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Die vorliegende Erfindung betrifft
einen Zweitakt-Motor.
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Zweitakt-Motoren haben gegenüber Viertakt-Motoren
viele Vorteile. Ein besonderer Vorteil besteht darin, dass der Zweitakt-Motor
wesentlich weniger bewegliche Teile hat als ein Viertakt-Motor. Ein
weiterer Vorteil besteht darin, dass wenn Kraftstoff verbrannt wird,
jedesmal der Kolben den oberen Totpunkt des Zylinders erreicht,
das heißt,
ein Arbeitstakt findet mit jeder Umdrehung des Kolbens über das
mit der Kolbenstange gekoppelte Pleuel statt.
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Ein entschiedener Nachteil beim Zweitakt-Motor
besteht darin, dass die Verbrennung der Kraftstoffmischung aufgrund
der Tatsache, dass die frische Kraftstoffmischung in der selben
Zeit in den Zylinder geliefert wird, in der die verbrannten Gase abgelüftet werden,
schlecht ist, was zu einer nicht verbrannten Kraftstoffmischung
führt,
die mit dem Verbrennungsgasen den Motor verlässt.
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Der am meisten verbreitete Typ von
Zweitakt-Motoren hat Durchgänge
zum Führen
einer Kraftstoffmischung in den Zylinderraum in der Zylinderwand,
in einem Abstand von der Zylinderbrennkammer, die sich von der Brennkammer
zu einem Abblasanschluss in der Zylinderwand leicht ausdehnt. Wenn
in der Brennkammer Kraftstoff verbrannt wird, bewegt sich der Kolben
nach unten und die obere Oberfläche
des Kolbens wird auf diese Weise zuerst den Abblasanschluss passieren,
wobei die Abblasgase durch diesen Anschluss nach außen strömen. Die
obere Oberfläche
des Kolbens wird dann die Durchgänge
passieren, durch die eine Kraftstoffmischung in den Zylinder hineinströmt. Diese
Hineinströmung
der Kraftstoffmischung findet jedoch statt, während der Abblasanschluss noch
geöffnet
ist. Somit wird, während
sich der Kolben nach oben bewegt, dieser zuerst die Durchgänge passieren,
die geschlossen sind und danach den Abblasanschluss passieren, um
diesen zu schließen.
Ein bestimmter Anteil der Kraftstoffmischung wird durch den Abblasanschluss
nach außen
gedrückt,
teilweise während die
Kraftstoffmischung in den Zylinder injiziert wird und teilweise
während
der Bewegung des Kolbens nach oben.
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Es ist bekannt, dieses Problem durch
eine Direkteinspritzung von Kraftstoff durch den Zylinderkopf des
Motors und durch Einspritzen von Luft in den Zylinder über ein
Ventil, welches in dem Zylinderkopf montiert ist, zu vermeiden,
nach dem der Abblasanschluss durch den Kolben geschlossen wird, wenn
er in dem Zylinder nach oben fährt.
Diese Lösung
macht es jedoch erforderlich, dass der Motor mit einer elektronischen
Einrichtung zum Regeln der Einspritzdüse und auch mit einem Verdichter
zum Liefern von Verbrennungsluft ausgestattet ist.
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Die vorliegende Erfindung löst das Problem zum
Erreichen eines hohen Verbrennungsgrades in Zweitakt-Verbrennungsmotoren
ohne das Vorsehen von zusätzlichen
beweglichen Teilen oder weiteren Regeleinrichtungen zur Lieferung
einer Kraftstoffmischung.
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Die vorliegende Erfindung betrifft
damit einen Zweitakt-Verbrennungsmotor mit einem Zylinder, einem
Kolben, einer Verbindungsstange, die zwischen einer Kurbelwelle
und dem Kolben verbindend angeordnet ist, mit einem Kurbelgehäuseeinlass
für eine von
einem Vergaser kommende Kraftstoffmischung, mit einem Durchgang
zwischen dem Kurbelgehäuse und
einem Einführ-
oder Einlassanschluss in der Zylinderwand, und mit einem Abblasanschluss
in der Zylinderwand, wobei der Abblasanschluss mit der Umgebung
in Verbindung steht, wobei die Maschine einen Zylinder aufweist,
der für
zwei sich entgegengesetzt bewegende Kolben zur Verfügung steht,
wobei ein Kurbelgehäuse
an beiden Enden des Zylinders angeordnet ist, wobei jedes Kurbelgehäuse eine Kubbelwelle
aufweist, welche mit dem entsprechenden Kolben über eine Pleuelstange verbunden
ist, wobei die Kurbelwellen miteinander mechanisch verbunden sind,
so dass beide Kolben sich simultan in ihre obere Totpunktstellung
und auch simultan in ihre untere Totpunktstellung bewegen, und wobei
ein Vergaser mit dem ersten Kurbelgehäuse verbunden ist, wobei der
Motor gekennzeichnet ist, durch die Kombination, bei der nur ein
zweites der Kurbelgehäuse mit
dem Einführanschluss über einen
Durchgang verbunden ist, wobei der Abblasanschluss zum Zusammenwirken
mit dem Kolben, der zu dem ersten der Kurbelgehäuse gehört, angeordnet ist, wobei sich
ein Rohr zwischen dem ersten Kurbelgehäuse und dem zweiten Kurbelgehäuse zum
Transport einer Kraftstoffmischung von dem ersten Kurbelgehäuse zu dem
zweiten Kurbelgehäuse
erstreckt, und wobei ein Rückschlagventil
zwischen dem ersten Kurbelgehäuse
und dem Einlassende des Rohrs vorgesehen ist.
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Die Erfindung wird nun in weiteren
Einzelheiten unter Bezugnahme auf beispielhafte Ausführungsformen
hiervon und auch unter Zuhilfenahme der beiliegenden Zeichnungen
beschrieben.
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1 zeigt
eine Längsschnittansicht
eines gemäß der Erfindung
konstruierten Motors.
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2 zeigt
eine mehr schematische Längsschnittansicht
gemäß 1, jedoch um 90 ° gedreht.
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3a bis 3e zeigen einen Arbeitszyklus,
in dem sich die Kurbelwellen des Motors in entgegengesetzte Richtungen
drehen.
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4a bis 4e zeigen einen Arbeitszyklus,
in dem sich die Kurbelwellen des Motors in der gleichen Richtung
drehen.
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5 zeigt
eine schematische Schnittansicht entsprechend dem Schnitt gemäß 1, mit einer alternativen
Verbindung zwischen den Kurbelwellen.
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6 zeigt
eine schematische Schnittansicht entsprechend dem Schnitt gemäß 1, mit einer weiteren alternativen
Verbindung zwischen den Kurbelwellen.
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Die 1 und 2 zeigen einen Zweitakt-Verbrennungsmotor
mit einem Zylinder 1, einem Kolben 2 und einem Pleuel 3,
welches zwischen einer Kurbelwelle 4 und dem Kolben 2 angeordnet
ist. Der Motor zeigt auch einen Einlass 5 zu einem Kurbelgehäuse 6 für eine von
einem konventionellen Vergaser 32 kommende Treibstoffmischung,
wobei der Einlass eine Blattfeder 35 oder ein entsprechendes
Ventil aufweist. Luft wird über
einen Einlass 36 geliefert.
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Der Zylinder 1 steht für zwei Kolben 2, 12 zur Verfügung, die
sich aufeinander zu und von einander weg bewegen. Zusätzlich zu
dem Kurbelgehäuse 6 hat
der Motor ein weiteres Kurbelgehäuse 10 am
anderen Ende des Zylinders. Beide Kurbelgehäuse 6, 10 nehmen
eine entsprechende Kurbelwelle 4, 11 auf, welche
mit einem entsprechenden Kolben 2, 12 über entsprechende
Pleuel 3, 13 verbunden sind. Die Kurbelwellen 4, 11 sind
mechanisch miteinander verbunden, so dass sich beide Kolben 2, 12 simultan
in ihre oberen Totpunktstellungen bewegen und sich auch simultan
in ihre unteren Totpunktstellungen bewegen. In dem Ausführungsbeispiel
nach 1 sind die Kurbelwellen
mittels eines Zahnriemens 14 mit dazu gehörigen Riemenscheiben 15, 16 auf
jeder Kurbelwelle miteinander verbunden. Alternativ kann die Erfindung
aus einer Kette und einem Zahnrad auf jeder Kurbelwelle bestehen.
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In Folge dieser Anordnung definieren
die entsprechenden oberen Seiten der Kolben zusammen mit der Zylinderwand
einen Brennraum 17, wenn sich die Kolben in ihren oberen
Totpunktstellungen befinden, wie schematisch in 4a gezeigt ist.
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Ein Durchgang 7 ist zwischen
dem Kurbelgehäuse 10 und
einem Einlassanschluss 8 in der Wand des Zylinders 1 angeordnet.
Ein Abblasanschluss 9 ist in der Zylinderwand vorgesehen,
wobei der Abblasanschluss mit der Umgebung kommuniziert.
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Der Zylinder weist ein Loch 18 für eine Zündkerze
auf, welche an dem Ort der Brennkammer angeordnet ist, die durch
die oberen Flächen
der beiden Kolben und der Zylinderwand definiert wird, wenn sich
die beiden Kolben in ihren entsprechenden oberen Totpunktstellungen
befinden. Das Loch ist geeignet, eine konventionelle Zündkerze
(nicht gezeigt) aufzunehmen. Der Motor kann zwei gegenseitig gegenüberliegende
Löcher
für Zündkerzen
aufweisen, um eine noch besser gesteuerte Zündung des Treibstoffs in der
durch die Kolben definierten Brennkammer zu erreichen.
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1 zeigt
ein an der ersten Kurbelwelle 4 befestigtes Schwungrad 37.
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Die Erfindung besteht in der Kombination,
in der nur ein zweites Kurbelwellengehäuse 10 mit dem Einlass 8 über einen
Durchgang 7 verbunden ist, und bei der der Abblasanschluss 9 zum
Zusammenwirken mit dem Kolben angeordnet ist, der zu dem ersten
Kurbelgehäuse 6 gehört, und
bei dem sich ein Rohr 33 zum Transport einer Treibstoffmischung
von dem ersten Kurbelgehäuse
zu dem zweiten Kurbelgehäuse
zwischen dem ersten Kurbelgehäuse 6 und dem
zweiten Kurbelgehäuse 10 erstreckt,
und bei dem ein Rückschlagventil 34 zwischen
dem ersten Kurbelgehäuse 6 und
dem Einlassende des Rohrs 33 vorgesehen ist.
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Die 4a bis 4e zeigen einen Arbeitszyklus des
Ausführungsbeispiels,
in dem die Kurbelwellen sich in der gleichen Richtung drehen. 4a zeigt die obere Totpunktstellung,
in der der Kraftstoff gezündet
wird. Bei Zündung
des Kraftstoffs werden die Kolben von einander weg bewegt, siehe 4b, bis sie ihre entsprechenden
unteren Totpunktstellungen erreichen, gezeigt in 4c. Wenn sich der erste Kolben 2 bewegt,
drückt
er eine Treibstoffmischung in das Rohr 33 durch das Rückschlagventil 34.
Die Treibstoffmischung in dem Rohr 33 wird damit in das Kurbelgehäuse 10 gedrückt.
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Beide, der Einlassanschluss 8 und
der Abblasanschluss 9, sind in der unteren Totpunktstellung freigelegt.
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Eine frische Treibstoffmischung fließt dann
in der selben Zeit in bekannter Weise von dem Kurbelgehäuse 10 durch
den Durchgang 7 und in den Zylinder durch den Einlassanschluss 8 in
der die Abblasgase von der einströmenden Treibstoffmischung veranlasst
werden, aus dem Abblasanschluss 9 hinauszufließen.
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Die Kolben bewegen sich dann siehe 4d, unter dem Einfluss eines
Schwungrads 20, 21; 37 an einer oder
an beiden Kurbelwellen aufeinander zu, bis die obere Totpunktstellung
wieder erreicht wird, siehe 4e,
wonach der Zyklus wiederholt wird. Aus Gründen der Klarheit wurden in
den 4b bis 4e keine Bezugszeichen oder
Markierungen eingefügt.
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Es wurde herausgefunden, dass diese
Motorkonstruktion extrem niedrige Emissionen von CO und HC erzeugt.
Der Grund, warum diese niedrigen Emissionen erreicht werden, wird
nicht vollständig verstanden,
man ist jedoch der Meinung, dass das Ergebnis verschiedener gegenseitig
miteinander zusammenwirkender Faktoren ist. Ein Faktor besteht darin,
dass das erste Kurbelgehäuse
die Treibstoffmischung mit jeder Umdrehung einmal nach außen zur
selben Zeit in das Rohr drückt,
zu der das Rückschlagventil 34 die
Erzeugung eines Unterdrucks im Rohr 33 verhindert, wenn
sich der erste Kolben auf seine obere Totpunktstellung zubewegt.
Das heißt, dass,
wenn sich der zweite Kolben auf seine obere Totpunktstellung zubewegt,
er mit einer Kraftstoffmischung unter höherem Druck beliefert wird,
als dies der Fall wäre,
wenn die Rückschlagklappe
nicht vorliegen würde.
Es wird angenommen, dass dieser höhere Druck zu einem effektiveren
Reinigen oder Spülen
des Zylinders führt,
wenn sich der zweite Kolben in seine untere Totpunktstellung bewegt
und beide, der Einlassanschluss 8 und der Abblasanschluss 9 in Verbindung
hiermit geöffnet
werden.
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Ein weiterer hier beitragender Faktor
besteht darin, dass, da die in dem Vergaser 36 erzeugte Kraftstoffmischung,
zusätzlich
zu einer Strömung durch
das erste Kurbelgehäuse,
durch das Rohr 33 strömt
das zweite Kurbelgehäuse
eine hoch homogene Treibstoff/Luftmischung erhält.
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Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel
der Erfindung erstreckt sich eine Luftzufuhrleitung 39 entlang
der Länge
des Rohrs 33, um Luft bei atmosphärischem Druck zu der Treibstoffmischung
in dem Rohr 33 zuzuführen.
Die Luftlieferleitung 39 wird dann in konventioneller Weise
ein Ventil 40 zum Regeln des Luftdrucks aufweisen. Der
Luftdruck wird vorzugsweise im Bereich von 1,05 bis 1,5 bar liegen.
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Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel hat
der Motor einen Verdichter 38 oder ein Flügelrad, welches
so funktioniert, dass es komprimierte Luft erzeugt und welches von
dem Motor angetrieben wird. Der Verdichter ist zweckmäßiger Weise
in der Nähe des
Schwungrads des Motors angeordnet. Eine Auslassleitung 41,
die sich von dem Verdichter erstreckt, ist mit einer Einlassleitung 42 des
Ventils 40 verbunden.
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Es wurde herausgefunden, dass die
Emissionen bedeutend reduziert werden, wenn komprimierte Luft zu
dem Rohr 33 geliefert wird, welches die Gasmischung enthält. Man
nimmt an, dass der Grund hierfür
der selbe Grund ist, wie dies oben erklärt wurde, nämlich dass das Spülen und
Durchströmen
des Zylinders verbessert ist.
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Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel
ist/sind der Einlassanschluss 8 oder Einlassanschlüsse, so
positioniert, dass sie vollständig
geöffnet
sind, wenn der erste Kolben 2, der zu dem ersten Kolbengehäuse 6 gehört, geschlossen
ist oder sich in seiner unteren Totpunktstellung befindet.
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Gemäß einem weiteren bevorzugten
Ausführungsbeispiel
ist/sind der/die Abblasanschluss 9 oder Abblasanschlüsse, so
positioniert, dass er/sie vollständig
geöffnet
sind, wenn der zweite Kolben 12, der zu dem zweiten Kurbelgehäuse 10 gehört, geschlossen
ist oder sich in seiner unteren Totpunktposition befindet.
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Da die Kurbelwellen miteinander verbunden sind,
kann gemäß einer
weiteren Ausführungsform ein
Schwungrad 37 nur an einer der Kurbelwellen 4 befestigt
sein.
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Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel kann
eine der Kurbelwellen eine Antriebswelle bilden.
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5 zeigt
ein alternatives Ausführungsbeispiel
betreffend die Verbindung zwischen den Kurbelwellen. Diese Ausführungsform
hat zwei Zahnriemen 22, 23, wobei jeder mit einer
Kurbelwelle arbeitet und ein Riemenrad 24, 25 welches
mit einer Abtriebswelle 26 verbunden ist. Die Kurbelwellen
drehen sich bei diesem Ausführungsbeispiel
zueinander in der selben Richtung.
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6 zeigt
eine weitere Ausführungsform
in Bezug auf die Verbindung der Kurbelwellen. Bei dem Ausführungsbeispiel
nach 6 sind die Kurbelwellen
mechanisch mittels entsprechender Zahnräder 27, 28 und
Zahnräder 29, 30 und
einer gemeinsamen Welle 31 verbunden, die sich zwischen
Zahnrädern 28, 29 erstreckt.
Die Zahnräder
sind Kegelzahnräder, und
die Kurbelwellen drehen sich im Falle dieser Ausführungsform
in zueinander entgegengesetzten Richtungen.
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Abhängig von der Konstruktion ist
es möglich,
auf jeder Kurbelwelle ein Zahnrad vorzusehen und die Zahnräder in direktem
Kontakt miteinander anzuordnen. Die Kurbelwellen werden in diesem
Fall ebenfalls in zueinander entgegengesetzten Richtungen drehen.
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Die 3a bis 3e zeigen einen Zyklus, der mit
dem in den 4a bis 4e gezeigten Zyklus korrespondiert,
jedoch mit dem einzigen Unterschied, dass sich die Kurbelwellen
in entgegengesetzten Richtungen zueinander drehen. Diese Figuren
wurden zur Vereinfachung nicht mit Bezugsziffern oder -zeichen versehen.
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Im Fall des erfindungsgemäßen Motors
ist der Abstand zwischen dem Einlassanschluss und dem Abblasanschluss
sehr groß im
Vergleich mit konventionellen Zweitakt-Motoren, und es wird eine homogene
Treibstoffmischung bei einem Druck, der höher ist, als der der inkonventionellen
Zweitakt-Motoren vorliegt, zu dem Zylinder geliefert.
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Dies führt zu sehr niedrigen Emissionen
nicht verbrannter Treibstoffmischungen und von CO und HC oder eliminiert
derartige Emissionen vollständig.
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Das heißt wiederum, dass ein Zweitakt-Motor
durch den Fachmann, welcher typische Optimierungen in Bezug auf
die Konstruktion der Einlassöffnung(en)
und Abblasöffnung(en),
der Form der oberen Seite des Kolben, der Positionen der Zündkerzen,
der optimalen Zuführung
Von Druckluft etc. durchführt,
hergestellt werden kann, um eine im wesentlichen vollständige Verbrennung
durchzuführen.
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Außerdem ist die Konstruktion
eines erfindungsgemäßen Zweitakt-Motor
einfacher, als die Konstruktion eines konventionellen Zweitakt-Motors, der
zwei Zylinder aufweist. Daneben ist der Motor aufgrund der Bewegungen
der Kolben zueinander und voneinander weg aus balanciert.
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Aufgrund der Tatsache, dass eine
Treibstoffmischung, die Zweitakt-Öl enthält und von dem Vergaser durch
das erste Kurbelgehäuse 6 und
von dort durch das zweite Kurbelgehäuse 10 über das
genannte Rohr und dann in den Zylinder einströmt, werden beide Kurbelgehäuse geschmiert.
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Obwohl die Erfindung im vorhergehenden unter
Bezugnahme auf eine Anzahl von schematisch skizzierten Zeichnungen
beschrieben wurde, ist klar, dass der Fachmann im Stande ist, jegliche
Modifikationen durchzuführen,
ohne sich vom erfinderischen Konzept zu entfernen.
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Die Erfindung ist dementsprechend
nicht auf die zuvorbeschriebenen beispielhaften Ausführungsformen
beschränkt,
da Veränderungen
innerhalb des Schutzbereichs der folgenden Ansprüche vorgenommen werden können.