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Zweitaktmotoren, insbesondere Brennkraftmaschinen Die Erfindung bezieht
sich auf Zweitaktmotoren, insbesondere Brennkraftmaschinen, mit in einem gemeinsamen
Zylinder gegenläufig bewegten, Ein- und Auslaß steuernden Kolben.
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Gemäß der Erfindung sind diese Motoren so ausgebildet, daß die Pleuelstangen
der Kolben in gegeneinander versetzter Phase auf relativ zu. den Zylindern drehbaren,
für die Kolben gemeinsamen oder getrennten Führungsbahnen arbeiten.
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Im besonderen hat die Erfindung solche Anordnungen zum Gegenstand,
bei denen die gegenläufigen Kolben, die sich z. B. beide in einem gemeinsamen langgestreckten
Zylinder oder auch parallel zueinander in einem U-förmig ausgebildeten Zylinder
bewegen können, auf eine gemeinsame, kreisförmige oder mehrwellige Führungsbahn
arbeiten.
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Maschinen mit gegenläufigen Kolben, die auf einer Führungsbahn arbeiten,
sind in verschiedenartigen Ausführungen bekannt. Soweit es sich hierbei aber überhaupt
um Konstruktionen handelt, bei denen Ein- und Auslaß durch die Kolben gesteuert
werden, ist die Anordnung überall und abweichend von der vorliegenden Erfindung
so getroffen, daß sich die Kolben in einem langgestreckten Zylinder gegenüberliegen
und in diametraler Anordnung auf der gleichen Führungsbahn arbeiten, so daß irgendeine,
die Elastizität der Steuerung fördernde Phasenversetzung der Kolben im Sinne der
Erfindung nicht eintreten kann. Durch die erfindungsgemäße Konstruktion dagegen
ist ein Weg zur Steuerung von Zweitaktmotoren beschritten, der einerseits eine außerordentlich
einfache, übersichtliche und mit günstigen mechanischen Verhältnissen arbeitende
Steuerung dieser Motoren ermöglicht und andererseits durch Schaffung einer erheblichen
Elastizität des Arbeitsspiels die Leistung der Motoren in hohem Maße steigert, indem
sie ein wirksames Arbeiten z. B. nach dem Gleichstromprinzip und ein günstiges Steuerdiagramm,
insbesondere sehr hohe Spühvirkung, ermöglicht.
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Die erfindungsgemäße Anordnung bewirkt, daß die Phasen der gegenläufigen
Kolben zwar gleichsinnig sind, aber gegeneinander so weit versetzt sind, daß Aus-
und Einlaß des oder der gemeinsamen Zylinder völlig unabhängig voneinander gesteuert
werden, wodurch der Wirkungsgrad der Maschine gesteigert wird und die dynamischen
Verhältnisse in feinsten Grenzen geregelt werden können.
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. Andererseits ergibt sich aber aus der Erfindung auch die Möglichkeit,
das Steuerdiagramm der Maschinen durch entsprechende Phasenversetzung beliebig zu
beeinflussen und hierdurch die Kühlverhältnisse der Motoren und den Ladewinkel je
nach den vorliegenden Verhältnissen zu regeln., so daß im Gegensatz zu den üblichen
Motorenkonstruktionen mit starr festliegendem Steuerdiagramm trotz Steigerung der
Maschinenleistung kostspielige und
umständliche Hilfskonstruktionen,
beispielsweise für zusätzlichen Spülstrom, entbehrlich werden. Komplizierte und
empfindliche Getriebe und Regelorgane-lassen sich völlig vermeiden. Die Verwendung
einfachster Elemente verbilligt die Herstellung der Maschinen, läßt wesentliche
Ersparnisse an Einpassungs- und Reparaturarbeiten zu und gewährleistet zugleich
größte Betriebssicherheit, da die einzelnen Teile der Maschinen leicht und einfach
zu warten sind.
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Zur Erläuterung der Erfindung dient die Zeichnung.
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Fig. x veranschaulicht in schematischer Darstellung eine Anordnung
für einen Zweitaktmotor, bei der in dem gemeinsamen, langgestreckten Zylinder zz
die koaxialen Kolben 13, =4 gegenläufig arbeiten. Gemäß der Erfindung sind diese
Kolben, von denen beispielsweise der Kolben 13 den Einlaßschlitz 16 und der
Kolben 14 den Auslaßschlitz 17 steuert, frei gegeneinander beweglich und arbeiten
mittels der Pleuelstangen zg, 2o in gegeneinander versetzter Phase auf relativ zu
dem Zylinder zz drehbare Führungskurven.
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Die Versetzung der Arbeitsphasen für die Kolben =g, 2o wird im vorliegenden
Beispiel, bei dem der ruhende Zylinderblock 22 zur rotierenden Führungsbahn zentrisch
liegt, durch die Anordnung zweier gleichartiger, aber gegeneinander um einen gewissen
Winkel verdrehter Führungskurven 24, 25 erreicht, deren eine (24) den Kolben
13, deren andere (25) den Kolben 14 steuert, und zwar derart, daß unter Voraussetzung
der eingezeichneten Drehrichtung der den Auslaß 17 steuernde Kolben 14 in seiner
Arbeitsphase dem Kolben 13 für den Einlaßschiitz 16 vorauseilt.
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Während sich bei der in Fig. z gezeigten Führungskurve, die als Vierwellenkurve
ausgebildet ist, das Kolbenspiel während einer vollen Umdrehung viermal wiederholt,
veranschaulicht Fig. 2 ein Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei dem sich infolge
der Ausbildung der Führungskurve als Zweiwellenkurve das Arbeitsspiel während einer
Umdrehung der Führungsbahn 27, 28 nur zweimal vollzieht.
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Die für die Steuerung so überaus wichtige Phasenverschiebung der Kolben
kann, -wie sich aus Fig. z und 2 ergibt; beliebig geregelt werden, indem man jeweils
die beiden Kurven (24, 25 bzw. 27, 28) mehr oder weniger gegeneinander verdreht.
Man kann diese Versetzung beispielsweise durch ein geeignetes Organ regelbar ausbilden,
das z. B. zwei Scheiben, die je eine Führungsbahn tragen, gegeneinander verstellt
und hat so die Möglichkeit, die Leistung- der Maschine in- einfacher Weise sehr
elastisch zu steuern.
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Ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Fig. 3 und
4 veranschaulicht. Hier ist im Gegensatz zu den vorhergehenden Konstruktionen die
Anordnung so getroffen, daß die in dem gemeinsamen Zylinder 30 geführten
Kolben 32, 33 auf eine gemeinsame, vorzugsweise als Kreisbahn ausgebildete Führungskurve
35 arbeiten, deren Mittelachse 37 zur Erzeugung des Hubes und zur Versetzung der
Kolbenphasen exzentrisch zur Mittelachse 38 des Zylinderblocks 4o angeordnet ist.
Das Maß der Phasenverschiebung richtet sich -außer nach der Entfernung der Angriffsstellen
der beiden P1eueIstangenenden auf der Führungskurve - nach der Exzentrizität, so
daß man auch hier durch einen schaltbaren Verschiebemechanismus für Zylinderblock
und Führungskurve die Motorleistung weitgehend regeln kann.
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Die Auswirkung der Exzentrizität hinsichtlich der Kolbensteuerung
ist aus Fig. 3 und 4 zu ersehen, die zwei verschiedene Stellungen des Zylinderblocks
40 wiedergeben, der bei diesem Beispiel in Richtung des eingezeichneten Pfeiles
rotiert, während die Kreisbahn 35 ruht.
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Um ein -möglichst verlustloses Arbeiten der Pleuelstangen auf den
Führungsbahnen zu gewährleisten, schaltet man vorteilhaft zwischen diese beiden
Elemente besondere Rollglieder, indem man beispielsweise an den Enden der Pleuelstangen
Laufrollen anbringt, wie dies die Fig. x bis 4 zeigen. Man kann dann die Laufrollen
z. B. durch. auf einer Hilfsbahn geführte Halterollen gegen radiales Abheben sichern.
Ebenso kann man, wie Fig. 3 und 4 bei 45,46 zeigen, die Pleuelstangen an den Zylinderblock
40 anlenken und ihnen dadurch eine sichere Führung gegen unerwünschtes seitliches
Gleiten auf der Führungsbahn geben, so .daß eine geordnete, gleichmäßige Leistungsübertragung
gewährleistet ist.
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Fig.5 veranschaulicht ein Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei dem
der gemeinsame Zylinder 48 der gegenläufig arbeitenden Kolben 50, 51 U-förmig ausgebildet
ist. Die Zylinder 50, 51 arbeiten demgemäß parallel nebeneinander auf die kreisförmige
Führungsbahn 54 die zur Erzeugung des Hubes und zur Erzielung der Phasenverschiebung
wiederum gegen den Zylinderblock 55* exzentrisch versetzt -ist.
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Die Pleuelstangen 58, 59 greifen bei diesem Ausführungsbeispiel
der Erfindung an einem der Führungsbahn 54 sich anschmiegenden Gleit- und Rollglied
6o an, das z. B. als Ring ausgebildet, auf der Bahn -mittels Kugel- oder Rollenlagerkäfig
62 o. dgl: gelagert ist. . An dem der Bahn 54 sich anschmiegenden Rollglied 6o sind
die Pleuelstangen 58, 59 gelenkig befestigt; sie können zugleich auch ähnlich
.der Anordnung nach Fig. 3, 4 an den Zylinderblock 55 mittels eines Lenkers 63 angelenkt
sein.
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Auch bei der Anordnung nach Fig. 5 richtet sich die Phasenverschiebung
der -gegenläufigen
Kolben, abgesehen von der Entfernung der Pleuelstangenenden
auf der Führungskurve nach dem Maß der Exzentrizität zwischen Zylinderblock und
Führungsbahn. Zur Feinregulierung des Kompressionsverhältnisses kann hierbei eine
der Pleuelstangen, z. B. 59, noch eine Verstellvorrichtung 65 aufweisen, mittels
deren sich die Länge des Pleuels 59 und damit die Arbeitslage der Kolben 50, 51
zueinander verändern läßt. Aus dieser Maßnahme ergibt sich im Zusammenhang mit der
übrigen erfindungsgemäßen Anordnung, gerade für Doppelzylinderkonstruktionen, ein
außerordentlich günstiges Steuerdiagramm. Die Ein- und Auslaßschlitze der Zylinder
können sehr schmal gehalten werden. Die U-Form der Zylinder läßt eine vergrößerte
Ladung zu; zugleich wird auch das Maß der Spülwirkung erheblich gesteigert.
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Auch hier kann die Führungskurve für eine Mehrzahl der Arbeitsspiele
für den Umlauf ausgeführt werden, indem sie als zentrische Anordnung mit beliebiger
Wellenzahl, z. B. Vierwellenkurve nach Fig. i oder auch Zweiwellenkurve nach Fig.
2 oder beliebig anders, ausgeführt wird.
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Die erfindungsgemäße Anordnung läßt sich vorteilhaft auch dann anwenden,
wenn eine Zylindergruppe, die aus mehreren rotationssymmetrisch tangential um einen
zur Drehachse konzentrischen Kreis angeordneten Zylindern. besteht, auf eine gemeinsame
Führungsbahn arbeitet. Diese kann nach Art der Fig. i und 2 zentrisch zur Achse
der Zylindergruppe sein, wobei die Wellenzahl der Führungsbahn, die die Zahl der
Kolbenspiele pro Umlauf bestimmt, beliebig gewählt sein kann. Vorzugsweise wird
die Zahl der Zylinder nicht gleich einem geraden Vielfachen der Wellenzahl oder
umgekehrt gewählt, so daß sich ein geringer Ungleichförmigkeitsgrad ergibt. Zur
Erzielung gleichmäßiger Beanspruchung der einzelnen Maschinenteile wird die Anordnung
vorzugsweise so getroffen, daß der Zylinderblock ruht, während die vorteilhaft als
Schwungscheibe ausgeführte Führungsbahn umläuft.
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Fig.6 veranschaulicht ein Ausführungsbeispiel der Erfindung nach Art
der Fig. 3 und q., bei dem eine Gruppe von drei U-förmig ausgebildeten Zylindern
68, 69 7o auf eine gemeinsame Führungsbahn 72 arbeitet, und zwar derart,
daß die Pleuelstangen jeweils eines Kolbenpaares an einem gemeinsamen Rollglied
73 aasgelenkt sind, das seinerseits mittels einer Strebe 75 am Zylinderblock aasgelenkt
ist.
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Es ergibt sich bei dieser Anordnung ein außerordentlich gleichmäßiges
Drehmoment, da nicht nur die Phasen je zweier zusammengehöriger Kolben gegeneinander
versetzt sind, sondern überdies jedes Kolbenpaar sich infolge der exzentrischen
- Anordnung von Zylinderblock und Führungsbahn gegenüber den anderen Kolbenpaaren
in einer anderen Arbeitsphase befindet und so eine ausgeglichene Leistungsübertragung
auf die Motorwelle stattfindet.
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Schließlich kann die erfindungsgemäße Anordnung auch bei zusammengesetzten
Maschinenaggregaten Anwendung finden, bei denen beispielsweise zwei oder mehr Zylindergruppen
mit ihren Führungsbahnen axial nebeneinander als Doppel- oder Mehrfachaggregat angeordnet
sind. Auch hier kann die Gleichmäßigkeit des auf die gemeinsame Motorwelle wirksamen
Drehmoments in erheblichem Maße gesteigert werden, indem die Zylindergruppen oder
die Bahnen oder beide der Einheiten eines solchen Aggregates gegeneinander versetzt
sind.