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Kolbenkühlung für Zweitaktmotoren mit Gebläse Bei Brennkraftmaschinen
wächst mit steigender Leistungsausbeute die Wärmebelastung der Kolbenböden, so daß
schließlich eine besondere Kühlung dieser Kolbenteile zumal bei Zweitaktmotoren
notwendig wird. Es sind bereits Kühleinrichtungen für die Kolbenböden bekannt. Diese
beziehen sich jedoch meist auf Zweitaktvergasermotoren mit Kurbelkastenspülung.
Derartige Motoren können keine hohe Leistungsausbeute erreichen, weil hierbei das
Arbeitsgemisch als Kühlmittel herangezogen und an dem heißen Kolbenboden zum Schaden
des Gewichtes der Zylinderfüllung sehr stark erwärmt wird. Diese Erwärmung ist um
so größer, je wirksamer die Kühlung des Kolbenbodens ist.
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Die Führung der Luft durch das Kurbelgehäuse hat weiterhin noch den
Nachteil, daß eine Oxydation des Schmieröles eintritt, wodurch die Schlammbildung
begünstigt wird. Dies kann zu einem Verstopfen der Leitungen und Pumpen führen.
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Die angegebenen Nachteile werden nach der Erfindung dadurch vermieden,
daß die Gebläseluft teils mittelbar durch den gegen das Kurbelgehäuse abgeschlossenen
Kolbenraum, teils unmittelbar in den Zylinder eingeführt wird.
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Auf der Zeichnung sind mehrere Ausführungsbeispiele für die Erfindung
dargestellt. Die Fig. i und 2 zeigen eine Anordnung mit einem Kolben. mit Kolbennase,
während in den übrigen Figuren Kolben mit flachem Boden dargestellt sind..
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Bei der Anordnung nach Fig. i hat der Zylinder i einen Einlaß 2 für
Kühl- und Spülluft, einen Auslaß 3 und einen diesen Öffnungen gegenüberliegenden
Überströmkanat d.. Der Kolben 5 ist mit einer Eintrittsöffnung 6 und einer Austrittsöffnung
7 für die Kühlluft versehen und durch eine Wand 8 gegen den Kurbelkasten abgeschlossen.
In der in der Fig. i veranschaulichten Kolbenstellung steht die Einströmungsöffnung
2 über die Kolbenöffnungen 6 und? mit dem Überströmkanal .4 und dem Zylinderinnern
in Verbindung. Die Luft strömt in dieser Stellung durch den Kolben und den Zylinder
zum Auspuff 3. Hierbei bleiben an den in der Fig. i schraffiert angedeuteten Stellen
Restgase im Zylinder zurück. Diese Restgase liegen insbesondere unmittelbar oberhalb
dies Kolbens und der Kolbennase 9 und in dem oberen Teil des Zylinders. Der Kolbenboden
wird hierbei im wesentlichen nur von innen gekühlt, während oberhalb des Kolbens
die heißen Restgase eine Kühlung von oben zunächst verhindern. Hat der Kolben 5
die in der Fig. 2 dargestellte untere Totlage erreicht, so ist der unmittelbare
Weg für die Luft in das Innere des Zylinders freigegeben. Die Luft strömt hierbei,
wie die angegebenen
Pfeile zeigen, unmittelbar an der Oberfläche
des Kolbens und an der Kolbennase vorbei und treibt das oberhalb des Kolbens befindliche
Restgaskissen und die übrigen Restgase zum Auspuff 3. Auf diese Weise wird dem Kolben
nicht allein von innen, sondern auch von außen Wärme entzogen.
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Bei dem in den Abb. 3 und .4 dargestellten Ausführungsbeispiel sind
die den Fig. i und 2 entsprechenden Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen. Bei
der Anordnung findet ein flacher Kolben Verwendung. Die Auspufföffnung 3 liegt nicht
auf derselben Seite wie der Einlaß 2, sondern rechtwinklig dazu. Der Einlaß 2 gabelt
sich in der Zylinderwand in die Kanäle io und ii. Bei der in der Fig. 3 gezeichneten
Kolbenstellung teilt sich die bei 2 zuströmende Kühlluft. Die durch den Kanal i
o unmittelbar in den Zylinder einströmende Luft spült die verbrannten Gase durch
die Auspufföffnung 3 aus. Hierbei strömt die Luft auch über den Kolbenboden 12 hinweg
und kühlt ihn von oben. Ein anderer Teil der Luft strömt durch den Kanal i i, die
Öffnungen 6 und 7 durch das Innere des Kolbens und kühlt den Kolbenboden von innen.
Die Luft gelangt alsdann durch den Überströmkanal 4 in das Innere des Zylinders
und wird hier gleichfalls dazu verwendet, die verbrannten Gase auszuspülen.
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Durch Anordnung von Rippen 13 an der Unterseite des Kolbenbodens i2
kann die Wärmeaufnahme der Kühlluft noch begünstigt werden.
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Die Fig. 4 zeigt den Kolben 5 in seinem unteren Totpunkt. Der Kolben
wird hier nur noch von außen gekühlt, und gleichzeitig wird der Zylinder geladen.
Beim Aufwärtsgehen des Kolbens wird nochmals ein Kühlluftstrom durch das Innere
des Zylinders geleitet.
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Ein weiteres Ausführungsbeispiel zeigen die Fig. 5, 6 und 7. Die Anordnung
unterscheidet sich von der in den Fig. 3 und 4 dargestellten Ausführungsformen dadurch,
daß der Umströmkanal 4 den Einlaß 2 durch das Kolbeninnere mit dem Zylinderinnern
verbindet, bevor die Spülluft unmittelbar in den Zylinder gelangen kann. Bei der
in der Fig. 5 gezeichneten Kolbenstellung strömt die Kühlluft durch den Kanal io
in das Kolbeninnere und kühlt den Kolbenboden von unten. Alsdann wird sie durch
den Überströmkanal in den Zylinder geleitet und treibt die verbrannten Gase zum
Auspuff 3. In der in der Fig. 6 dargestellten Kolbenlage gelangt die Kühlluft durch
den Kanal io teils unmittelbar in das Zylinderinnere, teils zusammen mit der durch
den Kanal i i strömenden Kühlluft durch das Kolbeninnere und den Überströmkanal
4 mittelbar in den Zylinder. Hierbei wird der Kolbenboden von beiden Seiten gekühlt.
Ist schließlich der in der Fig. 7 dargestellte untere Totpunkt erreicht, so ist
die Öffnung 7 durch die Zylinderwand abgeschlossen. Durch den Kanal io wird der
Zylinder unmittelbar gespült. Bei der zuletzt beschriebenen Anordnung wird beim
Aufwärtsgehen des Kolbens der Kanal io über die Öffnungen 6 und 7 im Kolben und
den Überströmkaria14 nochmals mit dem Zylinderinnern verbunden. Hierbei kann ein
Teil der Ladung des Zylinders durch den inzwischen genügend gekühlten Kolben geleitet
werden.
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Der besondere Vorteil der Erfindung liegt darin, daß die durch den
Kolben strömende Kühlluft, die sich besonders stark erwärmt, da sie bei der höchsten
Temperatur des Kolbens mit ihm in Berührung kommt, im wesentlichen dazu dient, die
verbrannten Gase auszutreiben Es wird also hierbei das Luftvolumen, das zum Verdrängen
der Abgase dient, für die Kolbenkühlung nutzbar gemacht. Daß sich dieses Luftvolumen
dabei stark erwärmt und infolgedessen ausdehnt, ist für die nutzbare Zylinderladung
und damit für die Leistung des Motors ohne Bedeutung, da diese Luft mit den Abgasen
im wesentlichen den Zylinder wieder verläßt. Die Ausdehnung der Spülluft durch die
Kolbenwärme fördert vielmehr das Spülen des Zylinders.
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Dagegen wird die Luft, die vom unteren Totpunkt des Kolbens in den
Zylinder eingeführt wird, erheblich weniger erwärmt. Sie dehnt sich infolgedessen
auch weniger stark aus und dient im wesentlichen zur Ladung des Zylinders, nachdem
der wärmste Teil auch dieser Luft noch durch den Auspuff 3 nach außen geströmt ist.
Die Ladung des Zylinders erfolgt also mit kälterer und daher dichterer Luft, während
die Verdrängung der Abgase durch ein kleineres Spülluftgewicht erfolgt, dessen Volumen
sich durch Wärmeaufnahme vergrößert hat. Es wird also hierbei ein Teil der bisher
vom Gebläse geleisteten Spülarbeit aus der Kolbenwärme gewonnen. Die Kolbenkühlluft,
die bisher vielfach ins Freie geblasen wird, wird hier nutzbar gemacht, indem sie
leistungssparend in den Spülvorgang eingeschaltet wird.
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Die Erfindung ist besonders anwendbar für Hochleistungsmotoren, insbesondere
für Flugmotoren, bei denen man höchste Wirtschaftlichkeit verlangt und die für die
Kolbenkühlung sonst erforderliche Leistung des Gebläses auf ein Mindestmaß herabgedrückt
werden muß.