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Zweitaktbrennkraftmaschine Die Erfindung betrifft eine Zweitaktbrennkraftmaschine,
bei der, die frische Ladung unter Druck, und zwar erst nach Abschluß des Auslasses,
in den noch Abgase enthaltenden Arbeitszylinder eingeführt wird.
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Bei den bekannten Maschinen dieser Art werden zur Steuerung der Ein-
und Auslaßöffnungen des Zylinders Schieber verwendet, die entweder als um den Zylinder
gelegte Ringschieber oder als seitlich angeordnete und in diesem Falle gleichzeitig
eine Ladepumpe steuernde Kammerschieber ausgebildet sind. Ihre Betätigung erfolgt
mittels einer auf der Kurbelwelle sitzenden Nocke bzw. eines Exzenters und dem hierzu
erforderlichen Übertragungsgestänge.
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Diese umständlichen Steuervorrichtungen, mit denen noch dazu jeder
einzelne Zylinder auszurüsten ist, haben erklärlicherweise eine erhebliche Verteuerung
des Motors zur Folge, zumal die Schieber auch eine kompliziertere Form der Arbeitszylinder
bedingen. Außerdem unterliegen solche Steuerungen infolge der ihnen aufgezwungenen
schnellen Arbeitsweise und der mehr oder weniger stoßweisen Beanspruchung einer
raschen Abnutzung. Ihr verhältnismäßig verwickelter Aufbau gibt auch nicht selten
zu Störungen Anlaß. Ferner setzen sie den Wirkungsgrad der Maschine herab, da zu
ihrer Betätigung eine jedenfalls nennenswerte Leistung erforderlich ist. Die eingangs
.erwähnte, mit Ringschieber aus-P a
rüstete Bauart, die ohne Vorkompression
arbeitet, weist überdies den Nachteil auf, daß die Füllung lediglich durch den nach
Abschluß des Auslasses entstehenden Unterdruck erfolgt, der jedenfalls zur Erzielung
einer guten Füllung nicht hinreichend groß ist.
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Um diese Mängel zu beheben, wird nun gemäß der Erfindung eine mit
Vorkompression
arbeitende Maschine vorgeschlagen, deren wesentliches
Kennzeichen darin besteht, daß zwei versetzt arbeitende Arbeitszylinder durch einen
Kanal miteinander verbunden sind, durch .den abwechselnd die Abgase des einen oder
anderen Zylinders entweichen, wobei zur zusätzlichen Steuerung dieses Auslaßkanals
abwechselnd der eine oder andere der beiden Arbeitskolben dient, von denen jeder
einen Abschnitt der Abgasleitung z. B. in Form einer einfachen Wanddurchbrechung
oder auch eines durchgeführten Rohrstücks enthält, der zu gegebener Zeit den Kanal
mit dem Auspuff verbindet und so das Entweichen der Abgase gestattet.
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Bei dieser Bauart übernehmen also die Arbeitskolben selbst die Steuerung,
so daß der bei den bekannten Maschinen notwendige, äußerst kostspielige Steuermechanismus
völlig entbehrlich ist. Damit entfallen auch die dort gegebenen Störungsmöglichkeiten
sowie die durch die Betätigung der Steuerung bedingten Leistungsverluste.
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Außerdem bietet die erfindungsgemäße Ausführungsform die Möglichkeit,
die zur Erzielung einer besseren Füllung zweckmäßige Vorkompression anzuwenden,
wobei man nicht auf die Verwendung eines besonderen Kompressors oder einer besonderen
Ladepumpe beschränkt ist, sondern auch den kurbelseitigen Raum des Arbeitszylinders
als ausschließlichen Vorkompressionsraum ausnutzen kann.
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Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung veranschaulicht,
und zwar zeigen: Fig. i -einen Querschnitt durch eine Maschine, bei der der kurbelseitige
Raum des Arbeitszylinders als Vorkompressionsraum dient, Fig. z did gleiche Maschine
im Seitenriß, teilweise im Schnitt, Fig.3 einen Querschnitt ,derselben Maschine,
jedoch in anderer Arbeitsstellung, Fig.4 den der Fig.3 entsprechenden Seitenriß,
Fig.5 das Kurbelkreisdiagramm der gleichen Maschine und Fig.6 einen Querschnitt
durch eine Maschine mit besonderer Ladepumpe oder Kompressor.
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Die Maschine nach Fig. i bis q. besteht aus den beiden Arbeitszylindern
a' und ä', die blockartig zusammengefaßt sind, aber auch als Einzelzylinder ausgebildet
sein können. Die Arbeitskolben sind mit b' bzw. b" bezeichnet. Über
den Kolben befinden sich die Arbeitsräume c' bzw. c' der Zylinder, die durch den
Kanal d miteinander verbunden sind. Dieser Kanal ist jedoch nur in der Auspuffstellung
des einen oder anderen Kolbens geöffnet, sonst wird er dagegen durch einen der Kolben,
zeitweise auch durch beide geschlossen gehalten. Unterhalb der unteren Totpunktsgrenze
jedes Zylinders, und zwar in deren unmittelbaren Nähe, liegen die Einlaßöffnungen
e' bzw. e" für das Frischgas. Mit ihnen arbeiten die am kurbelseitigen Ende jedes
Kolbens vorgesehenen Schlitze f' bzw. f" zusammen, .die, sobald der Kolben die obere
Totpunktslage annähernd erreicht hat, mit den Einlaßöffnungen e' bzw. e" zur Überdeckung
gelangen und dadurch den Eintritt des Frischgases in den kurbelseitig befindlichen
Vorkompressionsraum g' bzw. g" des Zylinders ermöglichen.
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Von den Kompressionsräumen g', g',', die gegeneinander abgeschlossen
sind, führt auf der Außenseite jedes Zylinders je ein Flachrohr i bzw. i' zu der
etwas unterhalb des Kanals d - gelegenen Anzapfstel.le k' bzw.
k"
des zugehörigen Zylinders. Über diese Rohrleitung strömen die im Raum g'
bzw. g" vorkomprimierten Frischgase in den Arbeitsraum c'bzw. c", sobald die Oberkante
des zugehörigen Kolbens beim Einwärtsgang die Anzapfstelle k' bzw. k" unterschreitet.
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Der Auspuffweg der Abgase führt durch den Verbindungskanal d sowie
durch den jeweiligen Gegenkolben und Gegenzylinder zur Auspuffleitung. Zu diesem
Zwecke ist das einerseits an die Kolbenwanddurchbrechung l' bzw. l", andererseits
an die Kolbenwanddurchbrechung yri bzw. zyi' angeschlossene Leitungsrohr yi bzw.
z"' vorgesehen und in der Zylinderwandung die Öffnung o' bzw. o" eingebracht, an
die sich das zugehörige Auspuffrohr p' bzw. p" anschließt. Die Kolbenwanddurchbrechungen
und das sie 'verbindende Rohrleitungsstück n bzw. ?i' bilden also einen Abschnitt
der Abgasleitung. Dieser Weg ist aber nur zu 'einem bestimmten Zeitpunkt, nämlich
wenn einer der beiden Kolben gerade die Auslaßstellung durchschreitet, geöffnet,
sonst dagegen unterbrochen.
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Für die Kurbeln q' bzw. q", deren zugehörige Pleuelstangen mit
r' bzw. r" bezeichnet sind, ist eine der gewünschten Arbeitsweise
entsprechende Versetzung gewählt.
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Fig. 5 zeigt .das Kurbelkreisdiagramm der beschriebenen Maschine,
auf dessen Ordinate die Axialbewegungen in Hubhöhen und auf dessen Abszisse die
Winkelgrade aufgetragen sind. Es enthält die Kurven der Kolbenoberkanten b' und
b" sowie der Kolbenwanddurchbrechungen l' bzw. L". Außerdem sind der
Verbindungskanal d sowie die sich hier überdeckenden Überströmöffnungen k' und k"
eingetragen, "die sich als parallel zur Abszisse liegende gerade Streifen darstellen.
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Die Arbeitsabschnitte, bei .denen der Einlaß der Frischgase in die
Arbeitsräume c
bzw. c" der Zylinder bzw. der Auspuff der Abgase
erfolgt, sind mit den Ziffern I bis IV bezeichnet und durch Schraffur kenntlich
gemacht.
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Nachstehend wird die Arbeitsweise der Maschine gemäß der Erfindung
erläutert: Befindet sich der Kolben b' in seiner oberen Totpunktsstellung, in der
die Arbeitsleistung der verbrennenden Gase beginnt, so überdeckt sich der Schlitz
f' des Kolbens gerade mit der Einlaßöffnung e' des Zylinders a'. Der Einlaß ist
also in diesem Augenblick freigegeben, so daß nun der kurbelseitige Kompressionsraum
g' mit Frischgas gefüllt wird. Kurz darauf wird durch den jetzt einwärts gehenden
Kolben b' die Überdeckung aufgehoben und dadurch der Einlaß wieder geschlossen.
Während des weiteren Einwärtsgangs des Kolbens b' erfolgt dann die Vorkompression
der Frischgase im Raum g'. Noch bevor diese beendigt ist, erreicht die Oberkante
des Kolbens b' die Höhe des Verbindungskanals d
(vgl. auch Fig. 5 Abschnitt
I). Gleichzeitig hat der Gegenkolben b" eine Lage erreicht, in der sich die Kolbenwanddurchbrechung
l" mit dem Kanal d und die Kolbenwanddurchbrechung m' mit der Zylinderwandöffnung
o" überdeckt, so .daß nun die Abgase des Zylinders ä über den Kanal d, die
Rohrleitung."/? und das Auspuffrohr p" entweichen kqnnen. Dieser Zustand bleibt
jedoch nur kurze Zeit aufrechterhalten: denn der Kolben b", der eine gegenläufige
Bewegung vollführt, unterbricht den Auslaß bald wieder. Der inzwischen immer noch
nach einwärts gehende Kolben b' beginnt nach diesem Auslaßabschluß die Anzapfstelle
k' des Zylinders a zu unterschreiten und setzt dadurch den Raum g', in dem sich
das nun vollständig v orkomprimierte Frischgas befindet, mit dem Arbeitsraum c'
in Verbindung, der sich jetzt mit Frischgas füllt (vgl. Fig. 5 Abschnitt II). In
dem sich hier anschließenden Auswärtsgang des Kolbens b' wird dann das Frischgas
in üblicher Weise weiter verdichtet, um schließlich in der Nähe des oberen Totpunktes
des Kolbens entzündet zu werden, worauf sich der beschriebene Vorgang im Zylinder
a' wiederholt.
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In analoger Weise spielen sich die einzelnen Arbeitsphasen im Zylinder
ä' ab. Sie sind nur entsprechend der Kurbelversetzung zeitlich verschoben. Der Auspuff
dieses Zylinders erfolgt gemäß Fig. 5 im Abschnitt III. Zu diesem Zeitpunkt unterschreitet
die Kolbenoberkante b" den Kanal d, während sich die Wanddurchbrechung L' des Gegenkolbens
b' gleichzeitig auf seiner Höhe befindet. Die Abgase können also über den Kanal
d, die Rohrleitung 7z' des Gegenkolbens und die Auspuffleitung p' entweichen. Der
Einlaß des Frischgases in den Zylinder ä' findet in Abschnitt IV des Diagramms statt,
wo durch Unterschreitung der Anzapfstelle h" .durch die Kolbenoberkante b" eine
Verbindung zwischen dem Arbeitsraum c" und dem Überströmrohr i' und damit dem Vorkompressionsraum
g" hergestellt wird.
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Beide Kolben bilden also ein wechselweise arbeitendes, sich gegenseitig
ergänzendes Steuersystem.
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Die Maschine erfüllt beispielsweise bei folgenden in Hubhöhen (HH)
ausgedrückten Abmessungen die gestellten Arbeitsbedingungen: Abstand"von der oberen
Totpunktsgrenze: der Einlaßöffnungeri e' und e" 1,045 HH, der Einlaßöffnungen
h' und h" o,98 HH, der Ausströmöffnungen der Vorkompressionsräume
mindestens 2,22 HH, des Verbindungskanals d o,868 HH, der Zylinderdurchbrechungen
o' und o" i,i4 HH; ferner Abstand von Kolbenoberkante: der Öffnung in
0,39 HH, der Öffnung m' 2,o67 HH, der Öffnung l' o, i18 HH, der Öffnung
l" 0,795 HH sowie .des oberen Randes der Schlitze f' und f" i,oo5 HH; Höhe
des Kolbens i,i9 HH; Höhe der Öffnungen e', e" o,o8 HH, der Öffnungen k',
h" 0,04 HH, der Öffnungen d, o', o" und cri' 0,095 HH, der Öffnungen
L' und alt o,195 HH und der Öffnung L" o,o9 HH. Die Breite der Öffnungen
kann beliebig sein.
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Die Länge der Pleuelstange beträgt 1,75 HH, die Kurbelversetzung I12,5°.
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Will man den kurbelseitigen Raum des Zylinders nicht zur Vorkompression
verwenden, sondern hierzu einen besonderen Kompressor oder eine Ladepumpe benutzen,
so erübrigen sich die Schlitze f' und f", die Rohrleitungen i' und
i', die Durchführungsleitungen zz und yä' sowie die Öffnungen k', k", ist
und i-ri'. Die Kolben behalten dann nur noch die Öffnungen l' bzw.
L"; außerdem bleibt der Verbindungskanal d bestehen. Die Einlaßöffnungen
e' und e", deren Höhe in diesem Falle der Höhe der Öffnungen k' bzw. k" des vorigen
Beispiels entspricht, sind dagegen so hoch zu legen, daß ihre Unterkante mit der
unteren Totpunktsgr,enze abschneidet, und schließlich sind in diesem Falle auch
die kurbelseitigen Zylinderräume nicht gegeneinander abzuschließen, sondern dauernd
verbunden zu halten, so daß sie an eine gemeinsame Auspuffleitung angeschlossen
werden können.
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Ein Ausführungsbeispiel zeigt Fig.6 im Schnitt. Die Bezugszeichen
entsprechen sinngemäß denen der Fig. i bis q.. Bei dieser Bauart strömt das von
der Ladepumpe (nicht dargestellt) kommende Frischgas durch die Öffnung e' bzw. e"
unmittelbar in den Arbeitsraum c' bzw. c" des Zylinders a' bzw. ä', wird
dann hier verdichtet und zur Entzündung
gebracht, worauf beim Einwärtsgang
des Kolbens, und zwar sobald seine Oberkante den Verbindungskanal d unterschreitet,
die Abgase übel: den Kanal d und .die Kolbendurchbrechung l' bzw.
l" des jeweiligen Gegenkolbens in den kurbelseitigen Raum gelangen und von
hier über die gemeinsame Auspuffleitung s entweichen.