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Zweitaktbrennkraftmaschine mit gegenläufigen Kolben Vorliegende Erfindung
bezweckt eine besondere Ausgestaltung von Zweitaktbrenrikraftmaschinen mit gegenläufigen
Kolben in zwei oder mehr neben- oder übereinanderliegenden, im Gegentakt arbeitenden
Zylindern, deren Stufenkolben als Pumpen arbeiten. Es ist hierbei insbesondere schon
vorgeschlagen worden, zwei übereinanderliegende Zylinder so zusammen arbeiten zu
lassen, daß jede halbe Umdrehung der Kurbelwelle einen Antrieb erhält, wobei die
Kolben auf Schwinghebel wirken, die mit der unter den Zylindern gelagerten Kurbelwelle
durch Schubstangen in Verbindung stehen. Andererseits sind auch . Brennkraftmaschinen
mit Spül- und Nachladeschlitzen und mit gegenläufigen, die Schlitze steuernden Kolben
bereits bekannt.
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Demgegenüber arbeitet der Erfinder so, daß bei ihm in Zweitaktbrennkraftmaschinen
der gedachten Art die durch die Arbeitskolben gesteuerten Spül- und Ladeschlitze
mit dem Pumpenraum so verbunden sind, daß zuerst durch die Nachladepumpe des zugehörigen
Zylinders durch die Nachladeschlitze gespült wird, dann kreuzweise mittels der Pumpe
des anderen, im Gegentakt arbeitenden Zylinders durch die Spülschlitze gespült bzw.
vorgeladen. und schließlich durch die Nachladepumpe es zugehörigen Zylinders nachgeladen
wird.
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Es ist hierzu noch zu bemerken, daß bei Explosionsmotoren für größere
Maschinen, z. B. für Gasmotoren, die Stufenkolbenpumpen beider Maschinenhälften
verschieden sind. Auf der einen Seite sind hierbei die Pumpen doppelt wirkend, auf
der anderen einfach wirkend. Die erstere Maschinenhälfte fördert mit der kleinen
Ring-Kolbenseite Gas, mit der größeren, hohlen Kolbeninnenseite Luft. Dabei bleibt
aber immer ein kreuzweises Arbeiten beider Maschinenhälften bestehen. Die andere
Maschinenhälfte, also die einfach wirkende, fördert mit der kleinen Ring-Kolbenseite
nur Luft.
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Die Zylinder der -doppelt wirkenden Pumpen haben dann einen Deckel;
durch den die am Schwinghebel angreifende Kolbenstange mittels einer Stopfbüchse
hindurchgeführt ist. Diese Stopfbüchse ist dann natürlich etwas beweglich, um die
sehr geringe Schwingbewegung der Kolbenstange zu gestatten. Die betreffenden Kolbenseiten
geben mit einem
darauf anzubringenden Deckel die Pumpen; die in
diesem Falle die Verbrennungslufi fördern.
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Hiernach ist die Maschine, wenn sie als Explosionsmotor (Benzin- oder
Gasmotor) und nicht als Dieselmotor arbeiten soll, zweckmäßig so auszugestalten,
daß die mit den beiden doppeltwirkenden Kolben verbundenen, doppeltwirkenden und
kreuzweise arbeitenden Pumpen den Vergaser tragen oder als Gaspumpen ausgebildet
sind. Es wird dann also die Verbrennungsluft durch die äußeren, dem Schwinghebel
zu gelegenen Seiten der dortigen Stufenkolben gleichzeitig mit dem Gas gedrückt,
während Spülluft und Nachladeluft von den gegenüberliegenden, einfach wirkenden
Pumpen geliefert werden.
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Hierbei wird noch gegenüber anderen Nachladezweitaktmaschinen der
besondere Vorteil erreicht, daß die Steuerung der Nachladeschlitze nur durch den
Arbeitskolben zu erfolgen braucht. Denn jene anderen Maschinen haben besondere Absperrorgane
für ihre Nachladeschlitze nötig, da sonst die stets höher gespannte Nachladeluft
in die Kanäle der niedriger gespannten Spülluft eindringen und zu früh spülen würde.
Bei der vorliegenden Maschine ist dies aber ganz im Gegenteil ohne Nachteil, ja
bringt sogar gewisse später zu erläuternde Betriebsvorteile mit sich.
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Der sich hiernach ergebende Erfindungsgegenstand ist in Abb. i bis
3 beispielsweise und schematisch dargestellt. Dabei läßt Abb. i (in vergrößertem
Maßstabe) schematisch die Wirkungsweise des Motors als Dieselmotor erkennen, während
Abb. 2 und 3 Anordnungen von Mehrzylindermotoren und deren Gestängekupplungen zeigen.
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In diesen Abbildungen sind I bis XII die verschiedenen Pumpenzylinder,
a bis f die einzelnen Kraftzylinderpaare. B sind die Lager für die Schwinghebel.
G und H sind Gelenke am Ende der Zugstangen. L sind die Lenkstangen bzw. Kuppelstangen.
W ist die Welle, an der die Anordnung nach Abb. i arbeitet. Wo ist eine andere Möglichkeit
der Wellenlagerung, und zwar zwischen zwei Zylinderpaaren nach Abb. i.
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Von diesen Abbildungen veranschaulicht also Abb. i die Wirkung des
neuen Motors als Dieselmotor. Hier enthalten zwei Zylinder a und b je zwei
Stufenkolben, also Zy-
linder a die Kolben I und III, Zylinder b die
Kolben II und IV. Die Pumpenkolben können auch anders mit den Kraftkolben verbunden
sein. Sowohl Zylinder a als auch b haben je eine oder mehrere Reihen Auspuffschlitze
(auf der linken Seite von Abb. z als Beispiel erkennbar). Dagegen besitzt jeder
Zylinder zwei Reihen hintereinanderliegende Einlaßschlitze (N und S). Die Schlitze
N dienen zunächst der Spülung bei offenem Auspuff, nach Drucksenkung im Kraftzylinder
durch die geöffneten Auspuffschlitze bei der Vor-Ausströmung.
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Der Stufenkolben III der in der Zeichnung links oben gelegenen Pumpe
beginnt den Druckhub. Bei großen Maschinen erhält die Pumpe Druckventile, die sich
bei beginnendem Druckhub sofort schließen, worauf Drucksteigerung eintritt. Bei
kleineren Maschinen hat die Pumpe (wie in Abb. i gezeichnet) Saugschlitze, die sich
erst nach einem kurzen Stück des zurückgelegten Druckhubes schließen. Der einen
Aufnehmer bildende Cberströmkanal zu den Schlitzen V würde bei langsamem Gange drucklos
sein. Bei raschem Gange aber kann der Druck nicht so schnell zur Pumpe zurückfluten,
da an der Einmündung besagten Kanals in die Pumpe eine Drosselscheibe eingebaut
wird (statt der Druckventile). Da nun die Schlitze N früher schließen, als der Kolben
III den Totpunkt erreicht, so wird nach der später beschriebenen Nachladung, die
durch Schlitze N erfolgt, eine Drucksteigerung und Druckluftspeicherung im besagten
Überströmkanal eintreten. Diese gespeicherte (nicht zurückflutende) Druckluft dient
zuerst als Spülluft durch die Schlitze N. Eine Gefahr, daß Auspuffgase aus dem Brennkraftzylinder
in den Pumpenraum 1I zurücktreten können, besteht also nicht.
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Dann erfolgt weitere Spülung bei offenem Auspuff durch die Schlitze
S. Währenddessen werden infolge der Kurbelversetzung und infolge der Neigung der
Schubstange 2 zur Wellenachse LV die Auspuffschlitze geschlossen, während noch Luft
durch die Einlaufschlitze S strömt. Der Kolben III kommt dabei stets früher in die
Totlage (und verläßt sie auch früher). als der Kolben 1I. Wenn Kolben II in Totpunktnähe
ist, hat Kolben III schon beträchtliche Geschwindigkeit infolge der Kurbelversetzung
und der Stangen-Schrägstellung. Wenn daher sowohl Schlitze N als auch Schlitze S
geöffnet sind, ist im Nachiadekanal der Pumpe III schon genügend Druck, um ein Übertreten
von Druckluft aus Pumpe II nach III zu verhindern. Beginnt der Kolben II den Saughub,
so saugt er ein wenig Luft durch N und S in den nach 1I führenden Kanal. Da aber
Kolben II geringe Geschwindigkeit hat, III dagegen schon eine beträchtliche Geschwindigkeit
besitzt, so ergibt sich eine Überschußlieferung an Luft durch N vom Kolben III.
Der Kanal, der von S nach II führt, wird dann mit Luft aus III durch 1V und S teilweise
gefüllt. Das ist ein großer, bereits angedeuteter Vorteil bei Explosionsmotoren
(z. B. Vergasermotoren), denn dadurch wird dem aus II eintretenden
Gemisch
ein Luftpolster im Kanal zwischenS und II vorgelagert, das das Gemisch von heißen
Verbrennungsrückständen trennt.
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Gleichzeitig strömt- schon Luft durch die Schlitze N. Dieses Luft-Einpumpen
wird dann mit gesteigertem Druck fortgesetzt, nachdem die Schlitze S von dem betr.
Arbeitskolben geschlossen sind. Die Auspuffschlitze werden ja schon vorher geschlossen,
wie erwähnt. Diese Nachladeluft gibt dem Zylinder ein hohes Ladegewicht zur Erreichung
hohen, mittleren indizierten Druckes. Danach folgt Kompression und Brennstoffeinspritzung.
Auch diese weicht von der bekannten Art ab, da die Kolben nicht nur in der Totlage
kleinstes Volumen zwischen sich haben, sondern, da dieses Minimum etwas länger beibehalten
wird, da die Kolben nacheinander in die Totlage kommen. Diese in ihren Grundzügen
beschriebene neuartige Wirkung wird auf folgende Weise erreicht: Die mit den Arbeitskolben
verbundenen Pumpenkolben, z. B. Stufenkolben, haben verschiedene Aufgaben und ganz
verschiedene Wirkungsweise. Während die in Abb. i beispielsweise rechts gezeichneten
Ringstufen der Kolben I und II Spülluft pumpen, liefern die links belegenen` III
und IV sowohl anfangs Spülluft als besonders später Nachladeluft, wodurch sich diese
Betriebsweise grundsätzlich von bisher bekannten unterscheidet. Durch diese Maßnahme
wird es ermöglicht, daß die Nachladeschlitze N nicht, wie bei anderen Zweitaktmaschinen,
durch Ventile, Schieber o. dgl. abgeschlossen sein müssen, obwohl man solche natürlich
auch anordnen kann. Die bisher bekannten Nachlade-Zweitaktmotoren müssen aber solche
Absperrorgane haben. Sin weiterer Unterschied gegenüber bekannten Zweitaktmotoren
ist der, daß die mit den Arbeitskolben verbundenen, im Beispiel Abb. i rechts gelegenen
Pumpen, also hier die Ringstufen I und II, je die abgelegenen Zylinder bedienen,
also obere Ringstufe I den im Beispiel unten belegenen Zylinder b, die untere Ringstufe
II den oberen Zylinder a. Diese Pumpen wirken also kreuzweise, während die Nachladepumpen
je ihre eigenen Zylinder versorgen, also im Beispiele Abb. i obere Ringstufe III
den oberen Zylinder a und untere Ringstufe IV den unteren Zylinder b. Dadurch wird
die neuartige Wirkung erzielt, - daß zunächst Spülung nur durch Schlitze N, dann
Spülung durch sowohl Schlitze N. als auch Schlitze S erfolgt. Einstweilen noch bei
geöffnetem, aber bereits im Schließen begriffenen Auspuff. Endlich erfolgt nach
geschlossenem Auspuff das Nachladen, d. h. das Füllen der Zylinder mit höher verdichteter
Druckluft nur durch Schlitze 1V, bei geschlossenem Auspuff. In Abb. i ist zu erkennen,
daß die Kolben III und IV in ihren Totlagen sind, während die Kolben I und II noch
nicht die Totlage erreicht haben. Beim oberen Zylinder a sind die Schlitze S noch
nicht geöffnet, während der Kolben III schon den Rückhub, seine Pumpen-Ringstufe
also schon den Druckhub beginnt. Die Pumpen können natürlich Saugventile oder, wie
gezeichnet, Saugschlitze haben. Auch können sie mit Druckventilen versehen sein.
Diese letzteren können aber, besonders bei kleineren Motoren, auch fehlen. In diesem
Falle ist, wie bereits angedeutet, die Einschaltung einer Drosselscheibe statt der
Druckventile zweckmäßig. Von der oberen Ringstufe I führt ein in Abb. i gestrichelt
angedeuteter Seitenkanal nach den Schlitzreihen S des unteren Zylinders b.
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Nach allen hier gegebenen Abbildungen eilt Kurbel H der Kurbel G vor,
und zwar im Beispiel um etwa i30°, was aber von der Schrägstellung der Schubstangen
abhängt und bei anderer Neigung anders ausfällt.
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Die Abb.2 und 3 zeigen Mehrzylinderanordnungen, und zwar um die Welle
herum. Abb.2 zeigt ein Vier-Zylinder-Aggregat, Abb. 3 einen Teil eines Acht-Zylinder-Aggregats,
wobei alle Zylinder in einer Ebene oder nahezu in einer Ebene oder nahezu parallelen
Ebenen liegen. Diese Aggregate können natürlich zwecks Leistungssteigerung zu mehreren
nebeneinander in Reihenanordnung angeordnet werden. Die damit verbundene Kurbelversetzung
gibt sehr gleichförmiges Drehmoment. Jedes Aggregat hat in einer Hälfte mit einfach
wirkenden Zylindern Doppelantrieb für eine Umdrehung der Kurbelwelle. Natürlich
können auch doppelt wirkende Zylinder verwendet werden.
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Als Explosionsmotor (Benzin- oder Gasmotor) arbeitet der Motor im
wesentlichen ähnlich, erfährt aber, wie bereits angedeutet, eine geringe Abänderung,
entsprechend seinem anderen Zwecke, insofern, als die mit den Kolben I und II verbundenen
Pumpen, z. B. die Stufenkolbenpumpen in Abb. i, als Gas- bzw. Gemischpumpen ausgebildet
sind.
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Bei Benzinmotoren tragen also im Beispiel nach Abb. i und 2 die Zylinder
der Kolben I und II den oder die Vergaser. Bei Explosionsmotoren kann dann der äußere
Teil der Stufenkolben I und II als Luftpumpe ausgebildet sein, wenn der Explosionsmofor
als Gasmotor betrieben wird, d. h. wenn die Ring-Stufenseiten der Kolben I und II
nicht Gemisch, sondern nur Gas fördern. Die Kolben I und II sind in diesem Falle
also doppelt wirkend, während im Falle eines Dieselmotors der äußere Pumpenkolbenteil
unbenutzt bleiben kann. Dieser Luftpumpenkolben fördert Ladeluft, während die Spülluft,
wie
in der Beschreibung eines Dieselmotors erwähnt, von den Stufen III und IV gefördert
wird. Dies ist in Abb. i für den oberen Kolben I rechts punktiert angedeutet.
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Die Stufenkolben können auch zum Anlassen bzw. Umsteuern mit Druckluft
usw. verwendet werden, wobei die Luftsaugeschlitze als Auspuffschlitze für die Druckluft
dienen können.