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Zweitakteinspritzbrennkraftmaschine Die Erfindung betrifft
-eine Z,weitakteinspritzbrennkraftrnaschine, die aus mehreren axial hintereinander
angeordneten Einheiten zusammengesetzt ist, deren Arbeitszylinder sich unmittelbar
aneinander anschließen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Brennkraftmaschine
für sehr hohe Leistungen zu schaffen, die ein möglichst geringes Gewicht hat und
daher insbesondere als Flugzeugmotor zur Anwendung kommen kann. Für die Lösung dieser
Aufgabe ist ein nach dein Zweitaktverfahren arbeitender Einspritzmotor geeignet.
Die zur Erreichung eines hohen effektiven mittleren Druckes notwendigen Höchstdrucke
hatten bei den bisherigen Bauarten derartiger Zweitakteinspritzmotoren zur Folge,
daß das Triebwerk sehr schwer ausgebildet werden mußte, -wa.s das Motorgewicht ungünstig
beeinfluBte, .so daß sich solche Motoren z. B@ als Flugzeugmotoren kaum eigneten.
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Diese. Nachteile werden nun erfindungsgemäß dadurch vermieden, daß
zwei paarweise zusammenwirkende, einander gegenläufige, auf getrennte Kurbelwellen
einwirkende und auf einen gemeinsamen Brennraum arbeitende Kolben jeder der im Zweitakt
arbeitenden Maschineneinheiten in spitzwinklig zueinander angeordneten Zylindern
laufen und diesen Kolben in der gleichen Ebene zwei weitere, auf die gleiche Kurbelwelle
einwirkende Kolben zugeordnet sind, die genau wie das zuerst genannte. Kolbenpaar
gegenläufig sind, auf einen gemeinsamen Brennraum arbeiten und in spitzwinklig angeördneten
Zylindern laufen.
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Wenn diese Merkmale gemeinsam zur Anwendung gelangen, läßt sich ein
Motor bauen, dessen Triebwerk derart von- den Verbrennungsdrücken und den auftretenden
Massenkräften entlastet ist, daß er sehr gedrungen ausgeführt werden kann. Insbesondere
wirkt sich dies bei der Kurbelwelle und den Hauptlagern aus, so daß der Gesamtmotor
auch erheblich leichter ist als die bisher bekannten Maschinen, selbstverständlich
bei gleicher Leistung.
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Es sind Brennkraftmaschinen bekannt, bei denen einzelne der vorstehend
genannten Merkmale teils allein, teils mit einigen anderen Merkmalen gemeinsam angewendet
worden sind. So ist z. B. eine im Zweitaktverfahren arbeitende Vergasermaschine
bekannt, welche paarweise zusammenwirkende und in spitzem Winkel angeordnete Zylinder
aufweist, zu denen weitere, in der gleichen Ebene liegende Zylinderpaare angeordnet
werden können. Der Vergaserbetrieb erfor-. dert jedoch getrennte Spülluft--und Gemischkanäle
sowie zwangsläufig um ihre Längsachse verdrehbare Arbeitskolben zur Steuerung der
Spiel-, Lade- und Auspufföffnungen,-alles
Maßnahmen, die bei Reihenanordnung
mehrerer Arbeitszylinder die Baulänge der Maschine so stark vergrößern, daß die
Vorteile der @gitzwinkligen Doppelanordnung wieder verlorengehen. Dabei ist ganz
außer acht gelassen; daß die Spülluftzylinder der bekannten Maschine in der Verlängerung
der Arbeitszylinder angeordnet sind, um die Spülluft- und Gemischkanäle so einfach
und kurz wie möglich zu halten. Bekanntlich aber haben die Spülluftzylinder erheblich
größeren Durchmesser als die Arbeitszylinder, und bei Reihenanordnung bestimmen
deshalb die Spülluftzylinder die Baulänge der Maschine. Bei diesen Abmessungen der
axialen Länge einer Maschineneinheit können die Kurbelwellenlager, ohne die- Baulänge
zu beeinflussen, so groß dimensioniert werden, daß der Vorteil der spitzwinkligen
Zylinderanordnung jede. Bedeutung verliert. Hieraus ergibt sich, daß die bekannten
Maßnahmen entgegen der Erfindung nicht zur Verkürzung der axialen Baulänge der Maschineneinheit
ausgenutzt sind: Schließlich ist es bei einer Zweitaktinaschine, nicht neu, zwei
'in der gleichen Ebene liegende Paare auf gleiche Kurbelwellen arbeitende Kolben
vorzusehen, von denen die Kolben eines jeden Paares einem gemeinsamen Brennraum
zugeordnet sind. In diesem Falle aber liegen die Zylinder der auf einen gemeinsamen
Brennraum arbeitenden Kolben in einem stumpfen Winkel zueinander, -wodurch der Nachteil
entsteht, daß sich- die Massenkräfte der auf die gleiche Kurbelwelle arbeitenden
Kolben einander addieren, was zu längeren .Lagern und einer größeren Maschienbaulänge
führt. Demgegenüber ist jedoch eine Brennkraftmaschine neu, die sämtliche vorgenannten
Erfindungsmerkmale gemeinsam aufweist. Erst in diesem Falle ist aber die Möglichkeit
geschaffen, eine für hohe Leistungen bestimmte Brenukraftrnaschine zu bauen, die
nur ein geringes Gewicht hat.
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Durch Vervielfachung, d. h. einfaches Nebeneinanderanordnen mehrerer
derartiger Maschineneinheiten, werden Maschinen gebildet, die bei größter Leistung
nur einen THindestaufwand an Material erfordern, wenn die riebeneinanderliegenden
Kolben benachbarter Doppelkolbenpaare jeweils auf eine gemeinsame Kurbelwelle einwirken.
Bei einer Maschine mit zwei Doppelkolbenpaaren, d'. h. also mit acht Arbeitskolben,
sind beispielsweise nur drei Kurbelwellen erforderlich, die :dann zweckmäßig untereinander
und mit der die Maschinenleistung abgebenden getriebenen. Welle durch Zahnräder
a. dgl. verbunden sind. Insbesondere beim Hintereinanderänordnen mehrerer der vorerwähnten
Maschineneinheiten in zueinander parallelen Ebenen lassen sich Maschinen sehr hoher
Leistung bei geringstem Raumbedarf und Gewicht erzielen.
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Bei derartigen Brennkraftmaschinen werden zweckmäßig die zur Zu- und
Abführung der Spülluft und der Brenngase dienenden Kanäle mindestens zu einem Teil
innerhalb des von den Zylindern umschlossenen Raümes angeordnet. Dies trägt in hohem
Maße zu einer .gedrungenen Bauart der 'Maschine bei; denn es wird auf diese Weise
vermieden, die die sperrigen Luftkanäle auf der Maschinenaußenseite zu führen, wodurch
die Querschnittsfläche der Maschine verringert wird. Wird eine derartige Anordnung
bei einer Brennkraftmaschine mit mehreren nebeneinanderliegenden Doppelkolbenpaaren
angewendet, so ist es zweckmäßig, die nebeneinanderliegenden Kolben benachbarter
Doppelkolbenpaare die aus einer gemeinsamen Sammelkammer für die Spül- und Ladeluft
mündendenEinlaßschlitzederVerbrennungsräume benachbarter Doppelkolben steuern zu
lassen. Auch dies fördert die gedrungene Bauweise und wirkt sich zumal bei sehr
großen 14Iaschinen vorteilhaft aus, die eine Mehrzahl zusammengefaßterMaschineneinheiten
haben.
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Bei Maschinen der erörterten Art werden die äußeren seitlichen Lagerhälften
für die Kurbelwelle eines Doppelkalbenpaares zweckmäßig durch quer durch das Maschinengehäuse
hindurchragende Zugstangen lösbar miteinander verbunden. Bei Verwendung derartiger
Zugstangen wird das Maschinengehäuse in einfacher Weise von den beim Betrieb auftretenden
wechselnden Zug- und Druckbeanspruchungen entlastet und kann daher verhältnismäßig
leicht ausgebildet sein.
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Weitere Einzelheiten und Merkmale der Erfindung gehen aus der nachstehenden
Beschreibung einiger auf der Zeichnung veranschaulichter Ausführungsbeispiele hervor,
und zwar zeigen Fig. i und 2 einen senkrechten Längsschnitt durch eine Vierkolhenmaschine
und Fig.3 einen solchen Schnitt durch eine Achtkolbenmaschine.
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Fig. q. zeigt im Grun@driß und im Schnitt nach der Linie A-B der Fig.
2 die Hintereinanderanor dnungmehrerer Maschineneinheiten.
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Wie Fig. i zeigt, sind in einem gemeinsamen Gehäuse i zwei Zylinder
2, 2a vorgesehen, die durch einen gemeinsamen Brennraurt13 miteinander in Verbindung
stehen, in .den die Brennstoffeinspritzdüse q. hineinragt. In den Zylindern, 2,
2« sind zwei Kolben 5, 5a angeordnet, die in bezug auf den Brennraum 3 gegenläufig
- arbeiten. Die beiden Zylinder 2, 2a und demgemäß auch die Kolben 5 und 5a verlaufen
in einem spitzen Winkel zueinander,
dessen Scheitelpunkt etwas oberhalb
des Brennraumes 3 liegt.
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Beide Kolben 5.-und 5a wirken auf je eine besondere Kurbelwelle 6,
6a, mit deren Kurbelarmen sie in der-Üblichen Weise durch Pleuelstangen 7 und 7a
in Verbindung stehen.
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In 'dem zwischen den beiden Zylindern 2 und 2a eingeschlossenen winkelförmigen
Raum ist ein Kanal 8 zur Zuführung von Spül- und Ladeluft und ein Kanal 9 zur Ableitung
der Auspuffgase vorgesehen. Der Kanal 8 steht mit dem: Zylinderraum 2 durch. Schlitze
in Verbindung, welche der Kolben 5 steuert. Die Auslaßöffnungen liegen in der Wandung
des Zylinders 2a und münden in die außenliegen--den Stutzen io und in den Kanal
g. Diese Öffnungen werden von dem Kolben 5a gesteuert. Zwischen - den Luftzuführungskanälen
B . und dem Auslaßkanal 9 liegt eine Kühlwasserkammer i i, die auch mit den. den
Brennraum 3 umgebenden Kühlwasserräumen 1a in Verbindung steht.
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Die Anordnung ist derart getroffen, . daß die Kurbelwellen6 und 6a
gegenläufig arbeiten, wie -aus den in Fig. i eingezeichneten Pfeilen zu erkennen
ist.
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Die vörbeschriebene Bauart einer Zweitakteinspritzbrennkraftmäschine
wird nun. dadurch noch ergänzt; -daß zwei weitere Kolben, 5' -und 5«' vorgesehen
sind, deren -Zylinder 2' und 2a' in der gleichen Ebene liegen wie die' Zylinder
2, 211 der zuerst erwähnten Kolben 5 und 5a. Die `Kolben 5' und arbeiten über Pleuelstangen
7' und 7ä' auf die gleichen Kurbelwellen 6, 6a wie die zuvor erwähnten Kolben 5
und 511. Die Pleuelstangenpaare 7, 7' und 7a, 7a' greifen gabelförmig ineinander
und wirken jeweils. auf die gleichen Arme der Kurbelwellen 6 und 6«. Auch die Kolben
5' und 5a' sind einem gemeinsamen Brennraum 3'- zugeordnet, in den eine Einspritzdüse
d,' einmündet. Zwischen den im spitzen Winkel zueinander angeordneten Zylindern
2' und 2a' .sind in der gleichen Weise, wie schon oben .erw ahnt, Kanäle 8' für
die Spül- und Ladeluft und 9' für die Auspuffgase sowie ii' -für das Kühlwasser
vorgesehen. Der Kolben 5' steuert die schlitzartige Öffnung des Zuführungskanals
8' für die Spül- .und Ladeluft, yvälzrend der Kolben. Sa' die Schlitze io' für den
Austritt der Auspuffgase steuert. .
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Durch die beschriebene Gegenüberstellung zweier Doppelkolben 5; 5a
und 5', 5a', deren Zylinder 2, 2a und 2, 2a' in der gleichen Ebene liegen. und die
gemeinsam auf zwei Kurbelwellen 6 und 611 einwirken, wird eine sehr gedrungene Bauart
der Maschineneinheit geschaffen, die auf diese Weise gegen alle während des Betriebes
auftretenden-Beanspruchungen - sehr widerstandsfähig ist. Das Bau--. gewicht der
Maschineneinheit im Vergleich zu ihrer Leistung- ist sehr klein.
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Dadurch, daß die Kurbelwellen 6 und 6a gegenläufig zueinander arbeiten,
werden die in der Ebene der beiden Kurbelwellen auftretenden Kräfte -in hohem Maße
ausgeglichen. Insbesondere wird durch .das Zusammenwirken je zweier Kolben 5, 5'
bzw. 5a, 5a' auf ein Plenelstangenpaar 7, 7' b,zw. 7a, 711' und eine Kurbelwelle
6 bzw. 611 erreicht, daß die Auswirkung der .Druckspitzen während der Verbrennung
auf die Lager erheblich gemildert wird. Infolgedessen l<ömien die Lager des Motors
verhältnismäßig klein bemessen sein, wodurch wiederum an Gewicht gespart werden
kann.
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Aus Fig. 2 ist insbesondere .die Lagerung derKurbelwellen6und6azuerkennen.
Dieseitlichen Lagerdeckel 13 und 13a für die Kurbelwellen sind durch Zugstangen
T¢ miteinander verbunden, die quer durch das ganze Maschinengehättse r hindurchgeführt
sind. Durch Festziehen der Zugstangen 1q. werden die seitlichen Lagerdeckel 13,
13a gegen das Maschinengehäuse i und damit auch seitlich gegen die Kurbelwellen
6 und' 6a gezogen. Durch die Anordnung dieser Zugstangen i4- wird eine Zugbeanspruchung,des
Maschinengehänses in der Ebene der Kurbelwellen 6, 6a vermieden, da diese Beanspruchungen
durch die Zugstangen. i¢ aufgenommen werden. Da das Maschinengehäuse i somit von
den wechselnden Zug- und Druckbeanspruchungen entlastet ist, kann auch das Maschinengehäuse
selbst leicht ausgebildet werden, -was eine weitere Gewichtsersparnis zur Folge
hat.
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Durch die Anordnung der seitlichen Lagerdeckel 13, 13a und
deren lösbare Verbindung mit dem Maschinengehäuse i wird das seitliche Ein- und.
Ausbauen der Kurbelwellen 6, 6a- und .auch der Kolben sowie Pleuelstangen erleichtert.
Die Kurbelwellen 6 und 6a stehen durch ,auf der Zeichnung nicht mit dargestellte
Zahnräder untereinander und mit der anzutreibenden, die Leistung abgebenden Welle
in Verbindung.
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Bei der Ausführungsform nach den Fig. i und 2 sind zwei Doppelkolben,
nämlich das Kolbenpaar 5, 5a einerseits und das Kolbenpaar 5', 5a' anderseits, einander
gegenüberliegend angeordnet Durch. Vervielfachung dieser Bauart; d. h. Neben- oder
Hintereinanderreihen mehrerer- gegenüberliegender Doppelkolbenpaare, lassen sich
in baulich sehr einfacher Weise Maschinen für große Leistungen bei gedrungenen Ausmaßen
zusammenstellen.
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In Fig. 3. ist eine Ausführungsform veranschaulicht, bei der zwei
Doppelkölbenpaare, d. h. insgesamt acht Kolben, auf drei Kurbelwellen arbeiten.
Neben der im wesentlichen aus- den Kolben 5, 5a und 5', 5a' sowie den
Kurbelwellen
6, 6a gebildeten Maschineneinheit ist eine zweite Maschineneinheit arge-. ordnet,
die die Kolbenpaare 5b, 5c und 5b' und 5c' aufweist. Die Kolben 5b und 5c arbeiten
auf den gemeinsamen Verbrennungsraum 3a, und die Kolben 5b' und 5c' sind dem Verbrennungsraum
3a' zugeordnet. Die Ausgestaltung der Zylinder, die Anordnung der Kanäle für die
Verbrennungsluft und das Kühlwasser ist grundsätzlich die gleiche wie bei dem Ausführungsbeispiel
nach Eig. i. Bei dieser Bauart arbeiten die nebeneinanderliegenden Kolben@5a, 5b
und 5a'; 5b' benachbarter Doppelkolbenpaare auf eine gemeinsame Kurbelwelle 6a.
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Es entsteht auf diese Weise, wie Fig.3 zeigt, eine Brennkraftmaschine,
deren. acht Kolben auf drei Kurbelwellen 6, 6a, 6b ein--wirken, die ihrerseits untereinander
und mit der anzutreibenden Welle durch auf der Zeichnung nicht mit dargestellte
Zahnräder in Verbindung stehen. Die einem Doppelkolbenpaar, z. B. 5, 511, 5', 511'
(oder 5b, 5e, 5b', 5`') zugeordneten Kurbelwellen 6, 6a (oder 6a,
6b) haben auch bei dieser Ausführungsform einander gegenläufige Drehrichtungen,
wie aus den in Fig. 3 eingezeichneten Pfeilen zu erkennen ist.
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Die Spül- und Ladeluft strömt den Zylindern durch einen groß bemessenen
Zuführungskanal 15 bzw. 15" durch die Schlitze 16, i6a bzw. 16, , 16a' zu. Die außenliegenden
Kolben 5, 5a, 5', 5e steuern die Auspuffschlitze io, roll und io', ioa'.
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Die Hintereinanderanordnung von Maschineneinheiten der vorstehend
beschriebenen Bauart ist schematisch und im Grundriß in Fig. q, veranschaulicht.