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Verbrennungskraftmaschine mit am Arbeitskolben angebauten Spülpumpenkolben.
Die Erfindung bezweckt die Schaffung von Zweitaktverpuffungskraftmaschinen mit Lade
pumpe und Aufnehmer von besonders einfachem und gedrungenem Aufbau, wobei aber gute
Ausspülung und geringer Kraftverbrauch der Ladepumpe erzielt werden soll. Die Forderung
guter Spülung und geringen Kraftverbrauches hierfür macht große Aufnehmerräume für
die Ladung zwecks Ausgleich der Druckschwankungen nötig. Diese großen Räume sind
aber im allgemeinen an der Maschine schlecht unterzu-. bringen, sie vergrößern deren
Raumbedarf erheblich und stören die Übersichtlichkeit und Zugänglichkeit.
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Nach der Erfindung werden ein einfacher, wenig Platz beanspruchender
Aufbau der Maschine und gleichzeitig große Aufnehmerräume dadurch erzielt, daß der
Spülpumpenkolben in an sich bekannter Weise mit einem Arbeitskolben verbunden wird
und daß der die von der Pumpe kommende, Spülluft aufnehmende :Aufnehmer sich in
das Kurbelgehäuse fortsetzt. Eine besonders zweckmäßige AusHbbrungsform ergibt sich
dabei, wenn in an sich bekannter Weise die Spülpumpe nur einseitig fördernd ausgebildet,wird
und der Aufnehmer unmittelbar an die nicht zur Luftförderung benutzte Seite des
Spülpumpenkolbens angrenzt. Bei dieser Ausführungsform ist es möglich, die Getriebeteile,
welche den den Pumpenkolben tragenden Arbeitskolben mit der Welle verbinden, innerhalb
des Aufnehmerraumes anzuordnen.
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Besonders vorteilhaft gestaltet sich die Anwendung des Erfindungsgegenstandes
bei Motoren mit gegenläufigen Kolben, namentlich in den Fällen, wo beide Kolben
auf eine gemeinsame, dreifach gekröpfte Welle arbeiten. Hier bietet die Unterbringung
eines mit dem Arbeitskolben unmittelbar verbundenen Pumpenkolbens insofern Schwierigkeiten,
als bei Ansetzung eines (stufenförmigen) Pumpenkolbens am inneren Arbeitskolben
die Baubreite der Maschine vergrößert wird, während bei Anbringung des Pumpenkolbens
am äußeren Arbeitskolben die Baulänge, bei stehenden Maschinen (Bauhöhe), der Maschine
erheblich zunimmt. Bei der letzterwähnten Anordnung des Spülpumpenkolbens bietet
nun die Anwendung der Erfindung neben
@l@r Vereinfachung des Aufbaues
weitere wichtige Vorteile, vor allem eine weitere wesentliche Verringerung der Baulänge.
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Zur eingehenden Erläuterung der Erfindung diene die Zeichnung, die
in den Abb. i bis 5 verschiedene Anwendungsbeispiele, und zwar bei Gegenkolbenmaschinen,
veranschaulicht, und außerdem in Abb.6 eine Vergleichsform der üblichen Bauweise
wiedergibt. Dabei sind die Abb. i und ,; Mittelschnitte senkrecht zur Kurbelwelle,
die Abb. 2, .1 und Ei Mittelschnitte in der Ebene der Kurbelwelle, Abb, 5 ein Hori
zontalschnitt durch die Pumpe längs Linie V-V in Abb. .I.
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In den Abbildungen bezeichnet i den Arbeitszylinder, 2 den äußeren
und 3 den inneren Arbeitskolben, .I den Spülpumpenkolben, 5 die Kurbelwelle, 7 das
Querhaupt, 8 die Pleuelstangen des inneren (*etriebes, 9 die seitlichen Pleuelstangen
des äußeren Getriebes, 12 die Spülschlitze, i") die Auspuffschlitze, i.1 die Brennstoffzuführungsvorrichtung
im Arbeitszylinder, 1,9 den Arbeitsraum der Spülpumpe, i6 die Saugventile, 17 die
Druckventile der Spülpumpe, 2o den Spülluftaufnehmer, 21 das Getriebegehäuse.
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Die Ausführungsform nach Abb. i zeigt eine liegende, sogenannte Zweiwellenmaschine.
Mit dem einen Arbeitskolben 2 ist der Pumpenkolben 4 unmittelbar verbunden; als
Arbeitsraum der Pumpe dient derjenige Teil 15 des Getriebegehäuses 21, der
die zum Kolben 2 gehörige Welle 5 aufnimmt. Beim Einwärtsgang der Kolben saugt die
Pumpe Luft durch das Ventil 16 in den Gehäuseraum 1.5. Beim Auswärtsgang wird die
angesaugte Luft durch die im Pumpenkolben .I selbst untergebrachten Druckventile
17 in den unmittelbar an den Pumpenkolben angrenzenden Raum 2o übergeführt, in welchen
die Spülschlitze 12 des Arbeitszylinders münden. Um die Druckschwankungen während
des Spülvorganges klein zu halten, wrd ein großer Aufnehmerraum dadurch geschaffen,
daß die Stützwände 22 des Arbeitszylinders mit Durchbrechungen 23 versehen sind,
so daß der ganze, dem Arbeitsraum 15 der Pumpe gegenüberliegende Gehäuseraum als
Aufnehmer nutzbar gemacht ist.
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Abb. 2 zeigt eine stehende Einwellenmaschine mit dreifach gekröpfteta
Welle, bei welcher der Pumpenkolben 4. unmittelbar mit dem äußeren Arbeitskolben
2 verbunden ist. Die erhebliche Größe des Pumpenkolbens, der ja für den von beiden
Arbeitskolben durchlaufenen Raum Spülluft fördern muß, ermöglicht es, die äußeren
Schubstangen 9 innerhalb der Ouerschnittsfläche des Pumpenkolbens anzuordnen, d.
h. sie unmittelbar am Pumpenkolben selbst angreifen zu lassen oder ein zum Kräfteausgleich
in den Stangen dienendes Querhaupt dicht unter dem Pumpenkolben einzuschalten. Dies
ist bei der gewöhnlichen Bauart praktisch nicht möglich, weil der die Spülschlitze
umgebende Aufnehmer die Durchführung solcher eng an den Arbeitszylinder herangedrängter
Schubstangen hindert. Dagegen dient bei Anwendung der Erfindung der Getrieberaum
des äußeren Kolbens zugleich als Spülluftaufnehmer, wie dies die Abbildung veranschaulicht.
Die von der Spülpumpe geförderte Luft strömt durch Ventil 17 und Rohr 18 in den
Aufnehmer 2o, der an seinem oberen Ende durch den Spülpumpenkolben .I begrenzt ist,
und weiter in die Spülschlitze 12. Das Querhaupt 7 sitzt dicht unter dem Spülpumpenkolben
und überträgt die Kraft des Kolbens 2 durch die Stangen 9 auf die Kurbelwelle 5.
Die den Arbeitszylinder i mit dem Getriebegehäuse 21 verbindende Wand 22 enthält
Durchbrechungen 23, welche die schwingenden Stangen 9 durchlassen und bewirken,
daß der ganze vom Gehäuse 21 umschlossene Getrieberaum als Aufnehmerraum dient.
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Nach Abb.3 ist gegenüber der Abb.2 zunächst zu weiterer Vereinfachung
das Cherströmrohr 18 in Fortfall gekommen. Die Druckventile 17 sitzen unmittelbar
im Spülpumpenkolben 4, so daß die beim Abwärtsgang dieses Kolbens in den Raum 15
eingesaugte Luft beim darauffolgenden Aufwärtsgang durch die Ventile 17 unmittelbar
in den Aufnehmerraum 2o einströmt. Hierdurch werden die Bewegungswiderstände der
Spülhift auf das denkbar geringste Maß verringert.
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Ferner sind bei dieser Maschine zwei Spülschlitze 25 bis an das äußere
Ende des Arbeitszylinders i durchgeführt, so daß das QuerhauPt 7 in sie eintreten
kann, wenn es sich der inneren Totlage nähert. Diese Anordnung ermöglicht es, den
Spülpumpenkolben näher an die Spülschlitze heranzurücken und ergibt dadurch eine
weitere Verringerung der Bauhöhe, die in dieser einfachen Form durch Unterbringung
des Getriebes im Aufnehmerraum gemäß der Erfindung ermöglicht ist.
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Auch bei dieser Maschine wird der Arbeitszylinder i durch eine mit
Durchbrechung 23 für die Pleuelstangen 9 versehene Wand 22 gestützt, so daß auch
hier der ganze Getrieberaum als Spülluftaufnehmer dient. Die Wände 22 wirken dabei
als Auffangvorrichtung für das von der Kurbelwelle 5 umhergeschleuderte
01,
so daß Schmierölverluste durch die Spülluft möglichst vermieden werden.
Erforderlichenfalls können weitere Auffangvorrichtungen hier eingebaut sein.
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Bei der Maschine nach Abb..I ist der Hub des äußeren Kolbens 2 beträchtlich
kleiner als der des inneren Kolbens 3. Derartig verschiedene Kolbenhübe sind an
sich bei Gegenkolbenmaschinen benutzt, um die Massenwirkungen in beiden Getrieben
möglichst auszugleichen. Im vorliegenden Fall aber wird dabei zugleich
der
Hub des Pumpenkolbens verringert; der Kolben kann also, ohne übermäßig viel Luft
zu fördern und dadurch unnötigen Energieverlust zu verursachen, einen erheblichen
Durchmesser erhalten. Dadurch wird aber der neue Vorteil gewonnen, daß die Unterbringung
der Getriebeteile des äußeren Getriebes innerhalb der Ouerschnittsfläche des Pumpenkolbens
erleichtert oder, namentlich bei langhubigen Maschinen, überhaupt erst möglich wird.
Die vom Querhaupt 7 ausgehenden Stangen ii führen nicht unmittelbar zur Kurbelwelle,
sondern zu Kreuzköpfen io, an welchen die Pleuelstangen 9 angreifen. Die Stangen
ii durchdringen die Wand 22 mit Spiel, oder es sind in dieser Wand besondere Öffnungen
vorgesehen, so daß auch der Getrieberaum mit als Aufnehmerraum wirkt. Da die geradlinig
bewegten Stangen ii nur kleine Öffnungen zu ihrer Durchführung durch die Wand 22
benötigen, können bei dieser Anordnung die Schmierölverluste besonders klein gehalten
werden.
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Bei den Anordnungen nach den Abb. 2 bis 4. hat das Querhaupt, wenigstens
auf einem Teil seines Hubes, keine seitliche Führung, die die Kolben i und 1 und
ihr Getriebe gegen Verdrehen schützt. Um eine solche zu schaffen, ist gemäß Abb.
5 der Pumpenkolben an seiner Mantelfläche mit einer achsial verlaufenden Nut 28
und der Pumpenzylinder mit einem entsprechenden Vorsprung 29 versehen.
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Die Druckschwankungen, die im Spülluftaufnehmer während des Hubes
infolge der Verdrängerwirkung des Pumpenkolbens 4 auftreten, lassen sich bei Mehrzylindermotoren
mit Kurbelversetzung dadurch verringern, daß die Behälterräume der einzelnen Zylinder
untereinander verbunden werden.
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Die durch die neue Anordnung erzielbare Verringerung der Baulänge
und Vereinfachung des äußeren Aufbaues läßt der Vergleich mit Abb. 6 erkennen, welche
eine der üblichen Anordnungen unter Zugrundelegung der gleichen Verhältnisse, wie
sie in Abb. q. angenommen sind, darstellt. Die Spülpumpe 15 fördert in einen die
Spülschlitze 12 umgebenden Behälter 30. Das den Behälter 3o beiderseits überragende
Querhaupt 7 muß um eine Hublänge (Strecke lt,) unter dem Pumpenkolben 4 angeordnet
sein, damit die Gehäuseschlitze 31 vom Arbeitsraum 15 der Pumpe stets getrennt bleiben.
Ferner kann das Querhaupt 7 nicht bis in die Spülschlitze des Arbeitszylinders i
eintreten, da es in freier Außenluft arbeitet, während der Spülluftbehälter
30 von der Außenluft abgeschlossen sein muß ; der Arbeitskolben 2 muß daher
etwa um den Abstand der Spülschlitzsteuerkante bis zum oberen Ende des Arbeitszylinders
(Strecke h,) länger sein. Die Bauhöhe verringert sich also nach der Erfindung um
die Summe der Strecken hl und h.. Gleichzeitig wird der Aufbau der Maschine erheblich
einfacher.