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Zweitaktbrennkraftmaschine Die vorliegende Erfindung betrifft eine
Zweitaktbrennkraftmaschine mit einem Auslaßschlitze steuernden, als Zylinder ausgebildeter.
Hauptkolben, in welchem ein von der Kurbelwelle angetriebener, den Übertritt der
Ladung in den Arbeitszylinder steuernder Schieberkolben vorgesehen ist.
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Die Bauart der Maschine gemäß der Erfindung ermöglicht eine vollkommene
Kühlung des Kolbens und Ausspülung der Verbrennungsgase vor dem Zutritt der frischen
Gase, wodurch ein hoher Wirkungsgrad erzielt wird. Ein weiterer Vorzug des Erfindungsgegenstandes
liegt in der Erhöhung der Leistung, bezogen auf die Masseneinheit der Maschine,
welche sich aus der vollen Anfüllung des Zylindervolumens und der Möglichkeit der
Anwendung sehr hoher Kompressionsdrücke sowie der Verringerung der Anzahl der Organe
ergibt. Hierdurch wird außerdem eine vorteilhafte Verminderung des Gewichtes für
die Einheit des Zylindervolumens erreicht.
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Erfindungsgemäß ist der Hauptkolben bzw. der Schieberkolben durch
eine hohe Kolbenstange, durch welche die Antriebskolbenstange des Schieberkolbens
bzw. die Antriebs-. kolbenstange des Hauptkolbens geführt ist, mit einem in einem
besonderen Zylinder laufenden Führungskolben verbunden, der mit in den Kolbenstangenhohlraum
mündenden Ladungszuführungskanälen versehen ist, und es sind in dem Schieberkolben
Schlitze, die gegen Ende des Kolbeneinwärtsganges mit Schlitzen der inneren Lauffläche
des Hauptkolbens zur Deckung kommen, vorgesehen, durch welche die durch die hohle
Kolbenstange strömende Ladung, bevor sie in den Arbeitszylinder übertritt, zur Kühlung
in den Hauptkolben geleitet wird.
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Gemäß der Erfindung kann das Kurbelgehäuse auch als Pumpenraum und
der Führungskolben als Pumpenkolben dienen, wobei die Kolbenstange des Schieberkolbens
einen verstärkten, in der Kolbenstange des Hauptkolbens dicht gleitenden Teil besitzt,
der gegen Ende des Kolbeneinwärtsganges Überströmschlitze öffnet, durch welche die
im Kurbelgehäuse verdichtete Ladung in die hohl ausgebildete Kolbenstange des Schieberkolbens
überströmt, aus der sie dann in die hohle Kolbenstange des Hauptkolbens gelangt
(Abb. 3).
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Nach der Erfindung kann auch die Zweitaktbrennkraftmaschinederart
ausgebildet sein, daß der Ringraum zwischen dem Führungszylinder des Pumpenkolbens
und der hohlen Kolbenstange als Gemischpumpenraum dient, aus welchem das Gemisch
in der oberen Totpunktlage des Hauptkolbens durch von dem verstärkten Teil der Kolbenstange
des Hauptkolbens gesteuerte Schlitze über die hohle Kolbenstange des Schieberkolbens
in die
untere Verbrennungskammer gelangt, -,vährend bei unterer
Totpunktlage das Gasgemisch aus dem Kurbelgehäuse als Pumpenraum über Einströrnschlitze
in die hohle Kolbenstange des Hauptkolbens strömt, aus der es dann über die hohle
Kolbenstange des Schieberkolbens in die obere Verbrennungskammer gelangt (Abb.
5).
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In der Zeichnung sind mehrere Ausführungsformen des Erfindungsgegenstandes
veranschaulicht. Es zeigt Abb. i eine Ansicht der Gesamtanordnung im Achsenschnitt,
bei einer doppelt wirkenden Zweitaktexplosionsniaschine gemäß der Erfindung, Abb.2
eine andere Ausführungsform der Anordnung nach Anspruch i mit anderer Kolbenbefestigung,
Abb.3 einen Achsenschnitt entsprechend der Abb. i, aber mit vorhergehender Kornpression
der Spülluft, Abb. d. eine besondere Ausführungsform, welche sich auf den Aufbau
des Kolbens bezieht, und Abb. 5 eine weitere Ausführungsform des Erfindungsgedankens.
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Die Maschine der Erfindung besitzt im wesentlichen zwei Kolben i und
2, die gemeinsam in einem Zylinder 3 gleiten, wobei dieselben zugleich gegeneinander
verschiebbar sind. Der Kolben 2 kann sich im Innern des Kolbens i verschieben, welcher
somit einen Führungszylinder bildet. Durch die Verschiebung des Kolbens :2 im Innern
des Kolbens i wird mit Hilfe von geeigneten Durchlaßöffnungen die Verteilung der
Luft und der Frischgase in der oberen Kammer d. und der unteren Verbrennungskammer
5 des Zylinders 3 herbeigeführt. Bei dem in Abb. i .dargestellten Ausführungsbeispiel
ist angenommen, daß der Auspuff der Verbrennungsgase am Ende des Hubes des Kolbens
i durch Austrittsöffnungen 22 im Zylinder 3 erfolgt. Der Kolben i ist durch die
hohle Kolbenstange 6 mittels eines Ringes 7 (bz-,v. eines Bolzens 7', Abb. 3) und
einer Mutter 8 mit einem Kreuzkopf 9 verbunden, der in den Führungen io und i i
gleitet. Der Kreuzkopf 9 ist durch die Stangen 12 und 13, die auf beiden Seiten
angeordnet sind, mit den Kurbelzapfen 1. und 15 der Kurbelwelle 16 verbunden. Die
Kurbelstangen übertragen die Bewegung des Kolbens i (bzw. 2, Abb, 5) durch den Kreuzkopf
9, an welchem die Kolbenstange 6 (bzw. 6', Abb. 5) befestigt ist, auf die Kurbelwelle
16.
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Der Kolben 2 (bzw. i, Abb. 5) ist durch einen Bolzen 17 (bzw. 17'),
eine Kolbenstange 18 (bzw. 1ä') und einen Bolzen i9 mit einer Kurbelstange 2o verbunden,
die an dem Kurbelzapfen 21 der Kurbelwelle 16 angreift. Die Kurbelstange 2o überträgt
die Bewegung des Kolbens 2 (bzw. i) auf die Kurbelwelle 16.
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Zum besseren Verständnis der Wirkungsweise des Systems sei angenommen,
daß es sich um eine zweifach wirkende Zweitaktexplosionsmaschine handelt, die in
Abb. i dargestellt ist.
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Der Kolben i befindet sich auf dein Abwärtshub entsprechend der Expansionsperiode
in der oberen Kammer d.. Die Durchlaßöffnungen 22 sind durch den Kolben i völlig
freigelegt, und es findet Auslaß der verbrannten Gase statt. In diesem Augenblick
sind alle Einlaßöffnungen durch den Kolben 2 geschlossen, aber er öffnet beim Abwärtsgang
im Kolben i, wenn der Druck in der Explosionskammer 4 gleich oder geringer wird
als der Druck der einzulassenden Gase, die Durchlaßöffnungen 23 des Kolbens i. Ferner
beginnen die Öffnungen 2:1. im Kolben 2 die öffnungen 25 des Kolbens i freizugeben,
und in gleicher Weise gibt auch die Öffnung -26, welche in dem Kreuzkopf 9 vorgesehen
ist, die Durchlaßöffnung 27 der Gleitführung i i frei. Diese Öffnung 27 ist mit
einem Behälter verbunden, welcher Preßluft enthält, deren Druck in gleicher Weise
im Innern des dichten Maschinengehäuses aufrechterhalten wird.
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Infolgedessen tritt die Luft durch die Durchlässe 27, 26, die hohle
Kolbenstange 6 in das Innere des Kolbens 2, die Durchlaßöffnungen 2d. bis 25 und
durch die Öffnungen 23 in die obere Kammer d., wo die Verbrennungsgase ausgespült
werden, indem die verschiedenen von der Spülluft betroffenen Teile hierbei abgekühlt
werden, insbesondere der Kolben i.
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Der Kolben i bewegt sich nun weiterhin abwärts, und die Öffnungen
26 des Kreuzkopfes 9 geben, nachdem derselbe die Lufteinlaßöffnung 27 verschlossen
hat, den Durchlaß :.25 der Gleitführung i i frei. Dieser Durchlaß 28 ist zugleich
mit einem Behälter für Luft verbunden, welche unter dem gleichen Drucke steht wie
die obenerwähnte Preßluft und wirkt z. B. durch -Niederdruck auf einen Vergaser
derart ein, daß ein Gemisch von frischem Gas erhalten wird.
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Die frischen Gase, welche einen neuen freien Durchgang bis zur Kammer
4 durch dieselben Durchlaßöffnungen -24, 25 haben, welche dauernd während der Einlaßperioden
geöffnet bleiben, füllen die Kammer 4 an. Der Eimaß der frischen Gase hält bis zu
dem Augenblick an, wo der Kolben i, nachdem er den untersten toten Punkt überschritten
hat, hochzusteigen beginnt und der Kreuzkopf 9 die Durchlaßöffnung 28 verschließt.
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Die Vorgänge verlaufen darauf in dem umgekehrten -Sinne während des
Expansionshubes, d. h. die Öffnung 26 gibt während eines Augenblicks die Öffnung
27 frei und veranlaßt dadurch einen neuen Zutritt der Luft, wodurch in die Kammer
4 die frischen Gase
eingeführt werden, die in den verschiedenen
Räumen des Kreuzkopfes 9 der Stange 6 und der Kolben i und 2 noch enthalten sind.
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Der Kolben i schließt darauf die Auslaßöffnung 22 und beginnt den
Kompressionshub.
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Die Öffnungen 27 und 28 können statt auf derselben Gleitführung i
i auch auf der gegenüberliegenden angeordnet sein.
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In Abb. i ist als Ausführungsbeispiel eine Luftzulaßöffnung 29 auf
der Gleitführung i i angeordnet und eine Zulassungsöffnung 30 für frische
Gase auf der Gleitführung io. Diese beiden Öffnungen 29 und 30 sind in Abb.
i derart gelagert, daß sie dem Kreislauf der Vorgänge hinsichtlich der Bewegung
der Gase, welche die untere Kammer 5 speisen, entsprechen. Der Kreislauf ist identisch
mit demjenigen, welcher oben für die obere Kaminer .l. beschrieben wurde und spielt
sich in der Nähe des oberen Totpunktes ab.
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Die Anwendung des Kolbens mit zweifacher Wirkung kann in gleicher
Weise für Dieselniotoren angewendet werden. In diesem Falle entfallen die Öffnungen
27, 28, 29 und 30 infolge des direkten Einströmens von Luft in die hohle
Stange 6. Der Kolben -2 kann aber starr an der Stange 18 befestigt werden, statt
an derselben angelenkt zu sein. Eine derartige Anordnung ist in Abb. 2 dargestellt.
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In Abb. 3 sind wieder die Kolben i und 2 vorgesehen, von denen der
eine im Innern des anderen in dem Zylinder 3 verschiebbar ist. Der Kolben i ist
mittels des Bolzens 7' und einer hohlen Stange 6 an einen Kreuzkopf 9 angeschlossen,
an dein die Stange mittels einer Mutter 8 festgehalten wird. Der Kreuzkopf ist durch
zwei Stangen 12 und 13 mit den Kurbelzapfen 14., 15 einer Kurbelwelle 16 verbunden.
Der Kolben 2 ist mit dem Exzenter 21 der Kurbelwelle 16 mittels einer Stange 2o,
eines Bolzens i9, einer hohlen Stange 18 und einer in den Kolbenboden eingeschraubten
Büchse 37 verbunden. Letztere ist im Innern der Stange 6 verschiebbar. Diese Büchse
37 ist mit einem Langschlitz 37' versehen, durch welchen der Bolzen 7' hindurchragt,
so daß die Verschiebung des Kolbens 2 im Innern des Kolbens i möglich ist. Der Kreuzkopf
hat die Form eines Kolbens und gleitet gut abgedichtet im Innern eines unteren Zylinders
io. Die Durchlaßöffnungen sind am Kreuzkopf 9 und den Stangen 6 und 18 vorgesehen
sowie an den Kolben 2 und i.
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Die Wirkungsweise beim Ausführungsbeispiel nach Abb. 3 ist folgende:
In der Nähe des unteren Totpunktes wird die Luft, die unter dem Kreuzkopf 9 bei
.41 eingelassen und durch den Abwärtsgang desselben im Innern des Zylinders io kompriiniert
wurde, durch die Öffnung .42 des Kreuzkopfes 9 in das Innere der Stange 18 eingeführt,
wenn die Öffnungen 4.3 und 42 sich gegenüberliegen. Aus der Stange 18 tritt die
Luft in die Stange 6 und durch die Öffnungen 24' des Kolbens 2 in den Kolben i,
indem sie durch die Öffnungen 25' übertritt, darauf von dort durch die Öffnung 46
in die obere Kaminer .4.
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Beim entgegengesetzten Hub, d. h. in der Nähe der oberen Totpunktlage,
tritt die oberhalb des Kreuzkopfes 9 im Zylinder io, d. h. im Raume 47 komprimierte
Luft in die untere Kammer 5, die sich unterhalb des Kolbens i befindet, durch die
Öffnung 4.8, der Kolbenstange 6 ein, und zwar, wenn sich diese öffnungen 48' gegenüber
den Öffnungen 43 der Stange i 8 befinden. Weiterhin strömt die Luft durch die Öffnungen
2. des Kolbens 2, die den Öffnungen 25' des Kolbens gegenüberstehen, und schließlich
durch die Öffnungenq.9 des Kolbens i, die in diesem Augenblick durch den Kolben
:2 freigelegt sind. Die Luft kann in den Zylinder io durch die Öffnungen 5o eintreten.
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Die in Abb. d. dargestellte Anordnung -zeigt einen Aufbau des Kolbens
i, welcher von den Abb. i und 2 abweicht. Die Befestigung der Stange 6 am Kolben
i erfolgt bei diesem Ausführungsbeispiel mit Hilfe eines Bolzens und ist betreffs
der Ausbildung des Kolbens i etwas verschieden. Der Kopf 37 besitzt auch hier die
Durchlaßschlitze 37', welche eine relative Bewegung des Kolbens 2 gegenüber dem
Kolben i ermöglichen.
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In Abb. 5 ist eine weitere Ausführungsforen des Erfindungsgegenstandes
veranschaulicht, welche eine zweifach wirkende Kraftmaschine darstellt.
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Der äußere Kolben i ist im Zylinder 3 verschiebbar und mittels des
Bolzens 17', der Kolbenstange 18', des Bolzens i9 und der Kurbelstange 20 mit dem
Kurbelzapfen 21 der Kurbelwelle 16 verbunden. Der innere im Kolben i verschiebbare
Kolben 2 ist durch die Kolbenstange 6', den Kolben 9, die Bolzen 51 und 52, die
Kurbelstangen 12, 13 mit den Kurbelzapfen 14., 15 der Kurbelwelle 16 verbunden.
Der Kolben 9 verschiebt sich abgedichtet in dem Gehäuse io und kann in den Räumen
47 und ,48 die Luft oder das zur Speisung der Maschine erforderliche Gasgemisch
komprimieren.
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Die Speisung der oberen Explosionskammer 4. wird durch die Öffnungen
53 des Kolbens 9 bewirkt, «-elche durch die Öffnungen 5-h 55, 24' und 56 das verdichtete
Gasgemisch aus dem Raum 4.8 in den Zylinderraum .I übertreten lassen.
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Die Speisung der unteren Explosionskammer 5 erfolgt mittels der Durchlaßöffnungen
58 und 57 über die .I,olbenstange 6', sobald
der Kolben 2 die Öffnung
57 freigibt, so daß aus dem oberen Kompressionsraum 47 das Gasgemisch in die Explosionskammer
5 bei der oberen Totpunktlage des Kolbens eintreten kann.