DE3821617A1 - Gleichstrom motor mit dreh-ventil, sowie getrennter spuelung und ladung - Google Patents

Description

In der Haupt-Patentanmeldung P-38 17 529.0 ist ein Zweitaktmotor mit einem Einlaß-Ventil für die Spülung und einem Einlaßventil für die zeitlich nach der Spülung erfolgende Ladung beschrieben. Die Ventile sind dabei Hubventile. Im USA-Patent 45 62 796 des Erfinders ist ein Turbocharger mit zwei Ladern beschrieben und das USA-Patent 45 46 743 des Erfinders zeigt einen Motor mit zwei Drehventilen als zu gleicher Zeit wirkende Einlaßventile.

Jede der genannten patentrechtlichen Schriften bringen Vorteile in ihrem Anwendungsbereich. Den genannten USA-Patenten fehlt jedoch eine Trennung der Ladung von der Spülung und dem Hauptpatent fehlt ein ausreichender Durchflußquerschnitt der Einlaßventile für hohe Drehzahlen. Außerdem ist das Hauptpatent an Hubventile gebunden, die starke Federn benötigen.

Daher fehlt es noch an einem Hochleistungs-Gleichstrom- Verbrennungsmotor für sehr hohe Drehzahlen und Leistungen bei einfacher Bauart.

Die Erfindung hat daher die Aufgabe, einen Gleichstrom-Hochleistungs-Verbrennungsmotor zu schaffen, der Drehventile verwenden kann, der den Zylinder in der zum Auspuff gleichen Strömungs- Richtung spült und nach Verschluß der Auslaßöffnungen mit Vordruck lädt, der kompakt, zuverlässig mit hohem Wirkungsgrad arbeitend und in der Herstellung einfach und billig ist.

Diese Aufgabe wird im Fachgebiet des Gattungsbegriffs des Patentanspruchs 1 nach dem kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausbildungen der Erfindung sind in den Patentansprüchen 2 bis 11 beschrieben.

In den Figuren zeigen

Fig. 1 und 10 bis 18 Längsschnitte durch Beispiele der Erfindung;

Fig. 2 bis 9 Schnitte durch Teile der Fig. 1;

Fig. 19 ein Beispiel eines Zylinders der bekannten Technik;

Fig. 20 eine Grundlagen-Figur für Berechnungen; und

Fig. 21 bis 22 zeigen Längsschnitte durch weitere Ausführungsbeispiele der Erfindung.

In den Figuren ist der Zylinderraum 11 von der Zylinderwand 12 umgeben und im Zylinder 11 ist der Kolben 19 reziprokierbar angeordnet. Die Zylinderwand 12 und der Zylinderkopf 9 können mit Kühlmitteln 14 versehen sein. Der Kolbenhub, also die Reziprokation, des Kolbens 19 kann beispielsweise durch das Pleuel 20 mittels einer Kurbelwelle und der Kraft der expandierenden Brenngase erfolgen. Doch können auch andere Mittel für die Steuerung des Kolbenhubes angewendet werden, zum Beispiel aus Patentliteratur des Anmelders und des Erfinders bekannte. Die Fig. 1 bis 17 haben im Zylinderkopf 9 die Einlaß-Drehventile 3 und 103 mit Steuerfenstern 4. Sie können außerdem Kühlräume 5 enthalten und der Zylinderkopf kann mit Kühlkanälen 7, Kühlrippen 14 und Leitungskanälen 84, 15 versehen sein. Das wesentliche dieser Anordnung ist, daß im unteren Zylinderteil, oberhalb der unteren Totpunktlage des Kolbens und von dieser aus beginnend, etwas nach oben erstreckt, die Auslaß-Öffnungen 1 angeordnet sind, wodurch erreicht wird, daß die Abgase in Richtung von oben nach unten aus dem Zylinder in die Auslaß-Öffnungen 1 beim Auspuff strömen und die danach folgende Spülung oder Füllung des Zylinders 11 mit frischer Luft, Ladeluft oder Brennstoff-Luftgemisch durch die Einlaßventil-Fenster 4 ebenfalls von oben nach unten durch den ganzen Zylinderquerschnitt hindurch erfolgt. Die Spülung oder Füllung des Zylinders erfolgt also im "Gleichstrom-Verfahren", nämlich in der gleichen Richtung, wie der Auspuff (innerhalb des Zylinders 11). Dadurch wird unvollständige Säuberung von Altgasen und unvollständige Füllung mit Frischluft, wie sie (siehe Fig. 19) bei üblichen Zweitaktmotoren vorkommen, vermieden.

Wenn man in Fig. 1 den Trennsteg oben rechts zwischen den beiden Einlässen 84 und 184 fortläßt, so daß nur ein einziger Einlaß 84 besteht, dann entspricht die Fig. 1, wenn man außerdem die unterschiedliche Drehwinkelstellung der Ventile 3 und 103 übersieht, zusammen mit den zur Fig. 1 gehörenden Fig. 2 bis 9 voll den eingangs erwähnten USA-Patenten des Erfinders. Bevor auf die Neuheiten der gegenwärtigen Erfindung eingegangen wird, seien daher die aus den erwähnten USA-Patenten bekannten Teile der Fig. 1 bis 9 kurz beschrieben. Die Fig. 2 ist der Querschnitt entlang der gepfeilten Linie II-II durch Fig. 1 und zeigt, daß die Auslaßöffnungen 1 bevorzugterweise um den ganzen Umfang der Zylinderwand 12 etwa gleichmäßig verteilt sind und die Abgase (Auspuffgase) in einer Sammelkammer 2 gesammelt und zum Auspuff 8 geleitet werden. Fig. 3 zeigt einige der Auslaßöffnungen 1 vom Zylinderinneren her, von der gepfeilten Linie III-III in Fig. 1 aus, gesehen. Die Vielzahl der Auslaßöffnungen (Bohrungen) 1 hat den Zweck, eine große Auslaßquerschnittssumme bei geringer axialer Höhe der Auslässe zu verwirklichen, um einen größeren Teil des Kolbenhubs, als in Motorrad-Zweitaktmotoren üblich, für die Kompressions- und Expansions-Arbeit des Motors verwenden zu können. Die Fig. 4 bis 9 zeigen Schnitte durch beispielhafte Ausführungen der Ventile 3 oder 103. Die Fig. 4 und 7 haben gepfeilte Linien mit Nummern, die den Schnitt der betreffenden Figur rechts neben der Fig. 4 oder 7 benennen. Durch diese Figuren ist die Lage der Steuerfenster 4 in den Ventilen gezeigt, durch die die betreffende Luft in den Zylinderraum 11 geleitet oder von ihr abgesperrt wird. Auch sind beispielsweise Kühlkanäle 5 in die Ventile eingezeichnet und schließlich sieht man Druck-Kolben 22 in Druck-Kammern 21, die gegen das betreffende obere oder seitlich obere Teil der Außenfläche des betreffenden Ventils drücken und damit das betreffende Ventil dicht an die zylindrische Lagerfläche im Zylinderkopf 9 drücken. Fig. 8 zeigt ein Ventil geöffnet und Fig. 5 und 9 zeigen ein Ventil in der geschlossenen Lage. Druckmittel von geeignetem Druck wird in die Andruckkammern 21 geleitet und die Ventile sind Dreh- Ventile, was heißen soll, daß sie entweder rotieren oder um ihre Achse schwenken. Der Antrieb der Ventile erfolgt mechanisch, hydraulisch pneumatisch oder elektrisch und in Abhängigkeit von dem betreffenden Drehwinkel der Kurbelwelle, wenn eine Kurbelwelle im Motor zur Steuerung des Kolbenhubes angeordnet ist. Der Kopfdeckel 9 kann durch den Kopfdeckel 39 ersetzt sein. Die Kanäle 17, 117 führen von den Ventilen 3, 103 zu dem Zylinderraum 11.

In Fig. 10 ist der Längsschnitt durch einen Turbocharger mit zwei Ladern nach dem eingangs genannten Eickmannschem USA-Patent gezeigt. In ihm trägt die gemeinsame Welle 72 die Turbine 61 und die Ladergebläse 65 und 67. Die Auspuffgase werden von dem Auspuff 8 der Fig. 1 in den Einlaß 70 des Turbo geleitet, wodurch sie die Turbine 61 im Gehäuse 60 in Drehung und damit die Welle 72 in Drehung versetzen. Die Auspuffgase verlassen die Turbine durch den Auslaß 71 meistens in den Auspuff hinein. Die Lader 65 und 67 saugen bei ihrem Umlauf Luft aus den Einlässen 66 an und Lader 65 liefert die komprimierte Luft aus dem Auslaß 69, während der Lader 67 die Luft aus dem Auslaß 68 liefert. Die Kanäle 62, 63, 64 und 73 dienen der Betriebssicherheit des Turbo, zum Beispiel als Kühl- oder Schmieröl-Kammern.

In dem genannten USA-Patent des Erfinders liefert einer der Lader Auslässe 68 oder 69 die Luft oder das Brennstoff-Luftgemisch auf bis etwa 2 ata vorkomprimiert zur Spülung oder Ladung des Zylinderraums 11 und der Auslaß 68 oder 69 ist dann zu dem gemeinsamen Einlaß 84 des USA-Patents verbunden, während der andere der Lader Auslässe 68 oder 69 zu den Kühlkanälen 5 der Venile 3 usw. zu dessen Durchspülung und Kühlung vorhanden ist. Falls auch der dritte Lader 167 angeordnet ist (strichliert in Fig. 10), dann kann dessen Auslaß 168 zu den Kühlkanälen 7 im Zylinderkopf 9, 39 oder zu den Kühlrippen 14 geleitet werden. Soweit ist nunmehr der aus den Eickmannschen USA- Patenten bekannte Teil des Standes der Technik beschrieben.

Im Unterschied zu dem bekannten Stand der Technik nach den genannten Eickmannschen USA-Patenten ist in Fig. 1 ein Trennsteg oben rechts des Einlaßventils 3 ausgebildet, so daß die Fig. 1 erfindungsgemäß zwei Einlässe 84 und 184 ausbildet. Der Einlaß 84 führt über den Kanal 15 zum Einlaßventil 103, während der Einlaß 184 zum Einlaßventil 3 führt. Erfindungsgemäß hat man also räumlich voneinander getrennte Einlässe für die beiden Einlaßventile, so daß jedes einzelne der Einlaßventile 3 und 103 einen eigenen, vom anderen getrennten Einlaß 84 bzw. 184 hat. Jedes der Ventile der Ausbildung nach der Erfindung kann daher selbständig und vom anderen Ventil unabhängig arbeiten. Wenn man genau hinsieht, erkennt man auch, daß in der erfindungsgemäßen Ausbildung nach Fig. 1 das Ventil 103 einen anderen Drehwinkel als das Ventil 3 hat.

Die gleiche erfindungsgemäße Ausbildung findet man auch in den Fig. 11 bis 17. Die Lagerung und der Antrieb der Ventile kann in gleicher Weise, wie in den USA-Patenten beschrieben, erfolgen, oder mit verbesserten Mitteln nach DE-OS des Anmelders oder des Erfinders erfolgen, jedoch muß die unterschiedliche Umlaufwinkelstellung der Ventile 3 und 103 im Sinne der Erfindung und ihrer Figuren ausgeführt sein.

Um den Zweck und die Aufgabe der Erfindung schnell verstehen zu können, sei die Fig. 19 betrachtet, die etwa im Maß-Stab 1 : 1 den Zylinder eines weltbekannten 125-CC- Motorrad-Rennmotors zeigt. Der Rennmotor hat zwei Zylinder zu einer gemeinsamen Kurbelwelle, also etwa 250 CC, wovon in Fig. 19 nur einer der Zylinder gezeigt ist, weil er zur Betrachtung der Grundlagen ausreicht und man die Grundlagen an einem Zylinder besser übersieht.

Im genannten Zweitakt-Motor der Fig. 19 zeigt die strichlierte Linie 85 die Oberkante des Kolbens bei dessen unterer Totpunktlage und die gestrichelte Linie 86 zeigt die obere Totpunktlage des Kolbens. Linie 78 zeigt das etwaige obere Ende des Brennraums im Zylinderkopf. Der Zylinder hat 54 mm Innendurchmesser und der Kolben macht einen Einweghub von 54 mm. Man sieht oben etwa 4 mm Brennraum im Zylinder, der mit CC bezeichnet ist. Vom Kurbelgehäuse strömt vorkomprimierte Luft durch 4 Öffnungen (Einlässe) 83, 82 in den Zylinder ein, nachdem der Auspuff durch den Auslaß 84 beendet ist. Brennstoff-Luftgemisch strömt vom Vergaser her durch die Einlaßöffnung 81 ein. Man findet eine radiale Länge von 14 mm für den Einlaß IS und eine radiale Länge 30 mm für den Auspuff ES. Der Hub ist TS und 54 mm. Aus der Figur sieht man einmal, daß nur 42 mm Hubweg für den Expansionstakt verwendbar sind, also nur 24/54 = 44,45 Prozent des Hubwegs. Es wird in diesem Motor also nur ein sehr, sehr kleiner Teil des Hubwegs für die Leistungserzeugung ausgenutzt, während mehr als die Hälfte des Hubwegs für den Auspuff und die Neufüllung des Zylinders benötigt wird. Außerdem sieht man aus der Geometrie, daß die Strömung der Füllung mit frischer Luft (Pfeile F 3) und die Füllung mit frischem Brennstoff-Luftgemisch (Pfeil F 4) keine Ursache haben, den Zylinder völlig zu durchspülen, weil die von unten rechts kommende Zuströmung die Tendenz haben muß, der Auspuffströmung (Pfeil F 1) nach unten links zu folgen. Man muß daher damit rechnen, daß der Zylinderraum im oberen Teile nicht sauber von Altgas entleert wird und nicht sauber mit Frischgas gefüllt wird. Das zeigt deutlich die wesentlichen Nachteile des Zweitaktmotors der herkömmlichen Bauart für Motorräder. Außerdem zeigt es, daß weniger als die Hälfte des Abwärtshubs für die Leistungserzeugung ausgenutzt wird, weil der größte Teil des Hubwegs für die Strömung, wie Auspuff und Neufüllung verlorengeht. Der Motor erreicht zwar eine sehr hohe Leistung bei geringem Gewicht und einfacher Bauart, muß aber infolge unsauberer Strömung unrationell sein, wobei er außerdem wegen der nur geringprozentigen Ausnutzung des Hubwegs wegen auch keine so viel höhere Leistung geben kann, als ein turbochargierter Viertaktmotor gleichen Zylinder-Inhalts. Man mag sich wundern, warum die Zweitakt-Motor- radmotoren keine Turbos zur Leistungs-Steigerung verwenden. Dafür gibt die Figur bei genauem Hinsehen wieder Auskunft, denn der hohe Vordruck des Turboladers würde Mengen an frischem Brennstoff-Luftgemisch in den Auspuff Auslaß ES = 84 treiben und somit Brennstoff vergeuden, sowie die Gefahr von Explosionen im Auspuff hervorrufen.

Erfindungsgemäß wird nun erkannt, daß die ähnliche Gefahr auch bei den Motoren nach den eingangs genannten Eickmannschen USA- Patenten besteht. Denn wenn die Ventile nicht genau zur richtigen Zeit geöffnet werden, neigen die Eickmann-Motoren nach dem USA-Patent dazu, vom Turbo durch die Einlaßventile eingeblasene Frischluft mit Brennstoffteilen teilweise durch die Auslässe 1 aus dem Zylinder heraus, den Auspuffgasen folgend, der Arbeitsleistung zu entziehen, wenn die Auslässe 1 nicht im richtigen Moment verschlossen werden. Man kann die Ventile so und die Auspuff-Öffnungen so berechnen und bauen, daß die Ventile zur rechten Zeit öffnen und die Auslässe 1 zur rechten Zeit verschlossen werden. Das funktioniert aber nur für eine bestimmte Drehzahl oder einen begrenzten Drehzahlbereich, da ja die Strömung durch die Ventile und Auslaß-Öffnungen bei bestimmtem Ladedruck bestimmte Durchflußmengen erreichen, während unterschiedliche Durchfluß- Mengen bei unterschiedlichen Drehzahlen verlangt werden müssen.

Die bisher bekannten Zweitakt-Motoren sind also noch nicht perfekt und tatsächlich noch mit den beschriebenen, erheblichen Mängeln behaftet. Diese zu überwinden, ist Aufgabe der gegenwärtigen Erfindung und ihre Lösungen schaffen tatsächlich eine wirksame Verbesserung (Leistungs-Steigerung) gegenüber den beschriebenen bekannten Zweitakt-Motoren nach dem Stande der Technik (soweit er dem Anmelder und Erfinder bekannt ist).

Die erfindungsgemäßen Merkmale in Fig. 1 bestehen daher darin, daß die bisher verbunden gewesenen Kanäle zu den Einlaß-Ventilen räumlich voneinander getrennt werden und außerdem eines der Ventile spätere Öffnungszeiten als das andere erhält. Man findet daher in Fig. 1 die Einlässe 84 und 85 separiert voneinander durch eine Trennwand (ohne Bezugszeichen) zwischen ihnen und man sieht unterschiedliche Drehwinkel der Einlaßventile 3 und 103 um ihre Achsen. Der Kanal 15 verbindet jetzt ausschließlich den Einlaß 84 mit dem Ventil 103, während er in den eingangs erwähnten USA-Patenten den Einlaß mit beiden Ventilen verband. Lediglich zur Benennung ist in Fig. 1 der Kanal vom Ventil 3 zum Zylinderraum 11 mit 117 bezeichnet (statt 17 beim Ventil 103) und der Kolben 19 ist mit den Kolbenringen 88 ausgerüstet. Die punktstrichlierte und gepfeilte Linie IV-IV zeigt die Lage des Schnittes, der in Fig. 4 dargestellt ist.

Der Zweck der Anordnung räumlich voneinander getrennter Einlässe 84 und 184 zu den Ventilen besteht darin, die Spülung und die Ladung des Zylinderraumes 11 räumlich und zeitlich voneinander zu trennen. Dadurch kann man die Spülung und Ladung durch unterschiedliche Lader oder Gebläse verwirklichen. Typische Ausführungsbeispiele dafür findet man in den Fig. 15 und 16.

Fig. 15 zeigt im Prinzip die Verbindung zweier Lader eines gemeinsamen Turbochargers zu den getrennten Einlässen 84 und 184. Der Turbo der eingangs genannten USA-Patente ist in Fig. 15 relativ vergrößert dargestellt und mit seiner Achse senkrecht gestellt, so daß der Eingang 70 der Turbine des Laders direkt an den Auslaß 8 des Zylinders 12 paßt. Entsprechend ist der Laderauslaß 69 des ersten Laders mit dem Einlaß 184 verbunden, während der Auslaß des zweiten Laders, Auslaß 68 mit dem Einlaß 84 verbunden ist. Der Lader 65 fördert daher zum Ventil 3, während der Lader 67 zum Ventil 103 fördert.

In Fig. 16 ist der Innenraum 143 des Kurbelgehäuses 43 als Vorkompressor und Luft-Förderer benutzt und mittels Kanal 100 zum Einlaßventil 103 verbunden. Als Turbo ist in Fig. 16 ein handelsüblicher Turbo mit nur einem Lader verwendet. Verbunden ist der Auslaß 8 des Auspuffgas-Sammelraumes zum Einlaß 70 der Turbine, während der Auslaß 69 des Laders 65 zum Einlaß 184 verbunden ist.

Die Fig. 11 bis 14 zeigen die Wirkungsweise der entscheidenden Teile der erfindungsgemäßen Anordnungen. Dargestellt ist hier der gleiche erfindungsgemäße Motor mit verschiedenen Lagen des Kolbens, so daß der Kolben 19 zu unterschiedlichen Zeiten seines Hubwegs gezeigt ist. Die Anschlüsse 84 und 184 sind neutral gezeichnet, in diesen Figuren, also nicht mit bestimmten Arten von Ladern verbunden. Das soll zeigen, daß verschiedene Verbindungen von Ladern zu den Einlässen 84 und 184 möglich sind, zum Beispiel, wie in anderen Figuren mit erfindungsgemäßen Ausführungsbeispielen, gezeigt.

In Fig. 11 hat der Kolben 19 die Lage seines unteren Totpunktes also den Hubweg "null". Beide Einlaßventile 3 und 103 verschließen die Einlässe zu dem Zylinder. Diese Lage des Kolbens definiert den Auspuff der Altgase durch die Auslässe 1 zur Sammelkammer 2 und deren Auslaß 8.

Fig. 12 zeigt den Kolben nach kurzem Aufwärts- Hubweg in derjenigen Lage, in der der Auspuff-Vorgang der Altgase beendet ist (oder teilweise beendet ist) und der Vorgang der Spülung des Zylinderraumes 11 beginnt. Entsprechend beginnt das Einlaßventil 3 zu öffnen und die Spülluft wird vom Einlaß 184 her durch die Steueröffnung des Ventils 3 von oben her in den Zylinderraum 11 hereingepreßt. Die Spül-Luft durchströmt den Zylinderraum 11 von oben her in der gleichen Richtung wie die Auspuff-Altgase strömten und reinigt den Zylinder von Altgas, füllt ihn aber mit Frischluft, wobei Altgasreste durch die Auslaßöffnungen 1 aus dem Zylinderraum 11 herausgepreßt werden. Da die Spül-Luft nach der Erfindung keinen Brennstoff enthält, sind Entweichen von Brennstoffteilen durch die Auslässe 1 in den Auspuff oder in die Turbine des Turbo hinein, erfindungsgemäß vermieden.

Fig. 13 zeigt den Kolben 19 in derjenigen Lage seines Hubweges, in der der Kolben 19 die Auslaßöffnungen 1 gerade verschlossen hat und der Vorgang des Ladens des Zylinderraumes 11 mit Ladedruck beginnt. Entsprechend ist das Einlaßventil 3 jetzt in derjenigen Stellung, in der es die Verbindung des Einlasses 184 zum Zylinderraum 11 wieder verschließt. Das Einlaßventil 103 aber beginnt jetzt die Öffnung des Einlasses 84 zum Zylinderraum 11, indem sein Steuerfenster 4 die Verbindung vom Kanal 15 zum Zylinder Innenraum 11 öffnet. Dieses Ventil 103 hält die beschriebene Verbindung des Einlasses 84 zum Zylinder- Innenraum 11 so lange offen, bis der Zylinderraum 11 mit dem gewünschten Ladedruck, den der betreffende Lader liefert, gefüllt ist. Wichtig ist hierbei, daß der Betrieb mit Vergaser und Zündung der betreffende Lader jetzt Brennstoff Luftgemisch über Eingang 84, Kanal 15, das Einlaßventil 103 und den Kanal 117 in den jetzt zu den Auslässen 1 verschlossenen Zylinderraum 11 liefert.

Fig. 14 zeigt diejenige Lage des Kolbens 19 bei seinem Hubweg, bei dem der Ladevorgang beendet ist und die eigentliche Kompression innerhalb des Zylinderraumes 11 durch den Kolben 19 beginnt. Der weitere Verlauf ist dann die volle Kompression. Zündung und Verbrennung mit anschließendem Arbeitshub bei der Expansion der Gase beim Entspannungshub. Diese Vorgänge sind in der Technik bekannt und brauchen nicht mehr beschrieben zu werden.

Durch die Erfindung wird der Druck im Zylinderraum 11 etwa verdoppelt (Abweichungen von der Verdoppelung durch andere Wahl des Ladedruckes) und somit die Leistung des Zweitaktmotors gegenüber dem laderlosen Zweitakt-Motor der Motorräder etwa verdoppelt. Gleichzeitig aber wird saubere Spülung und Ladung des Zylinderraumes 11 erreicht, so daß der Motor sauber und zuverlässig, etwa wie ein Viertakt-Motor, arbeitet. Entweichen von Brennstoffteilen in den Auspuff hinein ist vermieden worden. Der erfindungsgemäße Motor kann auch etwa eine 60prozentige Leistungserhöhung im Vergleich zum turbogeladenen Viertakt- Motor bei gleichem Gewicht erreichen und ist somit besonders für Flugzeug-Senkrechtstart geeignet, bei dem hohe Leistung der Antriebsmotoren bei geringem Gewicht der Antriebsmotoren-Propeller kleinen Durchmessers zulassen und somit kleine, billige Flugzeuge mit Senkrecht-Start und Lande-Fähigkeit verwirklichen helfen. Solche Flugzeuge für Menschen mit durchschnittlichem Einkommen mögen nach und nach die Autos von heute ersetzen, weil sie weniger Unfallgefahren haben und die Umwelt weniger verschmutzen, wenn man sie nach den Grundlagen der entsprechenden Patent-Literatur des Anmelders oder des Erfinders baut.

Fig. 15 ist bereits beschrieben worden. Die Ventile sind nicht eingezeichnet, damit man ihre Lageraum-Betten des zylindrischen Querschnitts deutlicher sieht. Siehe die Bezugszeichen 5 für die Ventil- Betten.

In Fig. 16 hat das Kurbelgehäuse 43 das Einlaßventil 40 (mit dem Filter 46 davor) und das Auslaßventil 41. Die Leitung 100 verbindet das Auslaßventil 41 zu einem der Zylinder-Einlaß- Ventile 3 oder 103. Gezeichnet ist die Verbindung zum Ventil 103. Beim Aufwärtshub des Kolbens 19 saugt der Innenraum 143 des Kurbelgehäuses Luft durch das Einlaßventil 40 an und drückt sie beim Abwärtshub des Kolbens 19 über das Auslaßventil 41 und Kanal 100 zum betreffenden Einlaßventil 103 oder 3 des Zylinders 11. Der Lader 65 des Turbo preßt Ladeluft aus dem Auslaß 69 des hier handelsüblichen Turboladers durch Kanal 104 zum Einlaß 84 bzw. 184 des anderen Zylinder-Einlaß- Ventils 3 (oder 103). Im übrigen arbeitet auch diese Figur wie die anderen bereits beschriebenen Figuren der Erfindung.

In Fig. 17 ist ansstelle des handelsüblichen Turboladers der der eingangs genannten Eickmannschen USA-Patente eingesetzt. Der Spül- Vorgang wird wieder, wie in Fig. 16, durch den Kurbelgehäuse-Innenraum 143 verwirklicht. Die Ladung erfolgt durch den Lader 65 des Turbo über dessen Auslaß 69 und den Kanal 104, sowie über Einlaß 84, Einlaßventil 3 und Kanal 17. Der zweite Lader 67 des Turbo fördert Kühlluft aus seinem Auslaß 68 durch den Kanal 105 zum Kühlkanal 15 und von diesem aus durch die Kühlkammern 7 des Zylinderkopfes 9. Es ist möglich, den dritten Lader des Turbo aus den genannten USA- Patenten einzusetzen, um Kühlluft über die Kühlrippen 14 zu leiten. Leitbleche 16 können dann entsprechend angeordnet werden.

In Fig. 18 sind erfindungsgemäß Hubventile mit großen Querschnitten als Einlaßventile eingesetzt. Im Zylinderkopf 9 hat man jetzt die Anschlüsse 101 und 102 zu den Einlaßventilen 92 und 93. Das Einlaßventil 93 ist dabei im Einlaßventil 92 axial beweglich gelagert und es mag den Sitz 99 zum Einschrauben der Einspritzdüse oder der Zündkerze enthalten. Ventil 92 bildet einen Ventilsitz 94 vom Innendurchmesser etwa gleich zum Innendurchmesser der Zylinderwand 12, um großen Einström-Querschnitt zu verwirklichen. Entsprechend ist der Ventilsitz 95 des Ventils 93 mit großem Durchmesser ausgebildet. Der Schaft des Ventils 92 hat Durchströmkanäle 98 und ist im Zylinderkopf 9 axial beweglich gelagert. Das innere Ventil 93 ist mit Schaft in Führungen 97 des Ventils 92 axial beweglich gelagert. Entsprechende Vorrichtungen zum Schließen und Öffnen der Ventile 92 und 93 zeitlich nacheinander und in Abhängigkeit vom Drehwinkel der Kurbelwelle sind außen angeordnet, aber nicht eingezeichnet in Fig. 18 und die Anschlüsse 101 und 102 werden sinngemäß, wie in anderen der erfindungsgemäßen Figuren verbunden.

Fig. 20 zeigt keinen Gegenstand der Erfindung, sondern ist lediglich eine Hilfsfigur für Berechnungen für diese und andere Patentanmeldungen. Es ist nämlich so, daß die Masse zur Berechnung der kinetischen Energien der Schwungmassen nicht im Flächenschwerpunkt der Masse eingesetzt werden soll, sondern in der Schwerpunktsfläche mit Radius "Rgc".

Normalerweise erhielte man aus dem Flächenteilchen "dϕ", "dρ", folgende Schwerpunktsberechnung:

S = ∫y dA/S dA mit S = Schwerpunkt; A = Area = Fläche (1)

Dann:

Da bei winkelgleicher Verteilung der Schwungmasse um die Y-Achse = "0" in Fig. 20, die Cos-Summe null würde, rechnet man nur eine der Symmetriehälften um die neutrale Y-Achse = "0" in Fig. 20 aus:
Dann:

Einfacher versteht man die Sache, wenn man, statt obige Rechnung zu benutzen, die Steuerkörper Berechnungen aus der Eickmannschen Patentliteratur zu Hand nimmt. In deutscher Sprache zum Beispiel die DE-PS 23 00 639. Dort findet man den integral mittleren Radius "Rgc", der, um den Flächenschwerpunkt zu finden, mit der Funktion "FG" zu multiplizieren war.

Es ist nun so, daß die Schwungmassen um die Fläche mit dem Radius "Rgc" der Steuerkörper-Theorie konzentriert zu setzen ist. Dann erhält man als die Angriffsfläche der konzentrierten Schwungmasse den Radius "Rgc" (Fig. 20) zu:

Die Schwungmasse wird:

Und die kinetische Energie der Schwungmasse wird:

oder:

Um in mm rechnen zu können, aber auf m/s zu kommen,

γ = spezifisches Gewicht × 10^-6
"n" bedeutet Umdrehungen pro Minute
B = Länge × 10^-3
"R", "r" und "Rgc" auch in 10^-3

Für Einsetzen der Maße in mm gelten dann:

und:

oder:

oder:

Zahlenbeispiel für Gleichung (12): (mit γ = spezifisches Gewicht)
R = 48 mm, r = 28 mm, B = 12 mm, " γ " = 7,8; g = 9,81; Winkel (ϕ₂-ϕ₁) = 120 Grad:

und:

für 10 000 Upm:

Ek = 251 751^-12 · 10⁸ = 251 751^-4 = 25,17 kgm.

Diese Berechnungen sind deshalb von Interesse, weil ein Flugmotor für senkrechten Flugzeugaufstieg so leicht wie möglich sein soll. Die Masse der Kolben plus der Pleuel soll das (pi/2)-fache der umlaufenden Schwungmasse der Kurbelwelle nicht übersteigen und die umlaufende Schwungmasse soll nicht viel höher als das 1/(pi/2)-fache = das 0,63fache der Masse der Pleuel und Kolben sein, damit der Motor nicht zu schwer wird. Im übrigen soll die Bilanz der kinetischen Energie mit der zur Beschleunigung der Masse der Kolben und Pleuel erforderlichen Energie in Harmonie sein. Zu deren Berechnungen kann man wieder die folgenden aus der Eickmannschen Patentliteratur bekannten Formeln:

mit:

ω = Winkelgeschwindigkeit = n/π 30; Rc = Abstand der Exzenterachse von der Achse der Kurbelwelle und Lc = Abstand der Pleuellager-Achsen des Pleuels,

benutzen. Da die Erfindung in den Patentansprüchen teilweise noch näher beschrieben ist, sollen die Patentansprüche mit als Teil der Beschreibung der erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiele gelten.

Für den Abstand "Rc" des exzentrischen Lagers der Kurbelwelle von der mittleren Achse der Kurbelwelle = 27 mm und den Abstand zwischen den Achsen der Pleuel-Lager "Lc" = 110 mm bringt die Gleichung (13) folgende Werte, die für die richtige Wahl der Öffnungs- und Schließ-Zeiten wichtig sein können; mit alpha = Grad Kurbelwellenumdrehung, Sp = Kolbenhub;

α = °Sp = mm

  0 0  10 0,51  20 2,016  30 4,446  40 7,686  5011,589  6015,985  7020,69  8025,52  9030,31 10034,90 11039,16 12042,98 13046,30 14049,05 15051,21 16052,76 17053,69 18054,00

Man sieht aus dieser Tabelle, daß die Schlitze oder die Ventile relativ lange Zeit geöffnet haben, weil ihre Öffnung und Schließung in der Nähe der Totpunktlagen des Kolbens erfolgt.

Fig. 21 zeigt einen Längsschnitt durch ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung. In dieser Figur teilt der hin- und herbewegte Kolben 304, 305, 307, 308 das Zylindergehäuse 301 in die beiden Zylinderkammern 302 und 303. Die Kolbenteile 304 und 305 sind durch das Mittelteil 308 (mit dem inneren Hohlraum 309) miteinander verbunden und von den Kolbenteilen 304 und 305 aus erstrecken sich in entgegengesetzten Axialrichtungen die Kolbenstangen 307, deren untere in der Figur mit dem Anschluß 319 versehen ist. Der Anschluß 319 kann zur Verbindung mit dem Pleuel zur Kurbelwelle verwendet werden. Die Enden der Kolbenstangen 307 laufen abgedichtet in verschließenden Führungen (Bohrungen) 315. Diese Führungen und Abdichtungen für die Kolbenstangen 307 befinden sich an den Enden der Zylinderkammern 302 und 303 in den Deckeln oder Köpfen 316 bzw. 317 der Zylinderkammern oder des Zylinders 301. Außerdem befinden sich in beiden Zylinderköpfen 316 und 317 je ein Spül-Luft-Einlaß-Drehventil 310, bzw. 312 und ein Ladeluft-Einlaß-Drehventil 311 bzw. 313. Diese Einlaßventile haben die Einlässe 314. Im Zylinder 301 befinden sich etwa in dessen axialer Mitte die Auslaß-Schlitze 306. Wenn der betreffende Kolben 304 die Auslaß-Schlitze 306 teilweise freigegeben hat, öffnet das Spül-Luft-Einlaßventil 314 (wie in der Zeichnung sichtbar) und bleibt solange offen, bis der Kolben 304 beim Aufwärtshub die Auslaß-Schlitze 306 verschlossen hat. Danach öffnet das Ladeluft-Ventil 311 und bleibt so lange offen, bis der Zylinder 302 mit der Ladeluft etwas höheren Druckes gefüllt ist, das Ladeluft-Einlaß-Ventil schließt und die eigentliche Kompression im Zylinder-Raum 302 beginnt. Nach Zündung des Brennstoff- Luftgemisches in Nähe des oberen Totpunkts beginnt der Arbeitshub, der Abwärtshub des Kolbens, bei dem im Zylinderraum 302 die expandierenden Arbeitsgase auf den Kolben 304 drücken und Leistung an ihn abgeben. Nach Ende des Leistungsabgabe-Hubes gibt der Kolben 304 bei seinem Abwärtshub die Auslaß-Schlitze 306 frei und die Abgase strömen durch die Schlitze 306 aus der Zylinderkammer 302 heraus. Der Takt des Motors beginnt von neuem. Unterhalb des Kolbenteiles 305 spielt sich der gleiche Takt zu unterschiedlicher Zeit und in umgekehrter Richtung ab. Entsprechend öffnet und schließt zur rechten Zeit zuerst das Spül-Luft-Einlaß-Ventil 312 und danach das Ladeluft-Einlaß-Ventil 313 zur entsprechenden Bedienung der Zylinderkammer 303. Bei einem vollen Aufwärts- plus Abwärts-Hub macht der Kolben der Figur zwei Leistungs-Abgabe-Hubwege, einen für den Kolbenteil 304 und einen für den Kolbenteil 305.

In sinngemäßer Weise ist auch die Maschine der Fig. 22 ein Doppelkolben-Motor mit zwei Leistungs-Abgabehuben pro Kurbelwellen-Umdrehung oder pro vollem Aufwärts- plus Abwärts-Hub der Kolbenanordnung. Der Zylinder 356 hat in Fig. 22 keine Deckel, wie sie in Fig. 21 erscheinen, sondern statt dessen einen Mittelteil 362, durch dessen zentrale Bohrung die Kolbenstange 357 im genannten Mittelteil abgedichtet, erstreckt ist. An den axialen Enden der gemeinsamen Kolbenstange 357 befinden sich die Kolben 354 und 355. Bei der Hin- und Herbewegung der Kolbenanordnung (Reziprokation) bilden sich zwischen dem Mittelteil 362 und den Kolben 354 bzw. 355 die ihre Volumen periodisch vergrößernden und verkleinernden Zylinderkammern 352 und 353. Zur Belieferung dieser Zylinderkammern sind im genannten Mittelteil 362 der Zylinderkammer 352 das Spül-Luft- Einlaß-Ventil 371 und das Ladeluft-Einlaß-Ventil 372 zugeordnet, während der Zylinderkammer 353 das Spül-Luft-Einlaß-Ventil 373 und das Ladeluft- Einlaß-Ventil 374 zugeordnet sind. Die Auslaß-Schlitze 356 befinden sich nahe den axialen Enden des gemeinsamen Zylinderkörpers mit seinen Zylinderkörperteilen 351 und 361. Die Öffnung und Schließung der genannten Einlaß-Ventile 371 bis 374 erfolgt in der zeitlichen Reihenfolge relativ zum Öffnen und Schließen der Auslaß-Schlitze 356, durch den betreffenden Kolben 354 oder 355, funktionsgemäß wie in Fig. 21.

In Fig. 22 ist am unteren Ende der Kolbenanordnung noch das Anschluß-Auge 358 mit seiner Bohrung 359 zum Anschluß des Pleuels mittels des in die Bohrung 359 einzusetzenden Bolzens eingezeichnet. Die Zylinder- Körper der Fig. 21 und 22 kann man auf entsprechende Kurbelgehäuse mit Kurbelwellen darin befestigen oder die Kolben der Fig. 21 und 23 als Freikolben-Motoren verwenden.

Die Ventile in den Figuren sind entweder Umlauf-Ventile oder Schwenk-Ventile, was bedeuten soll, daß sie entweder kontinuierlich um ihre Achsen umlaufen, oder periodisch um ihre Achsen vor und zurück um einen bestimmten Winkelbetrag schwenken, um jeweils zur rechten Zeit die Verbindung der betreffenden Durchlässe, z. B. 314, mit der betreffenden Zylinderkammer herzustellen oder die Verbindung zu beenden. Der Antrieb der Ventile erfolgt in zweckmäßiger Abhängigkeit von der Umlaufstellung der Kurbelwelle, also in Abhängigkeit vom Kurbelwellen-Drehwinkel "alpha". Zwischen der Kurbelwelle und den betreffenden Ventilen sind entsprechende Antriebsmittel für die Ventile, wie Getriebe, Riemen, Stangen, Zahnräder usw. angeordnet, was im Rahmen der bekannten Technik geschehen kann, wenn die Verbindungen, Öffnungs- und Schließ-Zeiten im Sinne der Erfindung ausgeführt werden.

Claims (12)

1. Zweitaktmotor nach der Haupt-Patentanmeldung P 38 17 529.0 mit räumlich und zeitlich voneinander getrennter Spülung und Ladung des Zylinders, insbesondere in Gleichstromrichtung der Strömung relativ zur Auspuffstrom-Richtung, dadurch gekennzeichnet, daß als Einlaßventile Drehventile 3, 103 eingesetzt, insbesondere nahe dem Zylinderraum 11 im Zylinderkopf 9 angeordnet, ausgebildet sind.

2. Aggregat nach Anspruch 1 und dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eines der genannten Einlaß-Ventile als Schwenkventil mit periodischer Schwenkung um seine Achse ausgebildet ist.

3. Aggregat nach Anspruch 1 und dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eines der Einlaßventile 3, 103 als um seine Achse rotierendes Ventil ausgebildet ist.

4. Aggregat nach Anspruch 1 und dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Einlaßventile als ineinandergeschachtelte Hubventile 92, 93 mit Sitzen 94, 95 großer Durchmesser ausgebildet sind.

5. Aggregat nach Anspruch 1 oder einem der Ansprüche, und dadurch gekennzeichnet, daß die Kurbelgehäusekammer 143 über ein Einlaßventil 40 Luft ansaugend und über ein Auslaßventil 41 fördernd die in der Kurbelkammer leicht komprimierte Luft über eine Leitung 100 zum Spülluft-Einlaßventil 3 oder 103 liefert.

6. Aggregat nach Anspruch 5 und dadurch gekennzeichnet, daß ein Lader, z. B. 69, Ladeluft auf Ladedruck komprimierend, dem Ladeluft-Einlaßventil 3 oder 103 liefernd, angeordnet ist.

7. Aggregat nach Anspruch 1 und dadurch gekennzeichnet, daß ein Turbo mit zwei Ladern dem Motor derart zugeordnet ist, daß die Auspuffsammelleitung 8 zum Einlaß 70 der Turbine verbunden, der Auslaß 69 des Laders 65 zum Einlaß 184 und der Auslaß 68 des Laders 67 zum Einlaß 84 verbunden ist (Fig. 15).

8. Aggregat nach Anspruch 1 und dadurch gekennzeichnet, daß den Einlaßventilen 3 und 103 räumlich voneinander getrennte, individuelle Einlässe 84 und 184 zugeordnet sind.

9. Aggregat nach Anspruch 5 und dadurch gekennzeichnet, daß dem Ladeventil 3 oder 103 ein Lader 65 und 67 eines Turboladers verbunden und im Aggregat Kühlkammern 15, 7 usw. angeordnet sind, denen ein zweiter Lader 67 des genannten Turbochargers verbunden ist.

10. Aggregat nach Anspruch 1 und dadurch gekennzeichnet, daß eine Anordnung, eine Ausbildung oder ein Mittel angebracht ist (sind) das oder die in der Anmeldung beschrieben ist (sind) oder die, (das) sich aus dem Gedankengang der Aufgabe der Erfindung ergibt (ergeben).

11. Aggregat nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Auslaßventil 100 in unmittelbarer Nähe der Kurbelgehäusekammer 143 angeordnet ist.

12. Aggregat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Zylinderkammer 302, 303 bzw. 352, 353 eines Doppelkolbenmotors eine Spül-Luft- und ein Ladeluft-Einlaßventil 310 bis 313 bzw. 371 bis 374 in einem Deckel 316, 317 oder einem Mittelteil 362 zugeordnet sind (Fig. 21 oder 22).