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Zweitaktverbrennungskraftmaschine mit Stufenkolben. Den Gegenstand
der Erfindung bildet eine Zweitaktverbrennungskraftrnaschine mit zweistufigem Zylinder,
welche sich durch einen ruhigen und stoßfreien Gang auszeichnet. Es sind bereits
Verbrennungskraftmaschinen bekannt,, bei denen mit jedem Arbeitszylinder ein besonderer
Nebenraum zur Rufnahme von' Gasluftgemisch verbunden ist, welcher in der Totlage
des Kolbens vom Innenraum
des Zylinders albgeschlossen und erst
nach Zurücklegung eines bestimmten Kolbenweges unter Entzündung des in ihm enthaltenen
Gemisches -wieder mit dem Zylinderinnenraum verbunden wird. Bei den bisher bekannten
Verbrennungskraftmaschinen ist jedoch zur Ladung dieses Nebenraumes eine besondere,
von der Kurbelwelle aus zwangläufig angetriebene Ladepumpe erforderlich, wodurch
nicht nur die gesamte Einrichtung wesentlich umständlicher gestaltet, sondern gleichzeitig
auch die sichere und genaue Wirkung der Maschine in Frage gestellt wird.
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Gegenüber diesen bekannten Einrichtungen ist das kennzeichnende Merkmal
der Erfindung in erster Linie .darin zu erblicken, daß der zur zweiten Stufe erweiterte
Zylinderteil ,die Ladung des engeren, als Arbeitszylinder dienenden Zvlinderteiles
bewirkt, und daß durch die Steuerbewegung des kleineren Kolbenteiles im Lade- und
Kompressionstakt der Ladevorgang derart in zwei Phasen zerlegt wird, daß vor Eintritt
der Zündung in dem teilweise mit Ladung beschickten Zylinder vom Zündraum ein Laderaum
abgetrennt wird, in welchen durch ein selbsttätiges Einlaßventil die Rest- und Hauptmenge
der Ladung eingeführt wird, um beim Arbeitshub vom Kolben nach selbsttätigem Schluß
des Einlaßventils mit der inzwischen im vorher abgetrennt gewesenen Zündraum zur
Verpuffung gebrachten Teilmenge der Ladung -wieder vereinigt und durchflammt zu
werden, wobei das Ausspülen des Arbeitszylinders nach beendigtem Arbeitshub in bekannter
Weise erfolgen oder gänzlich unterbleiben kann.
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Der Vorteil dieser Anordnung besteht vor allem in der genauen Durchführung
des Ladevorganges, und zwar wird diese Durchführung dadurch ermöglicht, daß gemäß
der Erfindung die Ladung aus dem ringförmigen Pumpenraum unmittelbar, in einem einzigen
Arbeitshub und unter Öffnung nur eines selbsttätigen Ventils in den Verbrennungsraum
gedrückt wird. Dieser Arbeitsvorgang ist nun aber nur .dann möglich, wenn, wie dies
gemäß der Erfindung der Fall ist, die Abtrennung des Kompressionsraumes vom Zündraum
vor Eintritt der Zündung erfolgt; wollte man nämlich die Ladung ohne dieses Konstruktionsmerkmal
in einem Arbeitshulb vom Ringraum in dernZündraumbefördern, iso wäre der Ladevorgang
Störungen unterworfen und vom Zeitpunkt :der Zündung abhängig. Eine Frühzündung
würde das selbsttätige Ventil sofort zum Schließen bringen und die Ladung vorzeitig
beenden, -wobei das Ventil überaus großen und auf alle Fälle unzulässigen Belastungen
ausgesetzt wäre, da sein Schluß unter der Einwirkung .des Verpuffungsdruckes erfolgen
würde, und wobei ferner noch die Gefahr vorläge, .daß die Zündung sich in den Ringraum
fortpflanzen könnte, ehe :das Ventil unter dem Einfluß des Verpuffungsdruckes sich
geschlossen hätte. Ferner wäre eine höhere Kompressionsarbeit erforderlich, da beide
Zylinderstufen die volle Endkompression zu überwinden hätten. Diese Mißstände, ,die
zum Teil sehr erheblicher Natur sind, -werden bei der vorliegenden Ausführung nicht
nur vollständig vermieden, sondern es wird durch die Abtrennung des Kompressionsraumes
vom Zündraum überhaupt erst technisch möglich gemacht, bei einer einzylindrigen
zweistufigen Zweitaktmaschine die Ladung aus dem Ringraum in einem Arbeitshub und:
mittels eines selbsttätigen Ventils störungsfrei in den Verbrennungsraum zu befördern.
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Auf der Zeichnung ist eine einzylindrig ausgeführte, :besonders einfach
gehaltene Ausführungsform :des Erfindungsgegenstandes beispielsweise dargestellt,
und zwar zeigt Abb. i einen Längsschnitt durch die Verbrennungskraftmaschine, Abb.
z das Arbeitsdiagramm der Maschine und Abb.3 vergleichsweise das Arbeitsdiagra@mtn
einer gewöhnlichen Verbrennungskraftmaschine.
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In der Zeichnung ist mit i der eigentliche Arbeitszylinder und mit
a der zur zweiten Stufe erweiterte Teil des Zylinders bezeichnet, in welchem sich
der entsprechend zweistufig ausgebildete Arbeitskolben 3 bewegt. In der Nähe der
oberen Totpunktlage des Kolbens weist der Zylinderteil i eine ringförmige Erweiterung
4 auf, welche zur Führung der Kolbenringe j mit einer Anzahl von längsgerichteten
Stegen versehen ist, .die jedoch in der Zeichnung nicht dargestellt sind. Die Erweiterung
4 steht durch eine in geeigneter Weise mit dem Zylindergehäuse verbundene Rohrleitung
6 mit .dem ringförmigen Kompressionsraum 7 des Zylinderteils z in Verbindung. In
dieser Rohrleitung 6 sind zwei selbsttätige Ventile 8 und 9 angeordnet, von denen
das Ventil 8 dazu dient, das Vergaserrohr io bei einem in der Rohrleitung 6 bzw.
in .denn Kompressionsraum 7 herrschenden Unterdruck mit Düsen und der Rohrleitung
6 in Verbindung zu setzen, während das Ventil 9 bei einem in der Leitung vorhandenen
Überdruck die Verbindung zwischen der Rohrleitung 6 und der Erweiterung 4 bewirkt.
Der Auspuff der Abgase erfolgt durch einen in der Zylinderwandung vorgesehenen und
in das Auspuffmahr i i mündenden Schlitz 1a. Das Kurbelgehäuse 13 ist geschlossen
und einerseits mit einem selbsttätigen Einlaßventil 14 für :die Frischluft,
andererseits
mit einer Rohrleitung 15 versehen, welche dazu dient, aus dem Kurbelgehäuse 13 mittels
eines in der Zylinderwandung vorgesehenen Schlitzes 16 die zum Ausblasen der Abgase
erforderliche Snülluft in den Arbeitszylinder i zu überführen. Die Abdichtung des
Kolbens 3gegen die Wandung der Zylinderstufen i und 2 erfolgt außer durch die bereits
erwähnten Kolbenringe 5 noch durch die Kolbenringe 17 der zweiten Kolbenstufe
sowie durch die in der Zylinderwandung gelagerten Kolbenringe 18, welche den unteren
Teil der oberen Kolbenstufe mit-nach innen gerichteter Spannung stopfbüchsenartig
umschließen. In die Haube des Zylinders ist in bekannter Weise die Zylinderkerze
i9 derart eingeschraubt, daß sie in den Kompressionsräum 2o .der oberen Zylinderstufe
hineinreicht.
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Die Maschine arbeitet in folgender Weise: Der niedergehende Kolben
3 saugt mit seiner unteren erweiterten Stufe durch öffnung des Ventils 8 aus dem
Vergaserrohr fö Brennstoffluftgemisch an, welches nach selbsttätigem Schluß des
Ventils 8 beim Aufwärtshub des Kolbens in .dem Ringraum 7 komprimiert und nach selbsttätiger
Öffnung des Ventils 9 durch die Rohrleitung 6 in den Kompressionsraum 2o des Zylinders
gedrückt wird, wo 'bei der Fortsetzung des Kolbenhubes nach oben eine weitere Kompression
des Gemisches stattfindet. Sobald jedoch der Kolben 3 mit seinem oberen Ende den
oberen Rand der ringförmigen Erweiterung q. überschritten hat, wird dieser Raum
q. von dem Kompressionsraum 2o :getrennt. Die im Kompressionsraum 2o des Zylinders
befindliche Teilmenge.des Gemisches wird nun durch den Kolben bis zur Erreichung
seiner oberen Totpunktlage noch weiterhin komprimiert und schließlich mittels der
Zündkerze i9 nach Bedarf durch Früh-, Mittel- oder Spätzündung zur Verbrennung gebracht.
Gleichzeitig hat auch die Kompression des restlichen Brennstoffluftgemisches in
.dem ringförmigen Pumpenraum 7 ihr Maximum erreicht, wodurch die unter Berücksichtigung
des schädlichen Raumes größtmögliche Restmenge des Gemisches in die Erweiterung
q, ;befördert wird. Infolge .der stattgefundenen Abtrennung der Erweiterung q. von
dem Kompressionsraum 2o ist hierbei die Förderung des restlichen Brennstoffluftgemisches
vollkommen unabhängig sowohl von der in dem Korn-2t, 2o eingetretenen Endkompression
wie auch von ,dem Zeitpunkt der Zündung. Bei Erreichung der oberen Totpunktlage
durch den Kolben wird auch das Ventil 9 selbsttätig geschlossen. Beim Niedergang
des Kolbens infolge der Zündung wird :bei einer bestimmten, Kolbenlage die Verbindung
zwischen dem Kompressionsraum 2o und dem Ringraum q. wieder hergestellt und infolgedessen
das in den Ringraum q. gepreßte restliche Gemisch durch die in dem Kompressionsraum
2o befindlichen entzündeten Gase entflammt. Der Arbeitstakt wird somit wie bei bekannten
Maschinen in zwei getrennte Phasen zerlegt, wodurch trotz Entfaltung eines verhältnismäßig
nur niedrigen Arbeitsdruckes dieser bei günstigster Kurbelstellung sein Maximum
erreicht. Kurz vor Einnahme seiner unteren Totpunktlage gibt sodann der Kolben den
Schlitz 12 für den Auspuff ii sowie den Schlitz 16 für die Rohrleitung
15 nacheinander wieder frei, worauf die verbrannten Abgase restlos aus dem'
Arbeitszylinder i herausgespült werden. Gegebenenfalls kann jedoch das Ausspülen
der verbrannten Gase bei der dargestellten Ausführungsform auch unterbleiben, da
die nach erfolgtem Auspuff im Zylinder verbleibende, verhältnismäßig kleine Menge
verbrannter -Gase die nachfolgende Füllung nicht wesentlich ungünstig beeinflussen
kann. Findet jedoch die Ausspülung des Zylinders statt, so empfiehlt es sich selbstverständlich,
in das Zuleitungsrohr 15 eine selbsttätige Drosselvorrichtung einzubauen,
die alsdann derart zu steuern ist, daß bei höherer Drehzah 1 ,der Maschine und bei
stärkerer Gemischförderung der Durchgangsquerschnitt der Luftleitung vergrößert,
bei niedrigerer Drehzahl und geringerer Gemischförderung dagegen verkleinert wird.