezylinder-Kolben-Baugruppe (400) ungefähr gleich 2 ist.
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