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Zweitaktbrennkraftmaschine Zweitaktbrennkraftmaschinen mit zwei angenähert
gleichläufigen Arbeitskolben in parallelen, durch eine gemeinsame Brennkammer miteinander
verbundenen Zylindern (U-Zylindern) sind bekannt. Nach der Erfindung stehen bei
einer solchen Maschine die beiden Arbeitskolben und ein zur Erzeugung von Spül-
und Nachladeluft dienender, in einem Kompressorzylinder sich bewegender Pumpenkolben
in gelenkiger Verbindung mit einer den Kurbelzapfen an der Kurbelwelle erfassenden
gemeinsamen Pleuelstange, derart, daß die Bewegungen der beiden Arbeitskolben und
des Pumpenkolbens ein vollständiges Arbeitsspiel im Sinn einer Zweitaktarbeitsweise
erzeugen. Man erhält dadurch einen guten Wirkungsgrad bei einfacher und gedrängter
Konstruktion.
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Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung öffnet einer der beiden
Arbeitskolben, wenn er sich dem Ende eines Verdichtungshubes nähert, ein Brennstoffeinspritzventil,
zu einer Zeit, zu welcher der andere Arbeitskolben sich noch nicht am Ende seines
Hubes befindet. Es entfällt somit die Steuerung des Brennstoffeinlasses, die beim
Erfindungsgegenstande einer der Arbeitskolben übernimmt.
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In den Zeichnungen stellt die Abb. 1 in einem Längsschnitt ein U-Zylinderpaar
gemäß der Erfindung dar.
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Abb. 2, 3, 4 sind senkrechte Schnitte durch die Maschine an der Stelle
der Linie 2-2, 3-3 und 4-4 der Abb. 1.
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Abb. 5 ist ein Längsschnitt durch das Brennstoffventil. Abb. 6 stellt
in einem Seitenschnitt und in Teilansicht die Einstell- und Regelvorrichtung für
ein Brennstoffventil dar.
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Abb. 7 zeigt einen. Schnitt quer durch eine Maschine mit drei U-Zylinderpaaren.
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Abb. 8 zeigt einen ähnlichen Querschnitt durch eine etwas abgeänderte
Maschine.
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Abb. 9 zeigt einen Längsschnitt durch den oberen Teil eines U-Zylinderpaares
mit ihren zugehörigen Teilen.
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Abb. 10 zeigt einen ähnlichen Längsschnitt durch eine etwas abgeänderte
Anordnung. Abb. 11 bis 16 zeigen in schematischer Darstellung je einen Schnitt durch
ein U-Zylinderpaar mit verschiedenen Stellungen ihrer Teile, um die Arbeitsweise
zu veranschaulichen.
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Abb. 17 ist ein Kurbelkreisdiagramm, das die Arbeit der drei Kolben
während eines Arbeitsspiels der Maschine veranschaulicht.
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Gleiche Bezugszeichen bezeichnen in allen Abbildungen die einander
entsprechenden Teile. In Abb. 1 bezeichnet 20 einen Grundrahmen, auf dem die verschiedenen
Teile der Maschine aufgebaut sind. 21 bezeichnet ein Gehäuse, welches einem Kompressörzylinder
22 und oberhalb desselben die Arbeitszylinder 23 und 24 bildet, welche an ihrem
oberen Ende durch einen gemeinsamen Verdichtungsraum miteinander in Verbindung stehen.
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Ein Kolben 32 befindet sich in dem Kompressorzylinder 22, während
zwei in den Arbeitszylindern befindliche Kolben 33 und 34 abwärts durch den obenliegenden
Boden des Kolbens 32 hindurchragen. Kanäle 33A sind in dem Kolben
33
vorgesehen und stellen in geeigneter Weise zu bestimmten Zeitpunkten innerhalb des
Arbeitstaktes der Maschine eine Verbindung zwischen dem Innern des Kompressorzylinders
22 und dem Innern des Kolbens 32 her. Der Kolben 33 mündet mit seiner unteren Öffnung
direkt in den Kolben 32, welcher seinerseits nach dem Kurbelgehäuse 13 offen ist.
30 bezeichnet die Maschinenwelle und 31 einen Kurbelzapfen. Eine T-förmige Verbindungsstange
35 verbindet den Kurbelzapfen 31 mit dem Kolben 32 im Zapfen 36, während ihre seitlichen
Ausleger 35A, 35B mit dem Kolben 33 und 34 durch die Verbindungsstangen 37 und 38
verbunden sind. In dem Zylinder 22 werden Kanäle 40 durch den Kolben 32 am unteren
Totpunkt seines Hubes freigegeben, während ein Auslaßkanal 41 zu einem Aufnehmer
42 führt. Dieser Kanal ist mit einem Auslaßventil 43 versehen. Spülkanäle 44 führen
von dem Aufnehmer 42 in den Zylinder 23, während die Auslaßkanäle 45 an dem Zylinder
24 den Spülkanälen gegenüberliegend angeordnet sind. 46 stellt eine Zündvorrichtung
und 47 ein Druckminderventil dar.
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Das Brennstoffventil ist als Ganzes mit 50 (Abb.'1 und 5) bezeichnet;
dasselbe besteht aus einem Plunger 51, welcher nach Art eines Ventils auf einen
Ventilsitz 52 durch eine Feder 53 gepreßt wird und an seinem inneren Ende einen
Zapfen 54 trägt, welcher in die Bewegungsbahn eines der beiden Kolben 33 oder 34
vorspringt.
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Der Brennstoff wird aus einem Behälter 55 durch ein Rohr 56 einem
Kanal im Brennstoffventil zugeführt, welcher zu einem den Plunger 51 oberhalb seines
Sitzes 52 umgebenden ringförmigen Raum führt. Dieser Kanal wird durch ein Nadelventil
57 geregelt, welches sowohl von Hand als auch selbsttätig eingestellt werden kann.
Ein Rohr 58 führt von dem Druckminderventil 47 zu dem Behälter 55.
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Auf der Stange des Nadelventils ist ein Schneckenrad 60 befestigt,
mit welchem eine Schnecke 61 (Abb.5 und 6) in Eingriff steht; diese ist in Lagern
62 gehalten, in welchen sie sowohl sich drehen wie längsverschieben kann. Ein auf
der Schneckenwelle befestigtes Handrad 63 (Abb. 6) dient dazu, die Welle in Drehung
zu versetzen. Es ist augenscheinlich, daß, wenn die Schneckenwelle an ihrer Längsverschiebung
gehindert wird, ihre Drehung auf das Nadelventil übertragen wird. Ein mit der Maschinenwelle
zweckmäßig verbundener Geschwindigkeitsregler ist derart angeordnet, daß er die
Schneckenwelle 61 mittels eines Winkelhebels 65 in der Längsrichtung verschiebt.
Diese Längsverschiebung der Schneckenwelle setzt das Nadelventil gleichfalls in
Drehung. Diese Einstellungen des Nadelventils -können unabhängig oder gleichzeitig
vorgenommen werden.
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Vor einer Beschreibung der Abb. 7 bis 10 der Zeichnungen soll zunächst
die Arbeitsweise eines U-Zylinderpaares gemäß der Abb. 1 an Hand der Abb. 11 bis
16 erklärt werden. Die Stellung der Teile in Abb. 11 entspricht dem ersten Abschnitt
des Arbeitshubes sämtlicher nach abwärts sich bewegender Kolben. Die Kanäle 33A
beginnen sich eben oberhalb des Bodens des Kolbens 32 zu öffnen und bilden während
des größten Teiles des Abwärtshubes Einlässe für die Luft in den oberhalb des Kolbens
32 befindlichen Teil des Zylinders 22, ein Vorgang, welcher in der Abb. 12 deutlicher
dargestellt ist.
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Wenn die Teile ihre in Abb. 13 dargestellten Stellungen erreichen,
schließen sich die Kanäle 33A, während sich gleichzeitig der Kanal 40 für eine Luftnachladung
öffnet und geöffnet bleibt, bis der Kolben 32 ihn bei seinem Aufwärtsgang wieder
schließt. In dieser Stellung gemäß Abb. 13 sind die Auslaßkanäle 45 bereits durch
den Kolben 34 geöffnet, während die Spülkanäle 44 noch geschlossen sind. Dies wird
durch die Winkelstellung der Ausleger 35A, 35B der Pleuelstange 35 gegenüber der
Horizontale erreicht. ' Wenn der Kurbelzapfen seine tiefste Stellung erreicht hat
- die in den Zeichnungen nicht dargestellt ist-, so stehen dieseAusleger horizontal,
so daß sowohl die Spülkanäle 44 als auch die Auslaßkanäle 45 geöffnet sind. Zu diesem
Zeitpunkt wird aus dem Aufnehmer 42 komprimierte Luft- eingelassen, welche durch
den Zylinder 23 aufwärts und durch den Zylinder 24 abwärts strömt und die Verbrennungsrückstände
ausbläst.
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Kurze Zeit hierauf ändert sich die Winkelstellung der Ausleger, so
daß die Getriebeteile die Stellungen gemäß Abb. 14 annehmen. Jetzt sind die Auslaßkanäle
geschlossen, während die Spülkanäle 44 geöffnet sind. Unter diesen Bedingungen strömt
die Druckluft weiter in die Zylinder 23 und 24, hilft diese aufladen und wird in
ihnen eingeschlossen, sobald der Kolben 33 bei seinem Aufwärtsgange die Kanäle 44
schließt. Während der Aufwärtsbewegung der Kolben wird diese Luft komprimiert und
bis auf eine über dem Zündpunkt des Brennstoffes liegende Temperatur erwärmt. Zu
gleicher Zeit wird die in dem Zylinder 22 oberhalb des Kolbens 32 eingeschlossene
Luft komprimiert und durch den Kanal 41 sowie das Ventil 43 in den Aufnehmer 42
gepreßt, dieser also wieder aufgefüllt.
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Wenn der Kurbelzapfen nahezu seine Höchststellung im Verlauf der Aufwärtsbewegung
erreicht hat, befinden sich die Getriebeteile in einer Stellung gemäß der Abb. 16.
Im nächsten Augenblick wird sich der Boden des Kolbens 33 aufwärts gegen den Zapfen
54 des Brennstoffventils bewegen, worauf der Brennstoff in die Zylinder eintreten
und in diesen verbrennen
wird. Im Augenblick des höchsten Druckes
in den Zylindern wird das Druckminderventil 47 sich öffnen, einen Teil der Gase
in den Behälter 55 hindurchlassen und in diesem einen bestimmten Druck aufrechterhalten.
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Die Zündung wird in der beschriebenen Art eingeleitet. Um aber den
Anlauf der Maschine auch in kaltem Zustande zu erleichtern, ist ein elektrisch geheizter
Glühstift 46 vorgesehen. Falls der Einlaß des Brennstoffes in einem früheren Abschnitt
des Arbeitsganges gewünscht wird, kann das Brennstoffventil gemäß der Darstellung
in Abb. 10 oberhalb des Kolbens 34 angeordnet werden. Es kann aber auch ein Brennstoffventil
50 oberhalb des Kolbens 33 und ein zweites, 50A, oberhalb des Kolbens 34 gemäß der
Darstellung in Abb. 9 angeordnet werden.
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Abb. 7 zeigt eine Anzahl von Zylindereinheiten gleich der eben beschriebenen
mit dem erweiterten Luftaufnehmer 42, welcher mit den Spülkanälen sämtlicher Einheiten
verbunden ist.
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Abb. 8 zeigt drei Zylindereinheiten A, B
und C, deren Luftkompressoren
durch Querverbindungen unmittelbar an die Arbeitszylinder einer Nachbareinheit angeschlossen
sind. Ein Auslaß des Kompressors der Einheit A ist gemäß der Darstellung mit den
Arbeitszylindern der Einheit B verbunden, während der Kompressor der Einheit B die
Arbeitszylinder der Einheit C und der Kompressor der Einheit C die Arbeitszylinder
der Einheit A mit Luft versorgt. Bei dieser Anordnung sind keine Absperrventile
41 erforderlich.
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Die Wirkungsweise der Maschine ist an Hand der Diagramme nach Abb.
11 bis 16 beschrieben worden. Abb. 17 zeigt ein Kurbelkreisdiagramm, das die Lagen
der drei Zylinder alle 30° während des ganzen Arbeitsspiels der Maschine veranschaulicht.
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In diesem Diagramm stellen die waagerechten Linien die verschiedenen
Lagen der Kolben 32, 33, 34 dar, während die senkrechten Linien die Kurbelstellungen
von 30° zu 30' fortschreitend während eines vollen Arbeitsspiels der Maschine
darstellen. Die senkrechten Linien, welche die Winkelstellungen der Kurbel darstellen,
sind mit 0, 30, 60, 90, 120 usw. bis einschließlich 360° bezeichnet.
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Die Kolbenstellungen sind in dem Schema durch Kurven angedeutet. Die
Kurve A veranschaulicht die vom Arbeitskolben 33 eingenommenen, die Kurve B die
vom Arbeitskolben 34 eingenommenen und die Kurve C die vom Pumpenkolben 32 eingenommenen
Stellungen.
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Das Diagramm zeigt, daß der Arbeitshub zwischen der der 0'-Lage entsprechenden
senkrechten Linie (d. h. der oberen Totpunktslage der Kurbel) und einer senkrechten
Linie Z-Z stattfindet, die zwischen der 120'-Lage und der 150'-Lage der Kurbel liegt.
Der Auspuff und die Spülung umfaßt die Periode im Arbeitsspiel zwischen den Linien
Z-Z und D-D, die sich bei der 180°-Lage und der 210'-Lage der Kurbel vorfinden.
Der Lufteinlaßkanal 33A zum Zuleiten von Luft aus dem Kurbelgehäuse zum Zylinder
22 über den Kolben 32, welche dann durch das Ventil 43 nach dem Aufnehmer 42 geschoben
wird, öffnet sich, wenn die Kurbel eine Lage X_V zwischen der 0-Lage und 300-Lage
des Kurbelzapfens erreicht, und dieser Kanal 33A bleibt offen, bis die Kurbel die
durch Linie Y-Y angezeigte Lage zwischen der 150'-Lage und 180'-Lage der Kurbel
erreicht. Wenn die Kurbel die durch die Linie Y-Y angezeigte Lage erreicht, so wird
der Spülkanal 44 zwischen dem Aufnehmer 42 und dem unteren Ende des Zylinders 23
geöffnet und bleibt offen, bis die Kurbel eine Lage erreicht, die durch die senkrechte
Linie bei 240° dargestellt wird. Während des Arbeitsspiels zwischen der durch die
Linie Y-Y angezeigten Kurbelstellung und der durch die Linie D-D angezeigten Stellung
ist der Spülkanal 44 offen, und auch der Auspuffkanal 45 ist offen. Daher findet
zwischen den Lagen Y-Y und D-D das Ausspülen des Motors statt. Von der durch D-D
angezeigten Lage und der 240°-Lage an wird der Motor aufgeladen, und von der 210'-Lage
bis zur 360'-Lage wird die Luft vom Kolben 32 in den Aufnehmer 42 getrieben. Der
Verdichtungshub in den Zylindern 23 und 24 findet zwischen der 240'-Lage und 360'-Lage
der Kurbel statt.
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Wie unten im Diagramm angedeutet, wird der Kanal 40 geöffnet, wenn
die Kurbel die durch Linie Y-Y angedeutete Lage erreicht, und geschlossen, -wenn
die Kurbel die 210'-Lage erreicht.
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Selbstverständlich sind die Kurbeln der einzelnen Einheiten so gegeneinander
gestellt, daß die Luft mit dem gewünschten Druck den Arbeitszylindern in den gewünschten
Zeitpunkten innerhalb des Arbeitsganges der Arbeitszylindereinheiten zugeführt wird.