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Dreizylindrige Zweitaktbrennkraftmaschine mit steuernden Kolben und
gemeinsamem Verbrennungsraum Die Erfindung bezieht sich auf eine dreizylindrige
Zweitaktverpuffungskraftmaschine mit steuernden Kolben und gemeinsamem Verbrennungsraum
und besteht im Wesen darin, daß der eine Zylinder die Auspuffschlitze, der zweite
die Spülluftschlitze und der dritte die Gemischeinlaßschlitze enthält und daß die
Zylinder, deren Pleuelstangen sich in parallelen Ebenen bewegen, derart zueinander
versetzt sind, daß zuerst die Auspuffschlitze, dann die Spülluftschlitze und zuletzt
die Gemischeinlaßschlitze von den Kolben freigelegt werden und diese noch offen
bleiben, wenn die anderen wieder geschlossen sind.
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Es ist bereits bekannt, in zwei nebeneinanderliegenden Zylindern,
die einen gemeinsamen Explosionsraum besitzen, zwei Kolben arbeiten zu lassen und
die Zylinder gegeneinander zu versetzen, so daß die Kolben in ihrer unteren Lage
in der Nähe des Totpunktes Gegenbewegungen ausführen, die zur Steuerung der Ein-
und Auslaßkanäle herangezogen werden. Dabei wird ein günstiges Entladen und Laden
der Arbeitszylinder dadurch erreicht, daß die Strömungsrichtungen immer die gleichen
bleiben, so daß Wirbelbildungen vermieden werden und dadurch bessere Füllungsgrade
und günstigere Wirkungsgrade der Maschine erzielbar sind. Diese bekannten Maschinen
haben jedoch noch den Nachteil, daß beim Durchspülen mit Gas ein Großteil der Frischgase
mit den Auspuffgasen abströmt, wodurch sich ein großer Brennstoffverbrauch und niedrigere
Wirkungsgrade ergeben.
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Es sind ferner dreizylindrige Zweitaktverpuffungskraftmaschinen mit
gemeinsamem Verbrennungsraum bekannt, bei denen jeder Kolben sowohl die Gemischeinlaß-
als auch die Auspuffschlitze seines Zylinders steuert. Bei diesen Dreizylindermaschinen
werden die Kolben parallel geführt und steuern die Kanäle gleichzeitig, wogegen
die Kolben gemäß der Erfindung zeitlich verschieden steuern; dadurch wird ein ökonomisches
Arbeiten der Maschine bedingt.
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Es sind auch Zweizylindermaschinen bekannt, bei denen in dem einen
Zylinder der Auspuff und im anderen Zylinder die Spülung und Ladung bzw. Überladung
durch den zugehörigen Kolben gesteuert werden.
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Bei der Maschine nach der Erfindung werden jedoch Auspuff, Spülung
und Füllung bzw. Überladung getrennt in je einem Zylinder von seinem Kolben gesteuert,
so daß jede dieser Phasen unabhängig von der anderen aufs vorteilhafteste bestimmt
werden kann. Zu diesem Zwecke werden die Zylinder gegeneinander versetzt angeordnet,
d. h, es liegen die beiden
äußeren Zylinder beiderseits der durch
die Achse des mittleren Zylinders gehenden, zur Kurbelwellenachse senkrechten Ebene.
Diese Versetzung wird dabei zweckmäßig so gewählt, daß bei gleichen Pleuelstangenlängen
und bei Anlenkung dieser Stangen an einen gemeinsamen Kurbelzapfen die Kanäle derart
gesteuert werden, daß zuerst der Auspuffkanal, der im ersten Zylinder angeordnet
ist, geöffnet wird, sodann der Spülkanal, mit dem der zweite Zylinder versehen ist,
wodurch die Spülluft mit den Abgasen bei noch offenem Auspuffkanal des ersten Zylinders
abströmen kann, worauf erst dann der dritte Kolben den Gemischeinlaßkanal, den der
dritte Zylinder besitzt, freigibt; kurz darauf werden im zweiten Zylinder der Spülkanal
und im ersten Zylinder der Auspuffkanal durch die Kolben geschlossen, so daß durch
den Einlaßkanal des dritten Zylinders noch Gas nachströmt und eine Überladung .der
Zylinder erfolgt.
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Es wurde vorausgesetzt, daß sich die Zylinder um die feststehende
Welle drehen und die Pleuelstangen einen feststehenden Kurbelzapfen mit Lageraugen
umgreifen, sowie es bei Fahr- und Flugzeugkraftmaschinen gebräuchlich ist. Die Zylinder
liegen in verschiedenen Drehungsebenen und sind gegeneineinander versetzt, wobei
diePleuelstangen gleiche Länge besitzen und sich in parallelen Ebenen bewegen. Es
kann aber auch die Erfindung bei Maschinen mit feststehenden Zylindern und sich
drehender Kurbelwelle in Anwendung gebracht werden.
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In der Zeichnung ist der Erfindungsgegenstand dargestellt, und zwar
zeigt Abb. i die Umrisse der gegeneinander versetzten Zylinder, von der Seite gesehen,
sowie die Anordnung der Steuerkanäle, Abb. 2 die schematische Darstellung eines
Querschnittes durch die Maschine in der Gegend der Kanäle, Abb. 3 den Hubkreis und
Abb. ¢ das Steuerdiagramm.
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Alle Phasen des Auspuffes sind strichpunktiert, der Spülung strichliert
und der Füllung in vollen Linien dargestellt. Die Linie X-X in Abb. i und 3 bezeichnet
die radial zur Kurbelachse liegende Längsachse des Mittelzylinders; die Linie Y-Y
in Abb. 2 stellt die Längsachse der Kurbelwelle dar.
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Die Lage der Kanäle gemäß Abb. i ist derait gewählt, daß sich. die
Steuervorgänge so abspielen, wie sie im Diagramm gezeigt sind. In Abb. i sind die
beiden Endlagen der Kolben in allen drei Zylindern ersichtlich gemacht. Oberhalb
der untersten Kolbenstellungen sind die Kanäle in ihrer ganzen Breite dargestellt.
Die drei gezeichneten untersten Kolbenlagen, die sich in der Zeichnung genau mit
der Kanalkante decken, werden nicht, wie dargestellt, gleichzeitig, sondernnacheinandereingenommen.
Am Hubkreis (Abb. 3) ist in Graden beispielsweise die Auspuff-, Spül- und Fülldauer
in den einander überdeckenden Phasen dargestellt. Abb. q. zeigt diagrammartig das
Übergreifen der Auspuff-, Spül- und Füllvorgänge. Die Strecke &-B entspricht
einem Winkel von i2o°, das ist vom Beginn Auspuff bis Ende Füllung. Beispielsweise
beträgt der Auspuff allein 25',
Auspuff und Spülung gemeinsam bis Füllungsbeginn
2o°. Während weiterer' 4o Grade der Kreisbewegung erfolgen gleichzeitig Auspuff,
Spülung und Füllung, so daß der Winkel von Füllungsbeginn bis Auspuffende 4o° beträgt.
Der Winkel von Auspuffende bis Füllungsende beträgt 35°. Dort, wo die Diagramme
der einzelnen Perioden einander überdecken, wo also die Flächen beiden Perioden
gemeinsam sind, dort findet auch gleichzeitig der Vorgang statt, der jedem einzelnen
Diagramm zukommt. Wo nur eine Fläche ohne Überdeckung durch eine andere erscheint,
findet auch nur ein einziger Vorgang, z. B. bloß Füllung oder bloß Auspuff, statt.
Die Füllung allein nach erfolgtem Auspuffe und Spülen erstreckt sich demnach, wie
aus dem Diagramm ersichtlich ist, über 25'
der Kreisbewegung.
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Aus Abb. 2 geht die gegenseitige Versetzung der Zylinder hervor. Man
findet mit normalen Pleuelstangen, auf gemeinsamem Kurbelzapfen nebeneinander angeordnet,
sein Auslangen und benötigt demgemäß keine gekröpften oder versetzten Pleuelstangen,
sondern verwendet drei vollkommen gleiche Pleuelstangen und Kolben. Die drei Zylinder
i, 2, 3 sind durch einen gemeinsamen Explosionsraum .¢ miteinander verbunden.
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Der Vorteil der Erfindung liegt darin, daß man durch die Verwendung
von drei Zylindern das Steuern der Auspuff-, Spül- und Gemischeinlaßkanäle in richtiger
Reihenfolge erhält, weil man sie unabhängig voneinander einzeln steuern kann. Hierdurch
wird ein günstiges Auswaschen der Zylinder mit Spülluft erzielt, und erst durch
einen dritten Zylinder, der die Gemischeinlaßkanäle enthält, wird die Ladung herbeigeführt.
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Aus dem den Gemischeintritt steuernden Zylinder werden die Restgase
dadurch ausgespült, daß in dem danebenliegenden Spülzylinder infolge Durchstreichens
der Spülluft eine saugende Wirkung eintritt, welche die Restgase aus dem den Gemischeintritt
steuernden Zylinder entfernt. Der noch eventuell verbleibende ganz geringe Gasrest
mischt sich mit dem eintretenden Gasgemisch bzw. Frischgas und spielt als Verunreinigung
praktisch keine Rolle. Es ist selbstverständlich nötig, daß das zugeführte Gasgemisch
stärker als normal mit Brennstoff -angereichert werden muß, da sich die Frischluft
aus dem Spülzylinder mit dem
Frischgas aus dem Zylinder für Gaseintritt
und dem eventuellen Restgas aus dem Zylinder für den Auspuff beim Aufwärtsbewegen
der drei Kolben in dem gemeinsamen Explosionsraum mischt und durch Verdünnung mit
der bereits eingeführten Spülluft das richtige Gasgemisch bildet.
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Es ist bekannt, daß Maschinen mit kleinen Abmessungen pro Zylindereinheit
stärker beansprucht werden können als solche mit größeren Dimensionen, da ihre Erhitzung
eine relativ geringere ist, weil das Verhältnis der Oberfläche zum Volumen relativ
größer wird. Gemäß der Erfindung wird das Hubvolumen auf eine größere Zylinderanzahl
verteilt, so daß die eben geschilderten Vorteile eintreten und die Verluste durch
Wärmeausstrahlung an der vergrößerten Oberfläche durch Vermehrung der Zylinderanzahl
unter gleichzeitiger Verkleinerung ihrer Dimensionen kompensiert wird. Diesen verkleinerten
Zylindern kann man ein stark verdichtetes Gas-Luft-Gemisch zuführen mit dem Vorteile,
daß bei Eintritt der Explosion ein höherer Druck herrscht und die erhöhte Wärme
rascher durch die große .Oberfläche abgeführt werden kann, um zu verhindern, daß
Wärmestauungen in den Zylinderwänden auftreten, welche das eintretende Frischgas
zu stark vorwärmen und zur Ausdehnung bringen. Das Wechselspiel zwischen Abkühlung
und Erwärmung vollzieht sich demgemäß viel rascher, die Tourenzahl kann erhöht werden,
so daß eine Leistungserhöhung der Maschine erzielbar ist.
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Eine weitere Ausführung der Erfindung besteht darin, daß die beiden
äußeren Zylinder zueinander und zum mittleren Zylinder so geneigt sind, daß die
durch die Schräglagen der Pleuelstangen in den Stellungen der Kolben unmittelbar
nach der Explosion auftretenden, gleichgerichteten Seitendrücke in jedem der Zylinder
einander möglichst gleich groß werden.
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Durch die Explosion werden nämlich auf alle drei Kolbengleiche Drücke
ausgeübt; unmittelbar nach Überschreitung der Totpunktlage bei dem in der Drehrichtung
letzten Zylinder werden auf die Zylinderwandungen aller Zylinder Seitendrücke als
Komponenten der auf die Kolben lastenden Drücke ausgeübt, welche Seitendrücke entgegengesetzt
zur Drehrichtung gerichtet sind, normalerweise aber verschieden groß wären, was
eine ungleichmäßige Abnutzung in den einzelnen Zylindern zur Folge hätte. Damit
nun diese Seitendrücke in allen Zylindern gleiche Größe annehmen, werden erfindungsgemäß
die Zylinder unter einem entsprechenden Winkel zueinander geneigt, dadurch werden
die insbesondere in den beiden äußeren Zylindern auftretenden Abnutzungen der Zylinderwände
und Kolbenmäntel einander möglichst gleich und gleich der Abnutzung im mittleren
Zylinder, so daß die Abnutzung der ganzen Maschine gleichmäßig vor sich geht und
daher die Lebensdauer der Maschine im Vergleich mit einer Dreizylindermaschine üblicher
Bauart nicht kleiner ist.
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Die gegenseitige Neigung der Zylinder zueinander, um die Seitendrücke
der Kolben in allen Zylindern einander möglichst gleich zu machen, ist, in Graden
ausgedrückt, bei verschiedenen Maschinentypen verschieden, da die gegenseitige Neigung
von den Dimensionen der Maschine, insbesondere Bohrung, Hub und Pleuelstangenlänge,
abhängt. Die Neigungswinkel müssen in jedem einzelnen Fall berechnet werden mit
der Forderung, daß die Seitendrücke der Kolben in den drei Zylindern einander praktisch
gleich werden.