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Zweitaktbrennkraftmaschine mit Verdichter und einem außerhalb des
Arbeitszylinders befindlichen Verbrennungsraum Es sind bereits Brennkraftmaschinen
bekannt, bei denen die Verdichtung des brennbaren Gemisches, die Verbrennung des
verdichteten Gemisches und die Entspannung der verbrannten Gase in voneinander verschiedenen
Räumen stattfinden. Bei derartigen Maschinen hat man die .drei Räume, nämlich den
Verdichtungsraum, den Verbrennungsraum und den Arbeitszylinder, nebeneinander angeordnet,
so daß die Raumbeanspruchung groß und die Anordnung mehrerer Zylinder in Reihe schwierig
ist, zumal zum Antrieb des Verdichters eine besondere Hilfswelle vorgesehen ist.
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Es sind zwar auch Bremskraftmaschinen bekannt, bei denen außerhalb
des Arbeitszylinders in einer zu diesem gleichachsigen Kammer eine teilweise Verdichtung
erfolgt, aber in diesen Maschinen verläuft die Teilverdichtung nur während weniger
als 9o° Drehung der Kurbelwelle und ist daher verhältnismäßig gering.
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Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine, welche für jeden Arbeitszylinder
eine Verdichtungskammer und eine Brennkammer besitzt.
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Die Erfindung besteht im wesentlichen darin, daß der Verdichter ringförmige
Kolben besitzt, von denen einer die Brennkammer enthält, und daß die Verdichterkolben
gleichachsig zum Arbeitszylinder angeordnet und in einem Mantel verschiebbar sind,
ferner daß der Antrieb dieser Kolben durch unmittelbar von der Kurbelachse angetriebene
Pleuelstangen erfolgt.
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Die Erfindung ermöglicht es, die Maschine mit geringem Platzbedarf
zu bauen, nur eine einzige Kurbelwelle zu benutzen und die Steuerung besonders einfach
und zweckmäßig auszubilden.
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Auf beiliegenden Zeichnungen ist eine beispielsweise Ausführungsform
der Erfindung veranschaulicht; es zeigt: Fig. r einen in einer senkrecht zur Kurbelwelle
stehenden Ebene geführten Längsschnitt durch den Zylinder, Fig.2 einen längs der
Achse der Kurbelwelle geführten Schnitt durch den Zylinder, Fig. 3 einen Schnitt
nach Linie III-III der Fig. z, Fig. 4 einen Schnitt nach Linie IV-IV der Fig, r.
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Der Arbeitszylinder r ist mit einem mit diesem aus einem Stück bestehenden
Kopf 2 versehen. Ani oberen Ende des Zylinders sind nahe dem Kopf z ein. oder mehrere
Kanäle 3 vorgesehen, durch welche die Verbrennungsgase während des Arbeitshubes
in den Zylinder und die entspannten Gase während des Auspuffhubes treten.
Saug-
und Auspuffkanäle 4 bzw. 5 sind in einer Ummaritelürig i@ angeordnet, welche vom
Kurbelwellengehäuse ig getragen wird und ihrerseits das Gehäuse 18 trägt.
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Ein Kolben 6 ist mittels des Bolzer@ einer durch ihre Achse 7 dargestellten
Y
urb stange mit dem Kurbelzapfen 8 der Kurbei=' welle g verbunden.
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Nahe dem Einlaßkanal q. befindet sich ein Ringraum io, welcher während
des nachher zu beschreibenden Saughubes mit genanntem Einlaßkanal verbunden ist
und an seiner unteren Seite durch einen ringförmigen, von der Welle g durch Bolzen
1q., Pleuelstangen 13 und Kurbelzapfen i 2 angetriebenen Verdichterkolben i i begrenzt
wird. Der Kolben i i ist um einen Hilf sverdichterkolben 16 geführt, der gleichzeitig
als Verteiler wirkt. Der Raum io ist an seiner oberen Seite durch einen Kopf 15
des Verteilers 16 begrenzt, der auf dem Zylinder r geführt ist. Der Raum io ist
außen durch die Innenwand des Mantels 17 begrenzt, in welchem sowohl der Verteiler
16 als auch der Verdichterkolben i i geführt sind.
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Der Verteiler 16 ist mit einer oder mehreren Kammern 2o versehen,
die symmetrisch um die allgemeine Achse angeordnet sind. jede Kammer ist an ihrer
Außenfläche mit-einem Einlaßkanal2i für die vom ringförmigen Raum io während des
Verdichtungshubes kommende brennbare Mischung versehen und an ihrer Innenfläche
mit einem Kanal 22, der die Treibgase zum Arbeitszylindereinlaßkanal 3 während des
Arbeitshubes leitet.
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Um das brennbare Gemisch aus dem Raum i o' in die Kammer 2o des Verteilers
16 zu führen, sind eine oder mehrere äußere Kanäle 25 angeordnet, welche
in die Kanäle 23, 24. des Teiles 17 münden. Der Verteiler 16 wird durch einen Bolzen
28, eine Pleuelstange 27 und den Kurbelzapfen 26 der Kurbelwelle g angetrieben,
und zwar sind diese Antriebsteile sämtlich, wie dargestellt, doppelt angeordnet.
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Aussparungen 2g (Fig. 2 und 3) sind in den Wänden des Zylinders i
vorgesehen, um die Bewegungen der Pleuelstangen 27 zu gestatten.
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Zum Anlassen der Maschine sind eine oder mehrere Zündkerzen bei
30 im Zylinderkopf oder bei 31 im Teil 17 zwecks Einleitung der Verbrennung
angeordnet. In dem letzteren Falle wird die Zündkerze so angeordnet,.daß die äußeren
Verteilerkanäle 21 bis zu dem entsprechenden Kanal der Zündkerze 31 reichen, während
gleichzeitig die inneren Verteilerkanäle 22 bis zu den Kanälen 3 des Zylinders reichen.
Während des Verdichtungshubes kann die aus der Kammer io eintretende brennbare Mischung
gekühlt werden, wenn sie durch die Kanäle 25 tritt,. und zwar mittels der Kühlrippen
34., die an dem die Kanäle begrenzenden Teil 33 angeordnet sind. Diese Kühlrippen
können auch durch Wasser gekühlt werden, wie dies in Fig. q. bei 32 dar-..tellt
ist; auch können bei 32 andere Kühleppen angeordnet werden, wie dies bei 35 ;itnd
36 dargestellt ist. Die Rippen 35 können mit den Wänden des Teiles 17 aus einem
Stück hergestellt sein (Fig. 4.).
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Der Verteiler 16 kann aus zwei Teilen 16I und 16b bestehen, die zusammengepaßt
und durch Bolzen oder Schrauben 37 zusammengehalten werden. Die durch den Teil 16rz
geformte Hülse gleitet auf der äußeren Wandung des Zylinders i. Außer mit den Kanälen
22 ist diese Hülse mit einem oder mehreren Kanälen 38 versehen, welche zusammen
mit den Kanälen 39 des oberen Teiles 16U und mit den Auspuffkanälen 5 einen
oder mehrere Auslässe für die verbrannten Gase aus dein Zylinder bilden, wenn die
genannten Kanäle 38 mit den Zylinderkanälen 3 während des Auspuffhubes in Verbindung
stehen.
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Die Kurbelzapfen i2, welche den Verdichterkolben i i treiben, und
die Kurbelzapfen 26, welche den Verteiler 16 antreiben, sind so gegenüber den Kurbelzapfen
8 für den Arbeitskolben 6 eingestellt, daß die Kurbelzapfen 12 mit dem Kurbelzapfen
8 einen Ideinen Winkel a 'bilden, während die Kurbelzapfen 26 hinter dem Kurbelzapfen
8 um einen Winkel ß zurückbleiben. Die Sumine der Winkel a -j- ß nähern sich soviel
als möglich einem rechten Winkel (vgl. Fig. i. wenn die Umdrehung im Uhrzeigersinne
stattfindet).
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An allen erforderlichen Stellen sind Kolbenringe angeordnet, um eine
gasdichte Verbindung herzustellen. So sind beispielsweise in Fig. i Ringego auf
den Kolben 6 und Ringe 44, 45 auf den Verdichterkolben i i und bei 4, 42, 43 auf
den Zylinder i und bei 76, 4.7, 48 auf den Verteiler 16 angeordnet.
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Die Wirkungsweise der oben beschriebenen Zweitaktbrennkraftmaschine
ist folgende: Infolge des kleinen Wertes des Winkels bewegen sich die beiden Kolben
i i und 6 fast zusammen auf- und abwärts.
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In Fig. i ist angenommen, daß die allgemeine Achse der Maschine senkrecht
liegt und der Verteiler sich in der unteren Totpunktlage befindet. Der Verdichterkolben
i i und der Arbeitskolben 6 bewegen sich während des Verdichtungs- und des Auspuffhubes
aufwärts.
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Auf der Verdichterseitewird das brennbare Gemisch, welches in die
Kammer io während der vorhergehenden Drehung angesaugt wurde, allmählich in die
Kammer 2o durch die Kanäle 23, 25, 24 und 21 gedrückt, da die Entfernung zwischen
dem oberen Ende des
Kolbens i i und dem Teil 15 des Verteilers beständig
geringer wird.
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Aus den Arbeitszylindern treibt der Kolben 6 die verbrannten Gase
i durch Kanäle 3, 38, 39 und 5 hinaus.
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Der Verteiler 16 beginnt seinen Aufwärtsgang während die Kolben 6
und i i sich noch aufwärts bewegen.
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Die Geschwindigkeit des Kolbens i i nimmt im Verhältnis zur Geschwindigkeit
des Verteilers 6 ab und erreicht ihren kleinsten Wert, wenn das obere Ende des Kolbens
i i nahezu den unteren Teil 15 des Verteilers berührt, wodurch das Ende des
Verdichtungshubes bestimmt wird. In diesem Augenblick erreicht die untere Kante
des Kanals 21 gerade die obere Kante des Kanals 24, der Kolbenring 48 verhindert
jede weitere Verbindung zwischen der Kammer 2o und dem Verdichter, während der Kolbenring
,I-2 eine Verbindung der Kammer 2o mit dem Arbeitszylinder i verhindert.
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Im Arbeitszylinder i wird der Auspuffhub fortgesetzt. Gleichzeitig
setzt der Verteiler seine Aufwärtsbewegung fort, und die Entfernung des Kolbens
i i vom Verteiler 16 beginnt sich stetig von ä.em oben angegebenen geringsten Werte
an zu vergrößern. Wenn die untere Kante 15 (Fig. i) des Verteilerkolbens die untere
Kante des Kanals 4. erreicht, so beginnt der Ansaughub, wobei das Gas unmittelbar,
beispielsweise aus dem Vergaser, angesaugt wird, während bis jetzt noch keine Verbindung
zwischen der Kammer 2o und dem Kraftzylinder i vorhanden ist. Im Arbeitszylinder
nähert sich der Auspuffhub seinem Ende. Der Verteiler 16 setzt seinen Aufwärtsgang
fort, bis die untere Kante des Kanals 38 die oberen Kanten des Kanals 3 erreicht,
wodurch das Auspuffen beendet wird. Der Arbeitskolben 6, welcher sich noch aufwärts
bewegt, wird dann die noch im Zylinder i befindlichen Verbrennungsgase verdichten
und so, deren Temperatur erhöhen. Währenddessen haben die oberen Kanten des Kanals
22 in der Hülse 16a die unteren Kanten des Kanals 3 erreicht, wodurch eine Verbindung
zwischen den Kammern 20 und dem Inneren des Zylinders i bewirkt wird und die Kanäle
2i dem Zündkerzenkanal 3i gegenüber gebracht sind. Die verdichteten brennbaren Gase
in der Kammer 2o werden dann entweder durch eine Zündkerze 31 entzündet, wenn die
Maschine noch kalt ist, oder durch Berührung mit heißen, verdichteten, verbrannten
Gasen aus Zylinder i über Kanäle 3. Diese letztere Möglichkeit kann durch Einsetzung
von einer oder mehreren gut isolierten Metallspitzen in den Teil 3o des Zylinderkopfes
erleichtert werden, welche während der Arbeit rotwarm bleiben. Der Winkel a kann
so gewählt werden, daß er für jede Art .der Zündung geeignet ist. Der Kolben 6 erreicht
dann seinen oberen Totpunkt und beginnt unter Arbeitsleistung seine Abwärtsbewegung.
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Währenddessen wird das Ansaugen während der Aufwärtsbewegung des Verteilers
16 fortgesetzt. Der Verteiler kommt dann in seine obere Totpunktlage und beginnt
seine Abwärtsbewegung, während der Arbeitshub im Zylinder i noch nicht beendet ist.
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Die gegenseitige Bewegung zwischen dem Kolben i i und dem Verteiler
16 erreicht nunmehr einen Höchstwert. Wenn die untere Kante 15 (Fig. i) des Verteilerkolbens
die untere Kanten des Kanals q. erreicht, ist das Ansaugen beendet. Dieser Zeit2unkt
wird so gelegt, daß die Kammer io mit dem brennbaren Gemisch von Atmosphärendruck
bei voller Geschwindigkeit der Maschine gefüllt ist, wobei die relative Bewegung
etwa gleich derjenigen des -Verdichterkolbens allein gemacht ist.
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Während der gleichen Abwärtsbewegung des Verteilers 16 erreicht die
untere Kante des Kanals 38 die obere Kante des Kanals 3 und öffnet den Auspuff,
wodurch die Entspannung im Zylinder i zu der Zeit beendet wird, zu welcher der Kolben
6 seine untere Totpunktlage erreicht, während die obere Kante des Kanals 22 vorher
die untere Kante des Kanals 3 überlaufen hat, wodurch die Verbindung zwischen den
Kammern 2o und dem Arbeitszylinder i abgesperrt wird. Diese Kammern sind nun wieder
sowohl vom Verdichter als auch vom Arbeitszylinder getrennt, bis die unteren Kanten
des Verteilerkanals 21 die obere Kante des Kanals 24 des Teiles 1 7 erreichen. In
diesem Augenblick ist das Ansaugen gerade beendet, und es wird wiederum brennbares
Gemisch aus der Kammer io durch Kanäle 21, 24. und 25 in die Klammern 2o befördert.
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Während dieser Arbeitsbewegung des Verteilers 16 hat der Kolben 6
seine untere Totpunktlage erreicht und seinen Aufwärtsgang wieder begonnen, während
das Auspuffen noch weiter stattfindet.
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Der Verteiler erreicht dann seine untere Totpunktlage, während der
Verdichter und der Arbeitskolben unabhängig voneinander die Verdichtungs- und Auspuffarbeit
bewirken und der ganze Kreislauf von neuem beginnt.