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Zweitakthrennkraftmaschine Die Erfindung betrifft eine Expansionskraftmaschine
mit einem in einem festen Zylinder angeordneten äußeren hohlen Kolben, in dessen
Hohlraum ein innerer Kolben sich gegenläufig bewegt, wobei der äußere Kolben zu
beiden Seiten des inneren Kolbens abgeschlossen ist. Die Erfindung besteht darin,
daß der innere Kolben den Hohlraum des äußeren Kolbens auf einen Vorverdichtungsraum
und einen Expansionsraum unterteilt, wobei ein zweiter Vorverdichtungsraum zwischen
dem äußeren Kolben und dem festen Zylinder liegt. Bei der Maschine gemäß der Erfindung
wird mit dem verdichteten Inhalt des Vorverdichtungsraumes zwischen dem äußeren
Kolben und dem festen Zylinder der Expansionsraum gespült und bei atmosphärischem
Druck mit neuer Brennstoffmenge gefüllt, wobei die Spülung unter günstigsten Verhältnissen
vor sich geht, indem der eindringende Brennstoff den Expansionsraum entlang strömt
und dabei die Verbrennungsgase vor sich treibt. Diese werden demnach vollständig
aus dem' Expansionsraum verdrängt. Nach Abschließen des frisch gefüllten EXpansionsraumes
wird demselben auch der Inhalt des anderen Vorv erdichtungsraumes zugeführt, wobei
sich der im Expansionsraum herrschende Druck entsprechend erhöht. Zu Beginn des
eigentlichen Verdichtungshubes ist demnach nicht nur die zu verdichtende Menge größer
als bei Maschinen mit gleichen Hub und Kolbendurchmesser, sondern auch der Anfangsdruck
bei der Verdichtung. Durch die erfindungsgemäße Anordnung werden demnach mit einfachsten
Mitteln, Spülungs- und Füllungsverhältnisse erzielt, die den bekannten Maschinen
mit gleichem Hub und Kolbendurchmesser gegenüber eine wesentlich erhöhte Nutzleistung
bewirken.
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Es sind bereits Expansionskraftmaschinen mit zwei ineinander gegenläufig
bewegten Kolben bekannt, bei denen der äußere Kolben zu beiden Seiten des inneren
Kolbens abgeschlossen ist, wobei jeweils zwei Verbrennungs
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Expansionsräume vorhanden sind, denen je ein Vorverdichtungsraum zugeordnet ist.
Diese Expansionsmaschinen stellen demnach abweichend von der Erfindung die einfache
Zusammensetzung von zwei gewöhnlichen Zweitaktmotoren dar.
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Es sind auch Expansionskraftmaschinen mit zwei ineinander gegenläufig
bewegten Kolben bekannt, bei denen dem Verbrennungsraum zwei Vorverdichtungsräume
zugeordnet sind. Bei diesen Expansionsmaschinen werden jedoch die beiden Vorverdichtungsräume
zu gleicher Zeit mit dem Verbrennungsraum und der. Außenluft verbunden, so daß in
allen diesen Räumen nach erfolgtem Druckausgleich der atmosphärische Druck herrscht.
Die Menge des im Verbrennungsraum zu Beginn des Verdichtungshubes vorhandenen Arbeitsmittels
ist demnach gleich der in einer einfachen Kolbenmaschine vom gleichen Hub und Kolbendurchmesser
bei derselben Kolbenstellung vorhandenen Menge. Eine :Mehrladung findet nicht statt,
und auch die Spülungsverhältnisse gestalten. sich nicht so günstig wie bei der Maschine
gemäß der Erfindung, da die frischen Brennstoffmengen von verschiedenen Richtungen
dem Verbrennungsraum zugeführt werden.
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Um eine Mehrladung, d. h. eine die bei Normalmotoren mit gleichem
Hub und Kolbendurchmesser übliche Ladung überragende Füllung des Expansionsraumes
mit Treibstoff zu bewirken, hat man bereits vorgeschlagen, den Inhalt der beiden
Vorverdichtungsräume nacheinander dem Verbrennungsraum zuzuführen, und zwar in der
Weise, daß durch den Inhalt des ersten Vorverdichtungsraumes die Spülung und Füllung
des Verbrennungsraumes bei atmosphärischem Druck, durch den des zweiten jedoch die
Mehrladung bewirkt wird. Um dies erreichen zu können, hat man bei diesen Maschinen
auf die Gegenläufigkeit der beiden Kolben verzichten müssen, und zwar trotz der
Nachteile, die damit verbunden waren. Durch den Gleichlauf der Kolben verschlechtern
sich die Spülungsverhältnisse, insbesondere aber wird die Nutzleistung und das Ansaugevermögen
wesentlich erniedrigt. Diese Erniedrigung soll bei der. bekannten Maschinen durch
die Mehrladung ausgeglichen bzw. überwunden werden. Die Mehrladung wird jedoch durch
eineKolbenabstufung bewirkt, wobei dieselbe, um wirksam werden zu können, ein gewisses
Mindestmaß überschreiten muß, da erst bei einer bestimmten Kolbenabstufung die Nutzleistung
anfängt. relativ höher zu werden. Die Kolbenabstufung in diesem Maße bedingt jedoch
erheblich vergrößerte Abmessungen und dadurch wesentliche Gewichtszunahme des Stufenkolbens
und des festen Zylinders, «-as, abgesehen von der Vergrößerung der Herstellungskosten,
wiederum die Verminderung der Nutzleistung verursacht. Ein weiterer Nachteil der
bekannten Maschinen liegt in der Notwendigkeit von Anwendung von Saugventilen. Die
hiermit verbundenen Schwierigkeiten, insbesondere die infolge der Trägheit solcher
Ventile auftretende Verminderung des Ansaugevermögens, sind bekannt.
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Bei der erfindungsgemäßen Expansionskraftmaschine werden diese Nachteile
vermieden und die 'bereits beschriebene Zuführung der Inhalte der beiden Vorverdichtungsräume
bei Beibehaltung des Gleichlaufs der Kolben und ohne die Anwendung von Saugventilen
bewirkt. Bei der Expansionskraftmaschine gemäß der Erfindung sind für die Brennstoffzuführung
bis auf ein Druckventil nur Öffnungen und Kanäle in den Wänden der Kolben und des
Zylinders vorgesehen, die zwangsläufig durch gegenseitige Übersteuerung geöffnet
bzw. geschlossen werden.
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Die Mehrladung erfolgt ohne Kolbenabstufung. Wenn eine derartige Maßnahme
zwecks weiterer Steigerung der Mehrladung dennoch vorgenommen wird, so bewirkt diese
eine entsprechende relative Erhöhung der Nutzleistung.
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Weitere Einzelheiten werden an Hand der Zeichnung beschrieben, in
der ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes dargestellt ist, und zwar
zeigt Abb. i einen Längsschnitt, Abb. 2 einen O_uerschnitt eines Zweitaktverbrennungsmotors
nach der Erfindung. Die Abb. 3, 4. und 5 zeigen weitere Stellungen der hin und her
gehenden Teile.
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Die beiden inneren Kolben i i und 12 der Maschine sind durch die Kolbenstange
13 miteinander verbunden. Jeder der beiden Kolben bewegt sich in je einem zur Mittellinie
III-III symmetrisch liegenden Raum des hin und her gehenden äußeren Kolbens i.I.
Den einen Raum unterteilt der Kolben i i in die Räume 15 und 16, den anderen der
Kolben 12 in die Räume 115 und 116. Die inneren Enden der Räume 16 und 116 sind
durch Wände 118 und i i9 begrenzt, -zwischen welchen ein Hohlraum 17 liegt. Die
Buchsen 18 und i9 führen die Kolbenstange 13 in den Wänden 118 und i i9. Zwecks
Abdichtung können in den Buchsen Dichtungsringe -2o bzw. 21 vorgesehen sein. Die
äußeren Enden des äußeren Kolbens 14. sind durch Böden 22 abgeschlossen. In den
Wänden dieses Kolbens sind zum Leiten bzw. Steuern des Arbeitsmittels Kanäle 24,
25, 26. 27 und 28 vorgesehen.
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Der Kolben 14. bewegt sich im ortsfesten Zylinder 29. Entsprechend
den Steuerkanälen des äußeren Kolbens 14. sind auch in den
Wänden
des ortsfesten Zylinders 29, symmetrisch zu seiner Mittellinie 1-I, Steuerkanäle
bzw. Öffnungen vorgesehen. An der einen Seite dieser Mittellinie liegen die Einströmöffnung
3o, die Ausströmöffnung 31 und die den Triebstoff leitenden, mit der Kante 12o gesteuerten
Öffnungen 33, 34. und 35, ferner die mit den Öffnungen 27 und 26 des äußeren Kolbens
gesteuerte Öffnung 32.
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Im Zylinderkopf 38 des ortsfesten Zylinders 29 befindet sich eine
Öffnung 39, die von dem mit der Feder 4.1 belasteten Ventil 4.2 geschlossen ist.
Die Ventilspindel ist in dem den Zylinderkopf abschließenden Deckel 4o geführt.
Zwischen dem Zylinderkopf und dem Deckel befindet sich ein mit dem Kanal
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verbundener Kanal 4.3.
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Die rechte Hälfte der Maschine ist ebenso aufgebaut wie die beschriebene
linke Hälfte. Die Maschine arbeitet wie folgt.
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Die Arbeitsvorgänge in den zwei symmetrischen Hälften der Maschine
sind die gleichen, sie sind jedoch gegeneinander phasenverschoben. Es wird angenommen,
daß in der in der Abb. i dargestellten Stellung die Kompression im Raume 15 beendet
ist. Die Öffnung 25 des äußeren Kolbens deckt die Einlaßöffnung.3o in der Wand des
Zylinders 29 und die Öffnung 27 die Öffnung 32 des Kanals 36 in der Wand des ortsfesten
Zylinders. Gleichzeitig mit der Verdichtung im Raum 15 findet eine Depression in
den Räumen 16 und 64 statt, und diese werden über die miteinander verbundenen Kanäle
30, 25, 27, 32, 33 und 3.4 mit frischem Gemisch gefüllt. In diesem- Moment steht
der äußere Kolben 14. in seiner rechtsseitigen Totpunktlage, der Kolben i i hat
aber seine linksseitige Totpunktlage schon entsprechend der Voreilung 29 verlassen.
Gleichzeitig wurde der Auspuff auf der anderen Seite eben beendet. Im Raum 15 wird
das verdichtete Gemisch in an sich bekannter Weise entzündet. Durch die Expansion
wird der Kolben i i weiter nach rechts getrieben, wobei sich der Kolben 14 nach
links verschiebt. Zufolge der gegenseitigen Bewegung des Kolbens i i und des Zylinders
1.4 verschieben sich die Rollen 5o bis 53 entlang von Geraden in der Nut 4.5, wodurch
der Ring .I4. in Drehung versetzt wird.
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Die Expansion dauert im Arbeitsraum 15 so lange, bis die beiden Kolben
die Stellung gemäß der Abb. 3 erreichen. In diesem Moment hat der Kolben i i seine
äußerste Stellung rechts erreicht, wobei aber der Kolben 14. entsprechend der Voreilung
65 noch vor dem linksseitigen Totpunkt steht. Nun decken sich die Kanäle 25 und
31, und .die Verbrennungsgase entweichen aus dem Arbeitsraum. Die Räume 16 und 64.
sind noch geschlossen, so daß in diesen Verdichtung herrscht. Im Laufe der weiteren
Bewegung nähert sich der Kolben 14. der linksseitigen Totpunktlage,wobei der Kolben
i i seinen Rücklauf beginnt. Der Auspuff setzt sich fort, und bald decken sich die
Kanäle 24 und 25. Die Öffnung 34 wird vom Deckel 22 des Kolbens 1.4 geschlossen
(Abb.4), wobei das unter Druck stehende Mittel des Raumes 64 nach überwinden der
Federkraft 41 des Ventils 42 durch die Öffnung 39 die Kanäle .43 und 57, ferner
durch die Öffnungen 35 und 24. in den Arbeitsraum 15 strömt und die dort befindlichen
Gase durch die Öffnungen 25 und 31 austreibt.
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Wenn der Kolben 1d. die Lage gemäß der Abb. 5 .erreicht hat, steht
der Kolben i i entsprechend der Voreilung 65 vor der rechtsseitigen Totpunktlage,
die Kanäle 26 und 32, ferner 28 und 33 decken sich, und der Verkehr zwischen den
Kanälen 2 5 und 31, ferner 24 und 35 hört auf. Die Spülung ist beendet, und der
Arbeitsraum 15 ist mit frischem Gemisch gefüllt.
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Durch die Explosion in der anderen Maschinenhälfte wird das Gemisch
im Raum 15- verdichtet, in dem Raum 16 und 64. entsteht Depression, es öffnen die
Kanäle 35, 34 und 33,. die Kanäle 27 und 32 bzw. 25 und 30 kommen in Deckung,
der Kolben i i durchläuft den linksseitigen Totpunkt und bewegt sich wieder nach
rechts, und -der Kolben 14. erreicht den Totpunkt rechts. Das Gemisch im Arbeitsraum
15 wird verdichtet, die Räume 16 und 6.4 füllen sich mit frischem Gemisch, und es
wird wieder der Zustand gemäß der Abb. i erreicht. Dieselben Vorgänge spielen sich
in der rechten Maschinenhälfte, jedoch in der Phase verschoben ab.
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Bei einer weiteren Ausführung der Maschine gemäß der Erfindung kann
man das Spülen vom Ansaugen frischen Gemisches trennen und zum Spülen nur Luft gebrauchen.
Zu diesem Zweck kann man gemäß der Abb. 5 im Zylinder 29 ein dessen Öffnung 129
schließendes bzw. öffnendes Ventil 127 anwenden, welches vom umlaufenden Ring 44
in an sich bekannter Weise z. B. über den um die Achse 128 schwingenden Hebel
130 mit Hilfe der Nocke 126 gesteuert wird. In diesem Fall fällt die Öffnung
27 vom Kolben 14 fort, so daß in der Stellung nach der Abb. i in den Raum 64 kein
frisches Gemisch, sondern durch die Öffnung 129 Luft strömt, welche den Arbeitsraum
in der Stellung nach der ,@bb. 4. spült.