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Zweitaktbrennkraftmaschine mit Haupt- und Hilfskolben Gegenstand der
Erfindung ist eine Zweitaktbrennkraftmaschine mit einem Haupt- und einem Hilfskolben,
bei welcher der Kompressionsdruck über die obere Totpunktlage des Hauptkolbens aufrechterhalten
wird. Die Aufrechterhaltung der Kompression ist an sich bei Viertaktmaschinen bekannt;
bei Zweitaktmaschinen dieser Art jedoch macht das Zuführen der Ladeluft und die
Steuerung der Auslaßkanäle Schwierigkeiten insofern, als durch die Erhitzung der
höher komprimierten Ladung leicht eine Beschädigung der Steuerorgane entsteht.
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Dies tritt besonders dann in Erscheinung, wenn in den Einlaßöffnungen
leichte Rückschlagventile oder -klappen für den Eintritt der komprimierten Lade-
und Spülluft vorgesehen sind. Die Rückschlagventile oder -klappen müssen in jedem
Falle gegen die Einwirkung der Verbrennung geschützt werden.
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Das Wesen der Erfindung besteht demgemäß darin, daß die mit selbsttätigen
Ventilen versehenen Einlaßöffnungen des Zylinders durch den Hilfskolben, die Auslaufsöffnungen
in an sich bekannter Weise durch den Haupt- und Hilfskolben so gesteuert werden,
daß die Abgase in der Längsrichtung des Arbeitshubes durch die unter Druck zugeführte
Spülluft oder das Brennstoffgemisch ausgeblasen werden, wobei die Spülluft oder
das Gemisch nach Schluß der Auslaßöffnungen so lange einströmt, bis der Kompressionsdruck
des Hauptkolbens gleich dem Druck der zugeführten Spülluft oder Brennstoffgemisches
ist, und der Hilfskolben die Einlaßöffnungen abschließt.
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Die Einrichtung hat gegenüber den bekannten Einrichtungen den Vorteil,
daß durch die Kombination der an sich bekannten Steuerung der Auslaßkanäle durch
einen Haupt- und Hilfskolben mit der neuen Anordnung, der Steuerung der mit Rückschlagklappen
versehenen Einlaßöffnungen durch den die Kompression über die obere Totpunktlage
aufrechterhaltenden Hilfskolben eine schnelle und sorgfältige Spülung des Zylinders
in der Richtung der bereits ausströmenden Abgase erfolgt. Die unter Druck eintretende
Spülluft kann also ohne Richtungsänderung eine intensive Spülung der Zylinder erzeugen,
so daß man mit einer verhältnismäßig kleinen Spülluftmenge auskommt.
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Da die Spülluft nach Schließen der Auslaßöffnungen weiter einströmen
kann, bis die Kompression des Arbeitskolbens gleich dem Ladedruck ist, so erfolgt
die Ladung vollkommen stoßfrei, so daß die Maschine auch mit höheren Drehzahlen
ruhig läuft und dabei den günstigsten volumetrischen Wirkungsgrad besitzt.
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In der Zeichnung ist Abb. i ein Längsschnitt einer Zweitaktdieselmaschine
gemäß der Erfindung, Abb. 2 ein Längsschnitt nach der Linie 2-2 der Abb. i, Abb.3
bis 9 schematische Längsschnitte, welche die verschiedenen Stellungen des Arbeitskolbens
und des Hilfskolbens während
eines vollständigen Arbeitsganges der
Maschine zeigen.
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Abb. t o bis 15 schematische Ansichten der Kurbelstellungen während
der Bewegung des Haupt- und Hilfskolbens, bezogen auf die Abb. 3 bis 9, Abb.16 ein
Längsschnitt einer Zweitaktbrennkraftmaschine, bei der ein Brennstoffgemisch oder
Gas in den Zylinder gedrückt und durch eine Zündkerze entzündet wird.
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Es soll zunächst die Zweitaktdieselmaschine gemäß der Erfindung nach
den Abb. i bis 15 einschließlich beschrieben werden. In dem Maschinenzylinder A
bewegt sich ein Hilfskolben B, in welchem der Arbeitskolben C läuft. Das obere Ende
des Hilfskolbens B ist bei i verstärkt und läuft mit diesem Teil in der erweiterten
Bohrung z des Zylinders A. Um ein Ansammeln der Luft in dem unteren Teil der Bohrung
z zu verhindern, sind öffnungen 3 in dem Zylinder vorgesehen, die ein freies Einströmen
und Entweichen der Luft aus der Bohrung a gestatten.
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Die übliche Kurbelwelle D trägt das Schwungrad F und läuft in dem
Kurbelgehäusse G. Der Kurbelzapfen q. der Welle D ist durch eine Pleuelstange s
mit dem Arbeitskolben.C verbunden. Auf der Welle D sind ferner Exzenter 6 angeordnet,
welche mittels der Exzenterringe 7 durch Stangen 8 den Hilfskolb;enB antreiben.
Die Exzenter 6 sind in .einem Winkel zu dem Kurbelzapfen ¢ angeordnet und eilen
der Kurbel nach. Der Hilfskolhen- B hat nur einen kurzen Hub und hält infolge seiner
Nacheilung und Größe die vom Arbeitskolben erzeugte Kompression über die obere Totpunktlage
des letzteren aufrecht.
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Der Hilfskolben regelt auch den Ein- und Auslaß. Der Zylinder A hat
einen Schutzmantel 9, der eine Luftkammer io bildet. An seinem oberen Ende besitzt
der Zylinder eine Anzahl Einlaßöffnungen i i, die den Zylinder mit der Luftkammer
i o verbinden. In den öffnungen i i sind Rückschlagklappen 1? vorgesehen, welche
nur den Luftdurchgang von der Luftkammer i o nach dem Zylinder gestatten, und zwar
so lange, bis der Druck im Zylinder größer wird als der in der Luftkammer. Die Einlaßöffnungen
werden durch den verbreiterten Kolbenteil i des Hilfskolbens B geöffnet bzw. geschlossen.
Die Kammer io wird mit Luft z. B. durch den schematisch dargestellten Luftkompressor
13 versehen, der die Luft bei 1 ¢ in den unteren Teil der Luftkammer i o drückt.
In der Wandung des Zylinders ,4 ist eine Anzahl Auslaßöffnungen 15 vorgesehen, durch
welche die Abgase abgeleitet werden.
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Der Hilfskolben B besitzt Auslaßöffnungen 16, die zweckmäßig kleiner
sind als die Aus-Z> 15 im Zylinder A; die Auslaßöffnungen 16 werden durch den Arbeitskolben
C geschlossen oder freigegeben, so daß die zusammengesetzte Bewegung des Hilfskolbens
B und des Arbeitskolbens C das Offnen und Schließen der Auslaßöffnungen regelt,
während der Hilfskolben B allein das Schließen der Einlaßöffnungen i i bewirkt.
Der Zylinder ist mit einer Einspritzdüse 17 für den Brennstoff versehen; es ist
schematisch eine Pumpe 18 dargestellt, die den Brennstoff der Düse 17 zuführt.
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Bei einer Dieselmaschine kann jede Art Brennstoff, der für diesen
Zweck benutzbar ist, verwendet werden, doch ist die Erfindung auf diese Art von
Maschinen nicht beschränkt, sondern eignet sich auch für Vergasermaschinen, wie
sie in Abb. 16 dargestellt sind.
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Die Arbeitsweise der Maschine ist schematisch in den Abb. 3 bis 15
einschließlich dargestellt.
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Abb. 3 zeigt den Arbeitskolben C in der oberen Totpunktlage, während
der Hilfskolben B sich weiter aufwärts bewegen kann. Die Zündung der Ladung erfolgt
erst, wenn der Hilfskolben seine obere Lage erreicht hat und der Hauptkolben sich
abwärts bewegt, und setzt sich ungefähr um 3o° der Kurbelwellenbewegung fort. Diese
Bewegung ist in Abb. i o angegeben, und es ist die Bewegung aus der Stellung der
in Abb. 3 gezeigten Teile in die Stellung der in Abb. q. gezeigten Teile, welche
annähernd 3o° beträgt. In der in Abb. 3 und q. gezeigten Stellung sind die Ein-
und Auslaßöffnungen geschlossen, so daß die Rückschlagklappen 12 gegen das brennende
Gasgemisch während des ganzen Krafthubes des Arbeitskolbens geschützt sind.
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Durch die Bewegung des Hilfskolbens wird eine möglichst vollkommene
Mischung der Luft und des Brennstoffes erzeugt, wodurch eine schnellere und wirksamere
Verbrennung erzielt und die Bildung von Ruß und Niederschlägen vermieden wird. Die
Maschine eignet sich daher insbesondere für schnellaufende Maschinen, weil durch
die kräftige Mischung eine schnellere und vollkommenere Verbrennung erzielt wird.
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Wenn der Arbeitskolben sich in seinem Krafthub abwärts bewegt (Abb.
q., 5 und i i), wird diese als Expansion bekannte Periode sich ungefähr über i oo°
der Kurbeldrehung erstrecken. Sobald der Arbeitskolben C die Stellung Abb. 5 erreicht,
befindet sich auch der Hilfskolben B auf seiner Abwärtsbewegung. Die Öffnungen 16
treten vor die Auslaßöffnungen 15, und der Arbeitskolben C 'gibt plötzlich die Auslaßöffnungen
16 frei, so daß die Abgase durch die Auslaßöffnungen entweichen können. Diese Bewegung
bildet annähernd-i ö° der Bewegung der Kurbelwelle
(Abb. 12). Nach
der Vollendung dieser i o° Bewegung wird sich der Hilfskolben B weiter abwärts bewegen,
wodurch auch die Einlaßöffnungen i i freigelegt werden, und da die Auslaßöffnungen
noch offen sind, wird die unter Druck einströmende Spülluft den Zylinder vollständig
spülen (Abb. 6).
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Die folgende Bewegung der Kurbehvelle um einen Winkel von annähernd
50° ist in Abb.13 angegeben, wobei die Teile sich aus der Stellung Abb.6 in die
nach Abb.7 bewegen. Am Ende dieser Bewegung sind die Auslaßöffnungen geschlossen
entsprechend der Abwärtsbewegung des Hilfskolbens und der geringen Aufwärtsbewegung
des Hauptkolbens. Die Einlaßöffnungen i i indessen sind vollständig offen, und die
Ladeluft strömt unter Druck in den Zylinder so lange ein, bis der Druck im Zylinder
gleich dem Druck der Ladeluft ist.
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In diesem Augenblick werden die Rückschlagklappen 12 geschlossen,
und die Aufwärtsbewegung des Hauptkolbens bewirkt die Kompression. Diese Bewegung
zeigt Abb.8 und 9. Sie erstreckt sich über einen Winkel von annähernd i5o° der Kurbelbewegung.
Die Kompression erfolgt bis zu einer Stellung der Kurbel, die annähernd i o' hinter
dem oberen Totpunkt liegt, wie durch die punktierte Linie in Abb. 15 angegeben ist.
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Die Abb.9 zeigt den Hilfs- und Arbeitskolben in der Stellung, in der
der Hilfskolben die Spülluftöffnungen i i schließt. Die beiden Kolben bewegen sich
dann in die Stellung Abb.3. In dieser ist die höchste Kompression noch nicht erreicht,
sondern sie steigt weiter über die in Abb.3 dargestellte Stellung hinaus, sobald
der Hilfskolben schneller steigt als der Arbeitskolben fällt; und dieser Punkt des
höchsten Druckes ist annähernd durch die strichpunktierte Kurbelstellung in Abb.
15 angedeutet. Die schematische Darstellung dieser Abbildung zeigt nur die Bewegung
des Kurbelarmes während der angegebenen Bewegung des Hauptkolbens. Wenn aber der
Hilfskolben zu dieser Zeit sich auch aufwärts bewegt, würden die vereinigten Bewegungen
des Kolbens und des Hilfskolbens theoretisch wenigstens einen Winkel von 15o' bilden;
infolgedessen ist nur der Bewegungswinkel des Arbeitskolbens dargestellt, um Irrtümer
zu vermeiden.
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Abb.9 zeigt auch, wie der Hilfskolben die Einlaßöffnungen schließt,
wenn Druck und Temperatur stärker steigen, so daß die Rückschlagklappen geschützt
sind.
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In Abb. 16 ist eine Maschine dargestellt, bei der ein Brennstoffgemisch
aus dem Vergaser 2o durch eine Pumpe 21 in den Zylinder gedrückt wird. Die Zündung
geschieht durch die Zündkerze i9 oder eine andere Zündvorrichtung.