DE3837502A1 - Zweitaktmotor mit spuelung und ladung - Google Patents

Description

Zweitakt Motoren verwenden im allgemeinen eine Vorkompression des Brennstoff Luftgemisches im Kurbelgehäuse. Die so leicht vorkomprimierte Luft strömt in den Zylinder ein, nachdem die Abgase durch die Auspuffschlitze entwichen sind. Bei Viertakt Motoren verwendet man Turbo-Lader, um deren Leistung pro Gewicht und Abmessung zu erhöhen.

Die Zweitaktmotoren haben den Nachteil, daß ihre Wirkungsgrade meistens geringer, als die der Viertaktmotoren sind. Durch die gegenwärtige Erfindung wird erkannt, daß ein besonderer Mangel der Zweitaktmotoren ist, daß ein Lader oder Turbo Lader dazu führen kann, daß Übermengen an Kraft­ stoff Luftgemisch unverbraucht in den Auspuff entweichen und dort zu Explosionen führen können, während der Überverbrauch an Kraftstoff im Brennstoff Luftgemisch eine Verschwendung des Kraftstoffs ist. Außerdem fehlt es bis heute an einem Verbrennungsmotor, der so leicht, aber auch so leistungsstark, wie Gasturbinen ist, für billige, insbesondere senkrecht aufsteigende, Flugzeuge.

Ein Zweitaktmotor mit zwei Einlaß Ventilen im Zylinder Deckel, bei dem die Strömung im Zylinder in Einweg Richtung von oben nach unten erfolgt, weil die Abgase durch Auslaß-Schlitze im unteren Teil des Zylinders aus diesem entlassen werden, ist aus meinem US Patent 45 46 743 bekannt. Darin aber sind die Spül-Luft und die Lade-Luft nicht räumlich voneinander getrennt und sie erfolgen nicht zeitlich nacheinander. Soweit anderweitig bereits Versuche unternommen worden sein sollten, den Spül- Vorgang vom Ladevorgang zu trennen, wird angenommen, daß diese voll­ kommen oder mit Mängeln behaftet waren, die das Entstehen eines wirt­ schaftlichen und betriebssicheren Hochleistungs-Verbrennungsmotor des Zweitakt Systems beeinträchtigen oder verhinderten.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen einfachen Hoch­ leistungs Zweitaktmotor auch für die Verwendung zum direkten oder indirektem Propellerantrieb für Flugzeuge zu schaffen und den Wirkungsgrad, sowie die betriebliche Zuverlässigkeit des Zweitaktmotors zu erhöhen.

Diese Aufgabe wird im Gattungsbegriff des Anspruchs 1 nach dem kenn­ zeichnendem Teil des Patentanspruchs 1 gelöst. Weitere vorteilhafte Ver­ besserungen ergeben sich aus den Patentansprüchen 2 bis 19.

In der Zeichnung zeigt die Fig. 1 einen Querschnitt durch einen Zweitaktmotor der Erfindung, wobei innere Teile teilweise in Ansicht dar­ gestellt sind.

In dieser praktischen Ausführung, etwa im Maßstab 1 : 1 des Prototypes, wird die Ladeluft von einem in der Figur nicht eingezeichnetem Spül- Luft-Fördergerät, oder, wie in der Figur gezeichnet, über Ventil 45 in das Kurbelgehäuse angesaugt, beim Abwärtshub des Kolbens 2 im Kurbelgehäuse leicht verdichtet und über die Spülluft Leitung 15, in der ein Einweg­ ventil 16 angeordnet sein kann, zum Spül-Luft Einlaßventil 18 geleitet. Dieses Ventil 18 öffnet, wenn der Kolben 2 etwas über die Oberkante der Auslaß Schlitze (Bohrungen) 12 nach unten gelaufen ist. Solange das Spül­ ventil 18 noch verschlossen ist, erfolgt die Verbrennung des Brennstoffs und die Entspannung des Arbeitsgases, das dabei den Kolben 2 im Arbeitshub nach unten drückt und die Leistung über die Kurbelwelle aus dem Motor abgibt. Sobald der Kolben die Oberkante der Auslaßöffnungen 12 nach unten hin überlaufen hat, expandieren die Auspuffgase in den Abgas-Sammel Leitung 13 hinein. Die kinetische Energie der dabei hoch beschleunigten Abgase können im Zylinder einen Unterdruck erzeugen. Nach Ende dieses Auspuffs, also dann, wenn der Kolben 2 weit genug nach unten gelaufen ist und einen weiteren Teil der Abgasöffnungen 12 frei gegeben hat, öffnet das Spülventil 18 und die dann in den Zylinderraum einströmende Spülluft spült den Zylinderraum von Abgasen frei, wobei sie den Zylinderraum mit frischer Luft füllt. Sobald dann der Kolben 2 wieder nach oben zu laufen begonnen hat und die Abgasöffnungen 12 verschlossen hat, schließt das Spülventil 18 und das Ladeluft Ventil 19 öffnet. Danach strömt Ladeluft, zum Beispiel mit 1 bis 2 atü, durch das geöffnete Ladeluftventil 19 in den Zylinderraum 1 ein und füllt diesen mit der Ladeluft. Die Ladeluft kann auch ein Kraftstoff Luft­ gemisch sein und ist es in der Fig. 1, weil hier statt einer Brennstoff Einspritzdüse die Zündkerze 35 eingezeichnet ist. Die Ventile sind in der Figur im geschlossenen Zustand gezeichnet. Nach kurzer Zeit, nachdem der Zylinderraum 1 voll mit der Ladeluft gefüllt ist, schließt das Ladeluftventil 19 und die Kompression der Luft oder des Brennstoff-Luftgemisches beginnt im Zylinderraum und dauert an bis der Kolben 2 seine obere Totpunktlage nahe dem Zylinderdeckel 44 erreicht hat. Danach erfolgt die Zündung durch die Zündkerze 35 oder die Einspritzung des Brennstoffs durch eine Einspritzdüse, die die Zündkerze 35 ersetzen würde. Anschließend drücken die gezündeten Arbeitsgase auf den Kolben 2 und treiben ihn im Arbeitshub nach unten, bis er so weit nach unten gelaufen ist, daß er die oberen Kanten der Abgas­ öffnungen 12 freigibt und das Abgas durch die Auslässe 12 in den Sammelraum 13 entweicht. Danach wiederholt sich der beschriebene Arbeitsablauf bei der nächsten Umdrehung der Kurbelwelle 5. Die Rotation der Kurbelwelle wird durch die Massen oder Gegengewichte 17 aufrecht erhalten.

Durch die beschriebene Arbeitsweise und die beschriebenen Anordnungen ist erfindungsgemäß sichergestellt, daß der Spülvorgang und der Lade­ vorgang zeitlich und räumlich voneinander getrennt sind. Dadurch wird das Entweichen von Ladeluft und das Entweichen von Brennstoff in der Ladeluft vermieden. Die Spülung und Füllung des Zylinderraumes ist jetzt praktisch so perfekt, wie beim Viertaktmotor, doch erreicht der Zweitaktmotor fast die doppelte Leistung des Viertaktmotors mit Turbolader, wenn der Zweitakt­ motor nach der Arbeitsweise oder den Merkmalen der Erfindung ausgebildet ist.

In der Fig. 1 ist der Lader 33 durch die Ladeleitung 34 zum Lade­ ventil 19 verbunden und die Abgasleitung 32 verbindet den Abgassammelraum 13 mit dem Lader 33. Das Abgas treibt dabei im Lader 33 einen Motor oder eine Turbine, wodurch innerhalb des Laders 33 ein Verdichter betrieben wird. Der Lader 33 kann daher auch ein Abgas-Turbo-Lader sein, heute meistens einfach "Turbo" genannt. Der Spülluftleitung 15 kann ein insbesondere durch Drehzahl der Kurbelwelle 5 geregeltes Ablaßventil 39 mit Feder 40 unter dem Regler 41 zugeordnet werden, um den Spülluftdruck im Verhältnis zur zeitlichen Drehzahl der Kurbelwelle zu steuern, damit rationeller Betrieb erreicht werden kann. Die Einlaßventile 18 und 19 sind meistens feder­ belastet, wie die Federn 30 unter der Halterung 29 zeigen, wobei durch die Feder­ kraft die Einlaßventile geschlossen gehalten werden, bis sie durch eine die Federkraft überwiegende Öffnungskraft geöffnet werden. Die Öffnungskraft muß zur richtigen Zeit in Tätigkeit treten und in der Fig. 1 ist das beispielsweise durch je eine Nockenwelle 20 oder 21, pro Ventil, sichergestellt. Die Nockenwellen werden durch die Kurbelwelle mit zur Kurbelwellendrehzahl gleicher Drehzahl angetrieben und haben die Nocken 22 bzw. 23. Die Dreh­ richtung der Nockenwellen ist durch die Pfeile gezeigt. Wichtig ist im Rahmen der Erfindung, daß der Nocken 23 für das Ladeventil relativ zum Nocken 22 des Spülventils 18 um den Winkel 24 zurück versetzt ist, damit das Ladeventil 19 erst nach dem Spülventil 18 öffnet und schließt.

Statt der Ventile können Schlitzsteuerungen oder Drehschieber als Spülluft und Ladeluft Einlässe verwendet werden. Wichtig ist dabei, daß auch dann die Trennung der Spülluft von der Ladeluft und der relativ zur Spülluft spätere Einlaß der Ladeluft gesichert sein muß. Statt die Ventile durch Federn zu schließen, ist es oft praktischer, den Ventilen 18, 19 einen pneumatisch oder hydrostatisch betätigten Kolben in einem Zylinder zwecks Öffnen und Schließen der Ventile zuzuordnen. Die Anordnungen der Erfindung können auch an Doppelkolben Motoren verwendet werden und dadurch bei ihnen ähnlich vorteilhafte Erfindungseffekte bewirken.

Die Nockenwellen 20 und 21 sind in bekannter Weise von der Kurbelwelle 5 über Getriebe oder Ketten angetrieben, was in der Fig. 1 nicht gezeigt wird, weil es allgemein bekannt ist. Die Nockenwellen sind in dem Nockenwellenhalter 25 gelagert. Das Spülventil 18 bildet mit dem Zylinderkopf 44 den Sitz 26 und das Ladeventil 19 den entsprechenden Sitz 27. Die Ventile 18 und 19 haben im Zylinderkopf 44 geführte Ventil­ schäfte 28 mit den Enden 31, gegen die die Nocken 22 bzw. 23 zum Öffnen der Ventile drücken und dadurch die Schäfte 28 nach unten drücken und die Ventile 18 bzw. 19 öffnen. Die Feder 37 kann gegen das Ventil 45 wirken und ein Luftfilter 38 mag dem Ventil 45 vorgeschaltet werden.

Für die Konstruktion eines Motors der Erfindung ist es zweckdienlich, die Auslaßöffnungen, den Spülbeginn, das Spülende, den Beginn des Ladens und das Ende des Ladevorganges genau dem Hubweg des Kolbens anzupassen. Wenn eine Kurbelwelle verwendet wird, verwendet man die entsprechenden Umdrehungs Gradzahlen und wandelt sie auf Kolbenweg um. Wird der Motor im Maß-Stab 1 : 1 nach der Fig. 1 gebaut, dann setzt man für senkrecht auf­ steigende Flugzeuge praktischerweise zwei Einheiten in ein gemeinsames Gehäuse mit gemeinsamem Startermotor und gemeinsamem Turbolader. Die Leistung wird dann gegenüber einem Rennmotor, der bei zwei Zylindern etwa 55 PS hätte, auf 110 PS in vier Zylindern bei Selbstansaugebetrieb und auf über 150 PS bei Betrieb nach den Mitteln der Erfindung in Verbindung mit dem gemeinsamem Turbolader gesteigert.

Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich noch aus den Patentansprüchen, die daher auch als Teil der Beschreibung der Ausführungsbeispiele der Erfindung gelten sollen.

Die geometrisch-mathematischen Formelentwicklungen befinden sich in den entsprechenden Rotary Engine Kenkyusho Forschungsberichten = RER- Berichten des Erfinders.

Fig. 2 ist eine Kopie der Fig. 1 in verkleinertem Maßstab. Jedoch sind in Fig. 2 mittels strichlierter Linien einige alternative Ausführungen nach der Erfindung eingezeichnet. Wichtig ist zunächst in beiden Figuren, daß die Trennwand 7 im Zylinder Kopfdeckel 44 zur Trennung der Kammern oder Kanal- Teile 46, 47, die um die Schäfte 28 der Ventile 18 und 19 entstehen, angeordnet werden, damit Spülfluid und Ladefluid zu allen Zeiten räumlich voneinander getrennt bleiben und nicht miteinander vermischt werden können. Das ist wichtig, damit keine Ladefluid Brennstoff- Teile zusammen mit Spül-Luft durch die Schlitze 12 entweichen können.

In Fig. 2 zeigt der Pfeil 51 die Drehrichtung der Kurbelwelle und die durch sie in der Kammer 17 entstehende Luftströmung mit kinetischem Energie-Inhalt, der in Richtung des Pfeiles 52 unter Ausnutzung dieser kinetischen Energie in den Kanal 15 geleitet wird. Strichliert sieht man links in der Figur die Ausbildung eines Akkumulators 50 zum Kanal 15 verbunden, der der Beschleunigung der Strömung zum Ventil 18 nach Überlauf der Kurbelwelle über den inneren Totpunkt dienen kann. Vor dem Totpunkt wirkt die Druckluft aus Kammer 17 gegen den Akkumulatorkolben 53 und spannt ihn nach oben gegen die Feder 54. Nachdem die Kurbelwelle 5, 6 über den unteren Totpunkt gelaufen ist, oder nachdem das Ventil 16 in Kanal 15 geschlossen hat, drückt die Feder 54 den Kolben 53 nach unten, ver­ kleinert dadurch das Volumen der Akkumulatorkammer 50 und beschleunigt so die Strömung durch Kanal 15 und durch das Einlaßventil 18 in den Zylinderraum 1 hinein und durch ihn hindurch.

Infolge der hohen Leistung des Motors sind die Zylinderwandteile hoher Erhitzung ausgesetzt. Daher ist es zweckmäßig, Spiralen 36 mit der Zylinderwand 43 zu verbinden und so eine Spiralströmung des Kühlfluids 48 durch die Kühlkammer 9 zu erzeugen. Diese Spiralströmung erfaßt größere Oberflächen der Zylinderwand und bewirkt so eine schnellere und vollkommenere Kühlung.

Schließlich kann der Kolben 2 mit einer nach oben gerichteten und durch den Deckel 44 erstreckten dünnen Kolbenstange 55 versehen werden, die im Deckel 44 entsprechend abgedichtet wird, damit kein Gaus aus der Zylinderkammer 1 entweichen kann. Oberhalb des Deckels kann dann der dünnwandige Zylinder 57 ausgebildet werden, in dem der Hilfskolben 56 reziprokiert und den Zylinder in die mit Einlaßventilen 60 und 61 versehenen Kammern 58 und 59 unterteilt. Kammer 59 wird durch Kanal 62 mit dem Kanal 34 verbunden und Kammer 58 wird durch den Kanal 63 mit dem Kanal 15 verbunden. Die Kammer 58 liefert dann das Spülfluid und die Kammer 59 liefert dann das Ladefluid zu den betreffenden Einlaßventilen 18 und 19, nämlich Spülfluid zum Ventil 18 und Ladefluid zum Ventil 19. Die Kammern 58 und 50 können auch vice versa zu den Ventilen 18, 19 verbunden werden.

Weitere Betrachtungen zur Technik des erfindungsgemäßen Motors

Im Rahmen der Entwicklung des erfindungsgemäßen Motors hat der Erfinder zunächst angenommen, daß ein gemeinsames, zentral im Zylinder Deckel angeordnetes Ventil die wirkungsgradhöchste Spülung bringen würde und daß die Auspuffschlitze axial lang sein müßten, um ausreichende Zeit für gute Spülung zu erhalten. Dabei entstand das Problem, daß ein zentrales Ventil zwar gleichmäßige Spülung bewirken kann, daß dann jedoch keine wirkungsgradmäßig günstige Trennung der Spül-Luft von der Lade-Luft möglich ist. Denn wenn man ein zentrales reziprokierendes, also in axialer Richtung öffnendes und schließendes Ventil anordnet, bleibt kein ausreichender Platz für ein gleiches Ladeventil im Zylinder Deckel. Zwar könnte man ein um etwa neunzig Grad zur Achse des Spülventils gerichtetes Ladeventil unterhalb des Zylinder Deckels in die Zylinderwand einbauen. Dann aber wäre die Abdichtung des Kolbens durch den Lauf der Kolbenringe an der Innenfläche 3 der Zylinderwand gestört und zwar gerade in demjenigem Bereich gestört, in dem der höchste Druck im Zylinder herrscht. Für Zweitakt Motoren mit hohem Ladedruck ist eine derartige Ausführung also betriebsunsicher und für senkrecht aufsteigende Flugzeuge absolut unmöglich, weil die Kolbenringe am Ventil zum Bruch kommen könnten und das Flugzeug beim senkrechten Aufstieg oder Abstieg aus der Luft herunter fallen würde, wenn durch Kolbenring Bruch und dabei schneller Zerstörung des Verbrennungsmotors die Antriebs-Maschine für die das Flugzeug senkrecht hebenden, tragenden oder absenkenden Propeller ausfällt.

Zwar könnte man einem gemeinsamen Einlaß Ventil, zum Beispiel einem zentrisch angeordnetem, eine Vorsteuerung zur zeitweiligen Verbindung mit Spül-Luft und Verbindung zur späteren Zeit mit Ladeluft zuordnen, doch wäre dann zwischen dem gemeinsamen Einlaßventil und der Vorsteuerung ein Raum vorhanden, indem sich zeitweilig Spül-Luft und Lade-Luft vermischen würden. Das würde beide Strömungen, die der Spül-Luft und die der Lade-Luft wirkungsgradmäßig ungünstig beeinflussen. Vor allem aber würden dann beim folgenden Spülvorgang Brennstoffteile, die sich nach dem voraufgegangenem Ladevorgang in der Kammer zwischen der Vorsteuerung und dem gemeinsamem Einlaßventil vermischten, beim folgenden Spülvorgang zusammen mit Spül-Luft durch den Zylinder hindurch und durch die Auspuffschlitze entweichen. Das würde einmal zu Brennstoff Verlusten führen und außerdem die Gefahr von Explosionen im Auspuff hervorrufen.

Unter diesen Umständen bleibt nur die Lösung, mindestens ein Spül-Luft Einlaßventil und mindestens ein Lade-Luft Einlaßventil im Kopf­ deckel des Zylinders anzuordnen und zwischen den zu diesen Ventilen führenden Leitungen 15 und 34 eine Trennwand 7 auszubilden, damit die Kanäle 15 und 34 zu allen Zeiten vor den Ventilen 18 und 19 räumlich voneinander getrennt bleiben. Diese Trennung der Räume und Kanäle vor den Ventilen 18 und 19 ist sehr wichtig, denn sie vermeidet Verluste an Brennstoff-Teilen und die Gefahr von Explosionen im Auspuff durch Brennstoffteile durch Spül-Luft Vermischung mit Brennstoff-Luft Gemisch Ladefluid beim Spülvorgang.

Das führt zu der schrägen Achsrichtung der beiden Ventile 18 und 19 in Fig. 1. Diese Anordnung und Schrägstellung hat außerdem den Vorteil, daß die Strömungen beim Spülen und Laden dann auch am anderem, zu der betreffenden Zeit nicht geöffnetem Ventil, entlangströmen, während ein anderer Teil des Fluidstromes bei dem betreffendem Vorgang an der ventilnahen Zylinderwand entlangströmt und die Strömungen entlang den Zylinderwänden zu den Auspuffschlitzen durch innere Reibung im Fluid die zentral gelegenen Schichten im Zylinderinneren mitreißen.

Eine Alternativ-Lösung ist die Anordnung eines zentrischen Ventils und die Zuordnung von mehreren kleineren Ventilen im Kopfdeckel um das zentrische Ventil herum. Die mehreren kleineren Ventile erhalten dann entweder die Verbindung zu Leitung 15 oder zu Leitung 34 und das zentrische größere Ventil die Verbindung zu der anderen der genannten beiden Kanäle oder Leitungen. Auch in diesem Falle aber müssen die Leitungen 15 und 34 bis zu den Ventilsitzen räumlich voneinander getrennt bleiben.

Bezüglich der Längsausdehnung der Auspuffschlitze 12 in axialer Richtung parallel zur Achse des Zylinders entlang in der Zylinderwand 43 wurde zunächst angenommen, daß diese in der genannten Richtung möglichst lang ausgebildet werden sollten, um Zeit für den Spülvorgang zu haben. Diese Gedanke des Erfinders war noch dadurch unterstützt, daß beim Arbeitshub das Pleuel in der Nähe der unteren Totpunktlage unter einem ungünstigem Winkel auf das exzentrische Lager der Kurbelwelle trifft und dadurch einen im Vergleich zur Arbeitsabgabe hohen Reibungsanteil erzeugen würde. Die näheren Untersuchungen aber führten dazu, daß infolge der Sinusfunktion des Hubwegs des Kolbens 2, bedingt durch den Pleuel-Kurbelwellen Trieb, der Kolben eine relativ lange Zeit, entsprechend einem großem Gradwinkel "alpha" des Umlaufs der Kurbelwelle die Auspuff­ schlitze offen läßt. Folglich werden die Auspuffschlitze 12 erfindungs­ gemäß axial kurz ausgebildet, zum Beispiel so, daß sie auf z. B. 10 Prozent der Länge des Kolbenhubes beschränkt werden. Denn wenn man sie in Axialrichtung wesentlich länger ausbildet, läuft der Kolben bei gleicher Kurbelwellen Gradzahl bereits wesentlich schneller nach oben, legt also in gleicher Zeit einen längeren Kolbenhubweg zurück. Man würde dann eine zu kurze Zeit für den Ladevorgang erhalten. Einzelheiten zu den Umlaufwinkel-Kolbenhub Verhältnissen kann man in anderen Patent­ anmeldungen des gleichen Erfinders nachlesen.

Zehn Prozent des Hubweges sind bei etwa 42 Grad Umlaufwinkel der Kurbelwelle aus der unteren Totpunktlage heraus erreicht, wenn das Exzenter­ lager 6 einen Abstand von 27 mm von der zentrischen Achse der Kurbel­ welle hat und der Abstand der Lager des Pleuels 4 die Länge von 110 mm hat. Bei zehn Prozent der Hublänge des Kolbens als Länge der Auslaß Schlitze 12 sind die Schlitze 12 also zweimal 42 Grad = 84/360 Grad Umlaufwinkel alpha, = etwa 23 Prozent der Zeit eines Umlaufs der Kurbelwelle geöffnet. Für den Hubweg von 25 Prozent minus 10 Prozent = 15 Prozent für den Ladevorgang hat man dann nur noch etwa 7 Prozent der Zeit eines Umlaufs der Kurbelwelle zur Verfügung, weil 25 Prozent des Kolbenhubwegs bei gleichen obigen Daten schon nach weiteren 25 Graden Umlaufwinkel, nämlich bei 67 Grad Umlauf über den unteren Totpunkt hinaus erreicht sind.

Bei den Untersuchungen wurde noch besondere Beachtung auf den Transfer der leicht komprimierten Luft aus dem Kurbelgehäuse zum Spül- Luft Einlaßventil 18 verwendet. Dabei besteht nämlich die Gefahr, daß diese Luft aus der Leitung in das Kurbelwellengehäuse zurückströmen kann und dann die gewünschte Spülung nicht oder nur mit schlechtem Wirkungsgrade zu unvollkommen erreicht wird. Wichtig ist daher, eine möglichst kurze und gerade Leitung (Strömungskanal) 15 vom Kurbelgehäuse zum Spülventil anzuordnen. Einmal wird dadurch Totraum vermieden, der die Menge der Förderung infolge innerer Kompression im Fluid verringern würde und zum anderem wird dadurch Strömungswiderstand gespart. In Fig. 1 läuft die Kurbewelle in Blickrichtung auf die Figur im Uhrzeiger­ sinne um. Dadurch entsteht eine Luftströmung innerhalb des Kurbelgehäuse- Raumes 17 vom Einlaßventil 45 im Uhrzeigersinne auf die Leitung 15 zu und zwar infolge der Reibung der Kurbelwelle und des Pleuelteiles in der Luft im Kurbelgehäuse. Die Erfindung nutzt diese kinetische Strömungs- Energie im Kurbelgehäuse aus, indem sie den Auslaßkanal 15 in Richtung dieser Strömung anordnet und erreicht die weiteren angestrebten Ziele der Spülung, indem sie den Kanal 15 senkrecht nach oben dem Spülventil 18 zu anordnet. Oft reicht diese Art Anordnung für die Praxis aus, weil das Spülventil 18 ja gerade dann öffnet, wenn der Kolen 42 Grad vor dem unterem Totpunkt ist und die Luft im Inneren 17 des Kurbelgehäuses bereits merkbare Kompression erreicht hat, die noch weiter zunimmt oder weiter wirkt, bis der Kolben die untere Totpunktlage erreicht hat, danach allerdings wieder etwas abnimmt. Zur Überwindung von Zeitverlusten in der Strömung kann das Spülventil 18 auch schon etwas früher, als 42 Grad vor dem unterem Totpunkt der Kolbenlage geöffnet werden. Um hohen Wirkungsgrad zu erreichen, ist es aber zweckmäßig, das Rückschlagventil 16 sehr nahe der Kurbelgehäusekammer 17 anzuordnen, damit Rückströmung aus dem Kanal 15 in die Kurbelkammer 17 verhindert wird. Denn wenn solche Luft aus dem Kanal 15 in die Kurbelkammer 17 zurückströmen kann, bleibt in ihr ggf. ein kleiner Überdruck (relativ zur äußeren Atmosphäre) und das Einlaßventil 45 würde dann zu spät öffnen, so daß die Kurbelkammer 17 unter Wirkung des Kolbenhubes zu wenig Spülluft fördern würde.

Im Rahmen der Entwicklung der Erfindung wurde auch noch erkannt, daß unter unterschiedlichen Drucken selbst öffnende Einlaßventile im Zylinderkopfdeckel einen Zeitverlust bewirken würden. Die Öffnung würde zu spät erfolgen, wodurch die Spülung und Ladung zu wenig Zeit erhielte und unvollkommen sein würde. Diese Ventile werden daher in der Erfindung bevorzugterweise durch gesteuerten Antrieb geöffnet und geschlossen.

Will man handelsübliche Motorrad Zweitakt Motor Kolben in der Fig. 1 der Erfindung verwenden, so findet man, daß das Pleuellager 42 im Kolben weiter unten liegt, als in Fig. 1 gezeichnet. Dadurch findet man im genannten handelsüblichem Kolben Platz, um von unten her eine Bohrung durch den Kolbenkopf zu bohren. Dann kann man mittels Flansch und Mutter eine Stange im Kolbenkopf des Kolbens 3 befestigen, die man dann zentrisch nach oben durch den Zylinderkopf Deckel 44 abgedichtet erstrecken kann. So kann man mit dieser Stange einen Kolben in einem Zylinder oberhalb des Deckels 44 antreiben, der leicht sein kann, weil er nur geringe Drucke zu meistern hat. Dadurch entstehen im Zylinder oberhalb des Deckels 44 zwei Arbeitskammern, die man eine als Spül-Luft Förderkammer und die andere als Lade-Luft Förderkammer verwenden kann, wenn man diesen Zylinder- Kammern Einlaßventile und Verbindungsleitungen zu den betreffenden Einlaßventilen 18 bzw. 19 zuordnet.

Die beschriebenen Alternativ- Lösungen der Erfindung sind in der Zeichnung der Fig. 1 nicht dargestellt, weil sie anhand der Beschreibung für den Fachmann verständlich sein sollten und damit der Blick von der Grundlösung nicht zu sehr abgelenkt wird.

Claims (19)

1. Verbrennungsmotor mit in einem Zylinder mittels einer Kolbenhub­ vorrichtung hin- und herbewegtem Kolben, der im Zylinder periodisch Luft (oder Brennstoff-Luftgemisch) komprimiert und nach Zündung des Brennstoffs in der Luft mittels der dabei entstehenden hoch temperierten Gase die Explosionskraft der Gase auf den Kolben überträgt, während der Kolben diese Expansionskraft auf die Kolbenhub-Vorrichtung überträgt und teilweise als Leistung, bevorzugterweise mittels einer Kurbel­ welle, abgibt, wobei im Zylinderdeckel mindestens ein Einlaß Ventil angeordnet ist, im unteren Teil des Zylinders Auslaß Schlitze für den Auslaß der Abgase angeordnet sind, so daß das Arbeitsfluid dem Zylinder durch den Zylinderkopf zugeführt und die Abgase aus dem Zylinder in dessen unterem Teil durch die Schlitze ausströmen, also die Strömung durch den Zylinder im Gleichstrom von oben nach unten erfolgt und dem Zylinder- Deckel Mittel zur nacheinander folgenden Spülung und Ladung des Zylinders zugeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß im Zylinderkopf (Deckel) 44 zwei Einlaß Ventile 18 und 19 angeordnet sind, zu denen jenseits ihrer Verschluß Sitze 26 und 27 Kanäle 15 und 35 führen, einer der Kanäle zu einem Spülluft Lieferanten (z. B. 17) verbunden und der andere einem Ladefluid Erzeuger, z. B. 33, verbunden ist, eine Antriebsvorrichtung zum zeitlich nacheinander folgenden Öffnen und Schließen der Ventile vorhanden und eine Trennwand 7 zwischen den Kanälen zwecks räumlicher Trennung der Spül-Luft von dem Ladefluid angeordnet ist.

2. Motor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenkammer 17 des Kurbelgehäuses 14 als der genannte Spülluft Lieferant eingesetzt ist, wobei die Kurbelkammer 17 mit einem Einlaßventil für die Frischluft versehen und dem genannten Kanal 15 zum Spül-Luft Ventil 18 verbunden ist.

3. Motor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der genannte Kanal 15 prinzipiell Bewegungsrichtung des Exzenter­ lagers 6 der Kurbelwelle 5, bzw. in einem kleinem Winkel dazu, vom Kurbel­ gehäuses aus erstreckt und auf kürzestem und im wesentlichen geradem Wege zum Spül-Luft Einlaß 18 angeordnet ist.

4. Motor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß im genannten Kanal 15 in unmittelbarer Nähe der Kurbelkammer 17 ein Einweg Rückschlagventil 16 angeordnet ist.

5. Motor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die genannte Antriebsvorrichtung 20 bis 23 das Spülventil 17 zwischen 42 Grad Umlaufwinkel der Kurbelwelle vor und nach dem unterem Totpunkt öffnend und schließend, aber das Luftventil 19 prinzipiell bei oder nach Schließen des Spülventils öffnend und bei etwa 67 plus/minus 10 Grad schließend, ausgebildet ist.

6. Motor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die im Kopfteil 44 des Zylinders 43 angeordneten Ventile 18 und 19 in unmittelbar die Zylinderkammer 1 berührenden Sitzen 26, 27 verschließbar sind, die mit den Kanälen 15, 34 verbundenen Räume 46, 47 jenseits der Ventilsitze 26, 27 und um die Ventilschäfte 28 herum, durch eine Trennwand 7 räumlich voneinander getrennt sind, in Kombination damit, daß der Kanal 15 ausschließlich Luft enthält, der Kanal 34 verdichtete Ladeluft enthält, die auch Brennstoff Luftgemisch sein kann und das Lade­ ventil 19 zeitlich nach Verschluß des Spülventils 18 geöffnet und vor dem halbem Aufwärtshub des Kolbens verschlossen werdend, ausgebildet ist.

7. Motor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Kanal 15 zwischen den Ventilen 16 und 18 als Druckluft Akkumulator ausgebildet und eingesetzt ist.

8. Motor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß dem Kanal 15 zwischen den Ventilen 16 und 18 ein Regler, z. B. Kolben 41, 40, 39, zugeordnet ist.

9. Motor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Auslaß-Schlitze 12 zu einer Sammelkammer 13 verbunden sind und oberhalb und unterhalb der Sammelkammer den Zylinder 43 umgebende Kühlräume 9, 49 angeordnet sind.

10. Motor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Zylinder 43 mit einem Kühlraum 9 versehen und in dem Kühlraum 9 gewindeförmige Rippen 36 ausgebildet sind, so daß der Kühlfluidstrom in Spiralrichtung 48 um den Zylinder herum geführt ist.

11. Motor nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der genannte Regler 41 rückwärtig federbelastet ausgebildet und nach Überlauf des unteren Totpunktes der Kurbelwelle als Spül- Luft Beschleuniger wirkend eingesetzt ist, nachdem das Ventil 16 geschlossen hatte, während dessen Feder vorher zur Zeit des Laufs der Kurbelwelle über den unteren Totpunkt durch den Kurbelgehäuse Innendruck gespannt wurde.

12. Motor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Antriebsvorrichtung den beiden Ventilen zugeordnet ist, die Antriebsvorrichtung mindestens indirekt durch oder parallel zum Hube des Kolbens gesteuert wird und eine Vorrichtung den Ventilen zugeordnet ist, durch die das Spülluft Ventil vor dem Ladeventil und das Ladeventil nach dem Schließen des Spülventils geöffnet wird.

13. Motor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben mittels eines Pleuels mit einer in einem Kurbel­ gehäuse umlaufender Kurbelwelle verbunden ist, die beim Abwärtshub (Expansionshub) des Kolbens im Kurbelgehäuse entstehende Ver­ dichtung der Luft im Kurbelgehäuse während der Öffnung des Ladeluft Einlasses in den Zylinder geleitet wird und ein gesonderter Lader die Ladeluft erzeugt, die während der Öffnung des Ladeluft- Einlasses die Ladeluft in den Zylinder leitet.

14. Motor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die aus den Auslaßöffnungen strömenden Abgase in einen Antrieb (zum Beispiel eine Turbine oder einen Expansionsmotor) geleitet wird und der genannte Antrieb den Lader zur Erzeugung der Ladeluft antreibt.

15. Motor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die genannte Antriebsvorrichtung zum Betrieb des Öffnens und Schließens der genannten Ventile mechanisch, hydrostatisch oder pneumatisch wirkt.

16. Motor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einlässe für die Spül-Luft und für die Lade-Luft als in Führungen laufende Schlitze oder Ausnehmungen ausgebildet sind, die zusammen mit den Führungen öffnen und schließen.

17. Motor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Zylinderkopf Deckel ein zentrales Einlaßventil, zu einer der Kanäle 15, 34 verbunden angeordnet ist und radial um dieses verteilt mehrere, zur Zylinderachse exzentrische Einlaßventile zum anderem der Kanäle 15, 34 verbunden, angeordnet sind.

18. Motor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben 2 mit einer durch den Zylinder Deckel 44 angedichtet erstreckten Kolbenstange versehen ist, die einen Kolben in einem Zylinder oberhalb des Zylinderdeckels antreibt, dadurch in dem Zylinder oberhalb des Deckels 44 zwei mit Einlaßventilen versehene Förderkammern periodisch bezüglich ihres Volumens vergrößert und verkleinert, exzentrisch zur Achse durch den Zylinder 1, 43 im Deckel 44 mindestens ein Spülventil 18 und ein Ladeventil 19 angeordnet sind und vom Ventil 18 ein Kanal zu einer der Förderkammern gesetzt ist, während vom Ventil 19 ein anderer Kanal zur anderen der genannten Förderkammern im Zylinder oberhalb des Deckels 44 verbunden ausgebildet ist.

19. Motor nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß folgende Teile in Kombination angeordnet sind:

• a) Eine Mehrzahl von Auslaßöffnungen am unterem Teile des Zylinders,
• b) ein Kolbenhub von unterhalb der genannten Auslaßöffnungen bis in die Nähe des oberen Zylinderkopfes,
• c) eine Spülvorrichtung zur Ausspülung der Brenngase aus dem Zylinder,
• d) eine Ladevorrichtung zur Erzeugung eines Vordrucks im Zylinder zu einer Zeit, da der Kolben weniger als 25 Prozent seines Aufwärts- Kompressionsweges zurück gelegt hat,
• e) Eine Zünd- oder Brennstoff-Einspritz-Vorrichtung,
• f) getrennte Zeiten für die Spülung des Zylinders und die Aufladung des Zylinders mittels der Ladevorrichtung,
• g) eine Steuerung zur Betätigung der Spülvorrichtung zeitlich vor dem Inkrafttreten der Ladevorrichtung,
• h) Eine Steuerung für die zeitlich nach der genannten Spülung erfolgende Ladung des Zylinders mittels der genannten Ladevorrichtung,
• i) Benutzung einer Förderkammer zur Erzeugung der Spül-Luft,
• k) Anordnung einer Spül-Luft Leitung von der Erzeugerkammer zu dem Lade-Luft Einlaßventil,
• l) Anordnung eines Einweg Ventils in der Spül-Luft Leitung zur Verhinderung von Rückströmung in die Spül-Luftstrom Erzeugerkammer,
• m) Eine Trennwand im Zylinderdeckel zwischen der Spül-Luft Zuführung und der Lade-Luft Zuführung,
• n) eine Anordnung dafür, daß der Ladevorgang erst dann beginnt, wenn die genannten Auslaß­ öffnungen beim Aufwärts-Kompressions-Hub des Kolbens bereits durch den Kolben (und dessen Dichtringe) verschlossen sind und dadurch:
• o) Betrieb des Motors mit hohem Wirkungsgrad und mit hoher Leistung infolge der Verhinderung von Entweichen von vorkomprimierter Ladeluft oder von Brennstoffteilen in der Ladeluft, wie es bei Zweitakt­ motoren bisher nicht vorkam.