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Zweitaktbrennkraftmaschine Die Erfindung bezieht sich auf Zweitaktbrennkraftmaschinen
mit Steuerrohr und ini Gleichstrom durchströmten ringförmigem Arbeitsraum. Die Erfindung
besteht im wesentlichen darin, daß der hohle Arbeitskolben einerseits mit dem Steuerrohr
und andererseits unmittelbar oder mittelbar mit der Außenluft in Verbindung steht
und daß das Steuerrohr den Einlaß der Luft zum Arbeitsraum steuert und unabhängig
von der in den Arbeitsraum eintretenden Luft die Durchleitung eines vom Arbeitsraum
getrennten, dauernden oder zeitweilig unterbrochenen Luftstromes durch den Kolbenhohlraum
zuläßt. Dadurch wird erreicht, daß der Arbeitsraum des Zylinders mit frischer Verbrennungsluft
gefüllt und gut ausgespült wird, während gleichzeitig eine gute Kühlung sowohl des
Arbeitsraumes als auch des hohlen Arbeitskolbens samt Kolbenboden und Steuerrohr
mit frischer Luft erfolgt. Während der Auspuffperiode kann der Kühlluftstrom durch.
den Kolben unterbrochen werden, so daß während dieser Periode möglichst sämtliche
Luft in den Arbeitsraum des Zylinders eintritt.
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Es sind zwar Brennkraftmaschinen bekannt, bei welchen das Gemisch
aus dem Kurbelgehäuse durch den Kolbenhohlraum und durch das Steuerrohr in den Arbeitsraum
des Zylinders tritt, wobei Kolbenhohlraum, Steuerrohr und Arbeitsraum hintereinandergeschaltet
sind und den Durchgang für das Gemisch bilden. Das infolge der Kompression bereits
erwärmte Gemisch durchfließt hierbei den erhitzten Kolben, das erhitzte Steuerrohr
und den erhitzten Arbeitsraum, so daß eine nur ungenügende Kühlung aller Teile erreicht
wird. Da ferner ein Durchfluß des Gemisches nur während der Auspuffperiode erfolgen
kann, so erfolgt die Kühlung nur auf etwa einem Drittel der Umdrehungsdauer. Außerdem
ist die Kühlwirkung noch dadurch begrenzt, daß bei jeder Umdrehung im günstigsten
Fall nur ein Hubvolumen Gemisch zur Kühlung zur Verfügung steht.
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Nach der Erfindung wird demgegenüber das Steuerrohr und der unmittelbar
oder mittelbar mit der Außenluft in Verbindung stehende Kolbenhohlraum von einem
ausschließlich diese letzteren durchfließen-. den Luftstrom gekühlt, der vollkommen
unabhängig von der Luftströmung im Arbeitsraum ist, da das Steuerrohr einerseits
nur als Luftdurchgang zum Kolbenhohlraum dient, andererseits unabhängig hiervon
den Lufteintritt zum Arbeitsraum steuert. Der durch das Steuerrohr und durch den
Kolbenhohlraum gebildete Luftdurchgang ist also parallel zum Arbeitsraum geschaltet,
so daß zwei voneinander völlig unabhängige, getrennt nebeneinander fließende Luftströme
vorhanden sind. Hierdurch ist im Gegensatz zu der bekannten Anordnung die Möglichkeit
gegeben, beliebig große Luftmengen dauernd oder zeitweilig durch das Steuerrohr
und durch den Kolbenhohlraum strömen zu lassen.
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Auf der Zeichnung sind zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt,
und zwar zeigen:
Abb. i eine sechszylindrische, im Zweitakt arbeitende
Brennkraftmaschine mit je zwei einander gegenüberliegenden Zylindern `in-` Draufsicht,
zum Teil im Schnitt, Abb.2 eine Endansicht der Brennkraftmaschine, zum Teil im Schnitt,
Abb. 3 einen Längsschnitt durch ein Zylinderpaar, zum Teil in Ansicht, Abb.4 eine
etwas abgeänderte Ausführungsform des hohlen Arbeitskolbens und Zylinders im Längsschnitt,
Abb.5 einen Querschnitt durch den Zylinder samt Kolben nach der Linie V-V der Abb.
4, Abb. 6 bis 8 eine schematische Gesamtdarstellung der Brennkraftmaschine in Seitenansicht,
Draufsicht und Endansicht, Abb.9 die Kolbenringanordnung im Längsschnitt, Abb. io
bis 15 die aufeinanderfolgenden Arbeitstufen der Brennkraftmaschine von der Explosions-
bis zur Kompressionsperiode in schematischer Darstellung.
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In der in Abb. i bis 3 gezeichneten Ausführungsforrn ist die Brennkraftmaschine
mit drei einander gegenüberliegenden Zylinderpaaren 1, 2 versehen, deren Arbeitskolben
3, 4 (Abb. 3) mit je einer Kurbelschleife 5 verbunden sind, von denen jede auf eine
gegenüber der anderen um i2o° versetzte Kurbel 6 der Kurbelwelle 7 arbeitet. Der
Eintritt des Brennstoffgases in den Zylinder geschieht durch eine oder mehrere Öffnungen
8 der Zylinder«vand, die auf etwa ein Drittel des Verdichtungshubes des Kolbens
liegen. Die Zufuhr des Gases erfolgt durch den Kanal 9 eines Drehschiebers io, der
an jeder Maschinenseite über alle drei Zylinder i bzw. 2 -
reicht und durch
einen Zuführungsstutzen i i mit ringförmigem Kanal 12 gespeist wird (Abb.2). Der
Gaseintritt in den Zylinder wird durch den. Drehschieber io gesteuert, der mit Gasaustrittsöffnungen
13 und mit zwei Gaseintrittsöffnungen 14 versehen ist. Das Brenngas verteilt sich
nach beiden Seiten in den Kanal 9 und tritt in die Zylinder i bzw. z ein, sobald
die Gasaustrittsöffnungen 13 den Gaseintrittsöffnungen 8 in der Zylinderwand gegenüberliegen
und der Arbeitskolben 3 bzw. 4 die Gaseintrittsöffnung 8 der Zylinderwand freigegeben
hat. Der Drehschieber io wird von der Kurbelwelle 7 aus durch ein auf ihr sitzendes
Schraubenrad 15 gesteuert (Abb.2), das in ein Schraubenrad i5a eingreift, das auf
einer senkrecht 'zu der Kurbelwelle angeordneten Welle 16 befestigt und mit dieser
axial verschiebbar ist (Abb. i). Die Enden der Welle 16 sind durch Keil und Nut
in j e einem Kegelrad 17 axial verschiebbar und mit diesem verbunden. Das Kegelrad
17 steht finit einem zweiten Kegelrad 18 in Eingriff, das den Drehschieber io antreibt.
Das Übersetzungsverhältnis zwischen Drehschieber io und Kurbelwelle 7 ist i:i, und
es sind die Gasauslaßöffnungen 13 des Drehschiebers 12 ebenso wie die Kurbeln 6
um i2o° gegeneinander versetzt. Das Übersetzungsverhältnis kann beliebig sein, wobei
die Anzahl der Gasauslaßöffnungen für jeden Zylinder im umgekehrten Verhältnis zur
Übersetzung steht. Um den Drehschieber io- samt Gasaustrittsöffnungen 13 verstellen
und damit den Gaseinlaß verändern zu können, wird die Steuerantriebswelle 16 axial
verschoben, wodurch infolge der dadurch veranlaßten Drehung des auf'ihr festsitzenden
Schraubenrades 15a gegenüber dein auf der Kurbelwelle 7 sitzenden Schraubenrad 15
eine Verdrehung der Welle 16 und somit auch des Drehschiebers io eintritt. Die Verschiebung
der Steuerantriebswelle 16 kann z. B. durch einen an den Stiften i9 angreifenden,
nicht gezeichneten Hebel erfolgen. Die Stifte i9 sind an einer auf der Steuerantriebswelle
16 lose sitzenden Hülse 2o befestigt und in einem Schlitz 2i des die Steuerwelle
16 nebst Schraubenrad i5a umschließenden Gehäuses 2a verschiebbar. Es ist also kein
besonderes Aggregat zur Verstellung der Drehschieber vorhanden, sondern es wird
lediglich durch die axiale Verschiebung eines der vorhandenen Schraubenräder die
Verstellung der Drehschieber erreicht. Ferner wird mit denselben Mitteln die Drehrichtung
der Maschine umgekehrt durch Verdrehen des Drehschiebers aus seiner jeweiligen Stellung
um 18o°. Um bei etwaigem Undichtwerden des Drehschiebers io zu vermeiden, daß Gase
an der Dichtfläche des Schiebers ins Freie gelangen, ist der Schieber an seinen
Enden mit Flanschen 77, 78 versehen, von denen der eine, 77, fest und der andere,
78, gegen den Schieber io beweglich einstellbar ist: Der Gaseintritt durch die Zylinderwandöffnungen
8 in den Zylinder i bzw. 2 wird außer durch die Drehschieber io noch durch den Arbeitskolben
3 bzw. 4 gesteuert. Der Austritt der verbrannten Gase :aus den Zylindern erfolgt
durch Schlitze.23 mit anschließenden Kanälen 24, die über den Umfang des Zylinders
verteilt sind ünd von denen die eine Hälfte in ein unteres und die andere Hälfte
in ein oberes Gasauspuffrohr 2.5 mündet (Abb. 2 und 3)., die sich beide in ein gemeinsames
Auspuffrohr vereinigen können.
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Die Verbrennungs- und Spül- bzw. Kühlluft 'wird zweckmäßig unter geringem
Überdruck durch am Ende' jedes Zylinders an diesen angeschlossene Rohre 26 in die
Zylinder eingeführt. Die Luftzuführungsrohre sind, wie Abb. 6 bis 8 zeigen,
durch Satnmelrohre
27, 28 mit einem Ventilator 29, vorzugsweise
mit einem einstufigen, auf der Maschinenwelle 7 sitzenden Hochdruckventilator, verbunden,
der die Luft, die durch eine Drosselklappe o. dgl. regelbar sein kann, den einzelnen
Zylindern zuführt.
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An den Zylinderenden befinden sich Rohransätze 30, in welchen die
am hohlen Arbeitskolben vorgesehenen Steuerrohre 31 gleiten. Zwei in einer Achse
einander gegenüberliegenden Arbeitskolben 3, 4 mit ihren Steuerrohren 31 sind durch
eine Kurbelschleife 5, deren Lauffläche 32 aus Stahlblech o. dgl. besteht, zu einem
zweckmäßig aus Leichtmetall bestehenden Körper vereinigt. Zur Führung der Kurbelschleife
5 gegen Drehung sind an der Innenseite des Kurbelgehäuses 36 noch Längsrippen 48
(Abb. 3) angebracht.
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Die in dem Zylinderansatz 3o gleitenden Steuerrohre 31 steuern den
Eintritt der Verbrennungs- und Spül- bzw. Kühlluft in die Zylinder. Gleichzeitig
dient die durch den Ventilator z9 zugeführte Luft zur Innenkühlung der hohlen Arbeitskolben
3, 4 und der in den Zylinderansätzen 3o auf einem Teil ihres Weges geführten, am
Ende offenen Steuerrohre 31 (Abb. 3). Die bei 26 eintretende Luft durchströmt den
Innenhohlraum der Steuerrohre 31 und Kolben 3, 4 und gelangt in die in der Kurbelschleife
5 befindlichen Kanäle 33, 34. Die Kanäle 34 sind über je ein im Kurbelgehäuse 36
befestigtes Rohr 35 teleskopartig verschiebbar, durch das die Kühlluft bei 37 ins
Freie gelangt. Der Luftabführungsweg ist dadurch von dem im Kurbelgehäuse 36 befindlichen
Ö1 vollständig getrennt. Während der Auspuffperiode (Abb.3 rechts) tritt die Luft
durch das Rohr 26 und durch den Zylinderansatz 30 in das Innere des Arbeitszylinders
i bzw. 2 ein, spült und kühlt diesen infolge des kräftigen Luftstromes vollständig
aus, so daß sämtliche rückständigen Gase usw. aus dem Zylinder ausgeblasen werden
und der Zylinder mit reiner Verbrennungsluft gefüllt wird. Hierbei kann die Luftabfuhr
aus dem .Kolbenhohlraum abgesperrt werden, so daß möglichst alle bei 26 zugeführte
Luft den Zylinder durchströmt.
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Bei der Ausführungsform nach den Abb. 4 und 5 der Zeichnung sind die
Steuerrohre 3= mit Rippen 44 versehen, die in der Endstellung der Verdichtungsperiode
in die L uftüberströmkanäle 45 mit Spielraum eingreifen. Es entsteht dadurch ein
ringförmiger Verbrennungsrauen 46. Die Überströmkanäle 45 sind derart im Zylinderboden
ausgespart, daß ihre Wandungen nach außen freiliegen und gekühlt werden können.
Der Explosions- und Verdichtungsdruck wirkt sowohl auf den Kolbenboden als auch
infolge des Spielraumes der Rippen 44 in den Kanälen 45 auf die Rippen 44. Durch
den Eintritt der Rippen in die Kanäle 45 erfolgt eine gute Durchwirbelung des Gemisches.
Die Zündung erfolgt in der üblichen Weise durch eine oder mehrere Zündkerzen 47
(Abb. 5).
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Die sonstige Bauart der Ausführungsform nach den Abb.4 und 5 der Zeichnung
ist ähnlich der nach Abb. i bis 3.
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Die Kolbenringe 49 der Steuerrohre 31 werden von deren Ende her aufgeschoben
und durch sie mit einen Ringansatz 50 übergreifende- Zwischenringe 51 am
Herausspringen gehindert (Abb.9). Sie sind zu diesem Zwecke an einem Ende entsprechend
abgesetzt. Nachdem sämtliche Kolbenringe aufgeschoben sind, werden sie durch eine
vom Ende her auf den Kolben aufschraubbare Muffe 52 in ihrer Lage gehalten. Die
Kolbenringe und die Muffe 52 sowie der Zylinderboden sind zur besseren Einführung
der Ringe in. den Rohransatz 30 mit einem Konus 53, 54 versehen. Ferner kann
die Einführungsstelle, wie aus Abb.-3 ersichtlich ist, mit einer besonderen Stahlbüchse
55 versehen sein, um der Abnutzung Rechnung zu tragen. Diese Kolbenringausführung
ist besonders für die Ausführung nach Abb. i bis 3 mit aus dem Zylinderansatz 3o
heraustretendem Steuerrohr 31 wichtig, bei der die üblichen Kolbenringe nicht verwendbar
sind. Zwecks einfacher Montage, z. B. zur Vermeidung der üblichen Spannvorrichtungen
zum Einführen der Kolbenringe, ist der Aufbau der Arbeitskolben 3, 4 derselbe wie
der .der Steuerrohre 31, nur sind hier die Kolbenringe ohne Konus auf ihrer ganzen
:Breite zylindrisch. Die Zwischenringe 51 können aus Gründen der Ausdehnung und
Abnutzung statt aus Leichtmetall aus Stahl o. dgl. bestehen.
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Die Abb. lo bis 15 stellen die verschiedenen Arbeitsphasen der Maschine
für einen Zylinder mit größter Gasfüllung dar. In Abb. io befindet sich der Kolben
3 in der Verdichtungseridstellung, in der das im Verbrennungsraum 76 verdichtete
Brennstoffluftgemisch entzündet wird, wodurch die Explosion stattfindet. Durch die-
Explosion des entzündeten Gemisches gelangt der Kolben 3 in die in Abb. i i gezeichnete
Stellung, in welcher der Auspuff der verbrannten Gase durch die Öffnungen 2.3 beginnt.
Bei den Stellungen -nach den Abb. io und ii erfolgt die innere Kolbenkühlung durch
die Luftströmung auf dem Wege z6, 31; 3 (4), 33, 34 35 und 37. Abb. 12 zeigt die
Auspuffstellung, .in der die -Gase im Zylinder i entspannt sind. Gleichzeitig beginnt
in dieser Stellung auch die innere Zylinderkühlung
und das- Ausspülen
des Zylinders, da jetzt das Steuerrohr 31 aus seinem Führungszylinder 3o heraustritt
und die Verbindung des L uftzuführungskanals 26 mit dem Innern des Zylinders i herstellt.
Der Austritt-_ der Kühlluft aus dem Innern des Kolbens 3 durch den Kanal
33 befindet sich kurz vor der völligen Absperrung, nachdem sich die obere
Öffnung des in den Rohrkanal 34 mündenden Kanals 33 fast vollständig vor das feststehende
Austrittsrohr 35 für die Ableitung der Kühlluft geschoben hat.
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In Abb. 13 ist der Auspuff 23 für die verbrannten Gase vollständig
geöffnet, die von der durch das Rohr 26 zugeführten Luft bei dieser größten Öffnung
der Auspufföffnungen 23 vollständig ausgetrieben werden. Der Zylinder 1 wird gleichzeitig
durch die Luft auf seiner ganzen Länge ausgekühlt. Der Austritt der Kühlluft aus
dem hohlen Kolben 3 durch den Kanal 35 ist in dieser Stellung vollständig abgesperrt,
so daß sämtliche Luft durch den Zylinderinnenraum durchströmen muß.
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Der Arbeitskolben 3 beginnt nun seine Rückbewegung und gelangt zunächst
in die in Abb. 14 gezeichnete Stellung, in der die Auspufföffnungen 23 durch den
Kolben abgeschlossen werden. Gleichzeitig erfolgt der Beginn des Brennstoffgaseintrittes
aus dem Steuerschieber io durch die Öffnung 8 in den Zylinder i und die Verdichtung
der in dem Zylinder befindlichen Luft. Ferner wird gleichzeitig durch die Rückkehr
des Kolbens 3 der Kühlluftaustritt durch den Kanal 33 geöffnet.
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In der nächsten Stellung des Arbeitskolbens 3 gemäß Abb. 18 ist die
Brennstoffgaseintrittsöffnung 8 vollständig geöffnet, und es beginnt nun bei der
weiteren Zurückbewegung des Kolbens 3 die plötzliche Absperrung der Gaseintrittsöffnung
8 durch den Kolben 3 und die Verdichtung der Ladung. Nach beendeter Verdichtung
ist wieder die Stellung nach Abb. io erreicht, in der die Zündung und Explosion
des Gasluftgemisches stattfindet. Die Arbeitsgänge wiederholen sich dann in der
gleichen beschriebenen Weise.
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Zur guten Mischung des bei 8 (Abb. 3) in den Zylinder eintretenden
Brennstoffgases mit der in diesem befindlichen, durch 26 zugeführten Luft kann dieAnordnung
auch so getroffen sein, daß das Gas in tangentialer Richtung in den Zylinder eintritt,
wodurch eine Durchwirbelung des Gases und der Luft und damit eine innige Mischung
stattfindet. Im allgemeinen genügt jedoch schon die Zufuhr des Brennstoffgases unter
Druck. An Stelle des Drehschiebers für den Gaseintritt kann auch ein sich hin und
her bewegender Kolbenschieber angeordnet - werden, der z. B. durch einen auf der
Maschinenwelle sitzenden Exzenter oder Nocken betätigt wird.
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Bei den beschriebenen Ausführungsbeispielen ist angenommen, daß den
Zylindern reiner Brennstoff in vergaster oder verdampfter Form zugeführt wird. Es
kann aber auch ein Brennstoffluftgemisch oder ein Gemisch von verschiedenen Gasen,
ferner Knallgas usw. oder flüssiger Brennstoff, vorzugsweise in zerstäubter Form,
zugeführt werden.
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Statt des einstufigen Ventilators kann auch ein mehrstufiger Turboventilator,
ein Kolben- oder Kapselgebläse, Pumpe o. dgl. verwendet oder Luft einem unter Druck
stehenden Kessel o. dgl. entnommen werden. Ferner kann der Luft zerstäubtes Wasser
oder Dampf zugeführt werden, das im Zylinder mitverbrennt.
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Die den inneren Hohlraum des Kolbens durchströmende Kühlluft kann,
statt ins Freie geleitet zu werden, auch in das Kurbelgehäuse eintreten. Ferner
kann der Luftstrom, anstatt während der Auspuffperiode unterbrochen zu werden, ein
dauernder sein.
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Die Elemente der Ausführungsformen nach Abb. r bis 3 und q. und 5,
wie beispielsweise Arbeitskolben, Zylinder und ihre Kühlung usw., können gegeneinander
ausgetauscht werden.