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Doppelkolben-Zweitaktbrennkraftmaschine Es sind Zweitaktverbrennungskraftmaschinen
in der Literatur bekannt, bei denen di:s Ladegemisch durch tangential angeordnete
Schlitze in den Arbeitszvlinder einströmt und die Ladung im Zylinder eine kreisende
Bewegung ausführt, während die verbrannten Gase von der Zylindermitte aus abgeführt
werden sollen. Hierbei macht sowohl die Anbringung der tangentialen Einströmungsschlitze
wie auch die Abführung der verbrannten Gase große Schwierigkeiten, insbesondere
ist für letztere noch keine brauchbare, sich schnell genug öffnende und die große
Wärmebeanspruchung aushaltende Steuerung bekannt geworden. Diese Schwierigkeiten
werden durch die vorliegende Erfindung dadurch beseitigt, daß ein Doppelkolbenmotor
an sich bekannter Art mit durch den Kolben gesteuerten Ein-und Auslaßschlitzen Verwendung
findet, dessen mit den Einströmungsschlitzen ausgerüsteter Zylinder erheblich größeren
Durchmesser hat als der die Ausströmungsschlitze besitzende Zylinder. Das Neue besteht
darin, daß außerdem der die Zylinder verbindende Kanal mit einem erheblich kleineren
Querschnitt als die Bohrung des großen Zylinders in der Zylinderachse in diesen
großen Zylinder einmündet, so daß das Abströmen der Gase nach dem kleinen Zylinder
und von da ins Freie nur von der Mitte des großen Zylinders aus erfolgt. Der große
Zylinder kann eine ringförmige Aussparung besitzen, in welche vor dem Einsetzen
des Kolbens ein mit tangentialen Einströmungskanälen versehener Ring von der Seite
her eingeschoben werden kann, der so hoch ist als die Aussparung und dessen Bohrung
mit der Zylinderbohrung übereinstimmt. Dabei können auf dem Grunde der ringförmigen
Aussparung kreisbogenförmige Vorsprünge vorhanden sein, gegen welche der außen runde
Ring anliegt, so daß durch Verdrehen des Ringes ein Teil der Schlitze vor die Vorsprünge
gelangt und für den Eintritt der Ladung v erschlossen ist.
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Die Zeichnung stellt eine Doppelkolben-Zweitaktbrennkraftmaschine
mit Vorverdichtung der Ladung im Kurbelgehäuse dar, und zwar die Abb. i einen senkrechten
Schnitt rechtwinklig zur Kurbelwelle, Abb. a einen senkrechten Schnitt durch die
Mitte des großen Zylinders parallel zur Kurbelwelle und Abb. 3 einen horizontalen
Schnitt in Höhe der Auspuff- und Überströmungskanäle.
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Die beiden Zylinder haben Bohrungen von erheblich verschiedenem Durchmesser.
Im großen Zylinder i bewegt sich der Kolben 3, ,velcher mittels Pleuelstange 3 und
Rollenlager an die Kurbelwelle 7 angeschlossen ist. Der kleine, schräg angeordnete
Zylinder z besitzt den Kolben 4., dessen Pleuelstange G mittels Gabelung auf das
gleiche Rollenlager angreift. Die beiden Zylinder sind oben durch einen kreisbogenförmigen
Kanal S miteinander verbunden. Dieser Kanal besitzt in allen Teilen den gleichen
runden Querschnitt; er geht von der Mitte des großen Zylinders aus und mündet exzentrisch
in den kleinen
Zylinder-2 ein:- Ungefähr in halber Höhe ist im großen
Zylinder eine runde Aussparung angebracht, in welcher ein Ring 9 sitzt. Dieser Ring
hat die gleiche Höhe als die Zylinderaussparung und ist vor dem Einsetzen des Kolbens
3 durch ein seitliches, im Zylinderkörper angebrachtes und durch den Deckel 13 wieder
geschlossenes Fenster von der Seite eingeschoben worden. Der Ring 9 ist mit einer
Anzahl schmaler Schlitze io versehen, welche von der unteren Ringseite aus bis zu
etwa dreiviertel seiner Höhe den Ring durchschneiden. Die Schlitze io verlaufen
nicht radial, sondern sie sind schräg, und zwar Tangenten von Kreisen, die etwas
kleiner sind als die Zylinderbohrung. Die Schlitze io sind nicht über den ganzen
Ringumfang gleichmäßig verteilt, sondern so angeordnet, daß zwei breitere Ringstellen
frei von Schlitzen sind. Die für den Ring bestimmte Aussparung ist nach Aufsetzen
des seitlichen Abschlußdeckels 13 z. B. durch Ausdrehen hergestellt, wodurch auf
dem Grunde der Aussparung bogenförmig bearbeitete Flächen entstehen, nämlich am
Deckel 13 und auf der gegenüberliegenden Zylinderseite. Gegen diese Flächen liegt
der Ring 9 dicht an, wie aus Abb. i und 3 ersichtlich ist, so daß durch Verdrehen
des Ringes mehr oder weniger Schlitze vor die Flächen geschoben und von diesen verdeckt
werden. Das im Kurbelgehäuse vorverdichtete Gemisch gelangt durch den Kanal 14 in
die Kammern 15, von wo aus es durch die tangentialen Schlitze io in den großen Zvlinder
einströmt. Durch Verdrehen des Ringes 9 kann also die Größe des Gemischeinströmungsquerschnittes
eingestellt werden. Im kleinen Zylinder sind die Auspuffschlitze i i angeordnet
und darunter die Schlitze 12, durch welche vom Vergaser das frische Gemisch zur
Vorverdichtung in das Kurbelgehäuse gesaugt wird, wenn der kleine Kolben sich in
seiner oberen Totpunktlage befindet. Neben dem Verbindungskanal 8 ist eine seitliche
Aussparung 16 angebracht, in welche die Zündkerze geschraubt wird. Die Kurbelwelle
7 trägt seitlich ein Zahnrad 17, das zum Antriebe i8 des Zündapparates dient.
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Die Wirkungsweise der Einrichtung ist die folgende: Betrachtet man
die Abb. i, so fiihren beim Drehen der Kurbelwelle rechtsherum die beiden Kolben
infolge der schrägen Anordnung des kleinen Zylinders eine solche Bewegung aus, daß
der kleine Kolben eine geringe Voreilung besitzt. Infolgedessen legt der untere
Rand des kleinen Kolbens die Schlitze 1:2 schon frei, bevor der große Kolben seinen
halben Hub zurückgelegt hat, und sie werden wieder geschlossen, gleich nachdem der
große Kolben seine obere Totpunktlage überschritten hat. Die Schlitze 12 können
deshalb während eines erheblich größeren Kurbelwinkels geöffnet bleiben, als wenn
der große Kolben die Ansaugschlitze steuern würde, wodurch eine bessere Füllung
des Kurbelgehäuses mit frischem Gemisch erreicht wird. Beim Heruntergehen der Kolben
wird das Gemisch im Kurbelgehäuse verdichtet, und sobald der große Kolben die Schlitze
i o im Ring 9 frei gelegt hat, strömt das Gemisch durch den Kanal 1q., die Kammern
15 und die Schlitze io mit großer Geschwindigkeit in den großen Zylinder ein. Infolge
der schrägen Anordnung der Schlitze erhält die Ladung eine kreisende Bewegung, und
es entsteht ein rotierender Hohlzylinder aus frischem Gemisch, welcher die von der
vorherigen Explosion im Zylinder befindlichen verbrannten Gase als zylindrischen
oder kegelförmigen.Kern in sich einschließt. Je mehr frisches Gemisch durch die
Kanäle io einströmt, je dickwandiger wird der rotierende Gemischzylinder. Dabei
werden die den Gemischkern bildenden verbrannten Gase durch die zentrale Anordnung
des Verbindungskanales aus der Zylinderachse nach dem kleinen Zylinder und von dort
nach den Auspuffschlitzen i i gedrückt, so daß während des Einströmens nur eine
geringe Vermischung der frischen Ladung mit verbrannten Gasen stattfinden wird.
Beim Wiederhochgehen des großen Kolbens werden die Schlitze io wieder geschlossen,
und die Ladung im großen Zylinder wird verdichtet, wobei ein großer Teil des Zylinderinhaltes
in den Verbindungskanal 8 hineingedrückt wird. Da die Ladung auch während der nur
kurzen Verdichtungszeit ihre kreisende Bewegung beibehält, so werden in den Verbindungskanal
zunächst alle etwa noch im rotierenden Gemischzylinder als Kern vorhandenen verbrannten
Gase hineingedrückt, so daß die frische Ladung in zusammenhängender Masse zusammenbleibt.
Erst durch die Explosion nach erfolgter Kerzenzündung wird der rotierende Gemischring
zerstört. Dann gehen die Kolben wieder herab, und durch den voreilenden kleinen
Kolben werden wieder die Auspuffschlitze i i frei gelegt, so daß der Gasdruck aus
beiden Zylindern schnell entweicht. Darauf öffnen sich auch die Überströmungsschlitze
io wieder, und die Füllung des großen Zylinders unter Bildung eines rotierenden
Gemischringes findet von neuem statt. Durch das Voreilen des kleinen Kolbens werden
die Auspuffschlitze i i wieder abgeschlossen, gleich nachdem der große Kolben den
unteren Totpunkt überschritten hat. Da die Überströmungsschlitze io noch geöffnet
bleiben, wird auch nach Schluß der Auspuffkanäle frisches Gemisch in den großen
Zylinder einströmen, so daß eine Überladung leicht erreichbar ist.
Zur
Herstellung des kreisenden Gemischringes im großen Zylinder ist es erforderlich,
daß die neue Ladung mit großer Geschwindigkeit einströmt. Da die Menge des einströmenden
Gemisches, von der Belastung des Motors abhängend, sehr verschieden ist, so ist
es vorteilhaft, die Größe der tangentialen Einströmungskanäle einstellbar zu machen,
so daß auch bei geringer Gemischmenge die Eintrittsgeschwindigkeit infolge geringen
Düsenquerschnittes eine große ist. Dazu kann der Ring 9 durch Drehen so eingestellt
werden, daß ein Teil seiner tangentialen Schlitze verdeckt ist. Abb. 3 zeigt eine
solche Ringstellung, daß ungefähr die Hälfte der Schlitze verschlossen ist.
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Die Entstehung eines von den verbrannten Gasen getrennten Gemischringes
wird dadurch unterstützt, daß die im Zylinder vorhandenen verbrannten Gase infolge
ihrer hohen Temperatur ein geringeres spezifisches Gewicht besitzen als die tangential
bzw. in Sehnenrichtung einströmende kalte Ladung. Ein getrennter Gemischring braucht
auch nur für die Dauer eines Verdichtungshubes vorhanden zu sein, mithin bei Motoren
mit hoher Drehzahl nur für einen sehr kleinen Bruchteil einer Sekunde. Anstatt allen
Einströmungskanälen io den gleichen Eintrittswinkel zu geben, wie gezeichnet, kann
der Eintrittswinkel der einzelnen Kanäle auch verschieden sein, wodurch ein noch
weniger Wirbel verursachendes Einströmen erreicht werden kann.
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Zur Ausnutzung der beschriebenen Vorgänge ist es erforderlich, daß
hauptsächlich nur der große Zylinder als Arbeitszylinder dient, während der kleine
Zylinder vornehmlich als Steuerorgan für den Eintritt des frischen Gemisches in
das Kurbelgehäuse und den Auspuff der verbrannten Gase benutzt wird. Hieraus ergibt
sich eine erheblich verschiedene Größe der beiden Zylinderinhalte. Die Zylinder
können ganz beliebig zueinander angeordnet sein, entweder, wie gezeichnet, schräg
stehen oder parallel, oder es kann der kleine Zylinder unmittelbar die Verlängerung
des großen Zylinders bilden. Die Ladung kann auch, anstatt in beschränkter ,Menge
im Kurbelgehäuse, mittels eines besonderen Verdichters in vergrößerter Menge vorverdichtet
werden, wodurch infolge der Voreilung des kleinen Kolbens eine starke Überladung
und sehr große Motorleistung erreichbar ist. Die Einströmungskanäle 1z fallen dann
natürlich fort.