Kolben für Zweitaktbrennkraftmaschinen mit Kurbelkammerpumpe Die Arbeitsweise
einer 7_weitaktbrennkraftmaschiiie mit Vorverdichtung des Spül- und Lademittels
in der Kurbelkammer wird als bekannt vorausgesetzt. Dabei erfolgt bei den meisten
der heute gebräuchlichen Konstruktionen die Steuerung des Einlässes von frischem
Spül- und Lademittel in die Kurbelkammer durch die Kolbenunterkante. Die für diesen
Vorgang zur Verfügung stehende Zeit ist zu kurz, um eine vollkommene Füllung der
Kurbelkammer zu ermöglichen. Nach Freigabe des Einlaßschlitzes im Zylinder durch
die Kolbenunterkante muß erst die Trägheit der in der Ansaugleitung zwischen Vergasermischkammer
und Einlaßschlitz des Zylinders befindlichen Gassäule überwunden werden, um das
Gemisch in Förderrichtung zu beschleunigen. Die kurz vor dem Abschluß des Einlaßschlitzes
erreichte Höchstgeschwindigkeit der Gassäule kann nicht mehr wesentlich zur Füllung
der Kurbelkammer beitragen. Außerdem ist diese einfache Steuerung wenig geeignet,
sich den vielfachen Schwankungen der labilen Druckverhältnisse in der Kurbelkammer
und in den Überströmkanälen während des Ansaugvorganges anzupassen. Ihr Wirkungsgrad
ist daher mangelhaft. Eine Verbesserung der Füllung der Kurbelkammer unter Beibehaltung
der Steuerung des Einlasses durch die Kolbenunterkante konnte u. a. bisher nur erzielt
werden durch eine Verlängerung des Einlaßschlitzes bis etwa zu 1/a und mehr des
Hubes. Die damit gewonnene Leistungssteigerung wurde aber mit erheblichem Mehrverbrauch
an Brennstoff erkauft unter Verzicht auf Elastizität und Durchzug der Maschine im
unteren und mittleren Drehzahlbereich, weil ein Teil des angesaugten Gemisches wieder
in
die Ansaugleitung zurückgedrückt wird. Gelingt es aber die in
der Ansaugleitung beim Ansaugevorgang auftretenden An- und Auslaufvorgänge für die
Füllung der Kurbelkammer dienstbar zu machen, ohne daß die erwähnten Nachteile auftreten,
so erhält man die -Möglichkeit, auch Spülung und Ladung des Zylinders über den gesamten
Drehzahlbereich günstig zu beeinflussen und damit Leistung und Wirtschaftlichkeit
der Maschine bedeutend zu verbessern. Mit dem im folgenden beschriebenen Kolben
wird mit einfachen Mitteln, denen konstruktive Schwierigkeiten nicht im Wege stehen,
dieses Ziel erreicht.
Abb. i zeigt die Ansicht der Seite des Kolbens, die am Einlaßschlitz
des Zylinders vorbeigleitet. In ihr sind Schlitze angebracht derart, daß ihre Gesamtbreite
einschließlich des sie trennenden Steges gleich ist der Breite des Einlaßschlitzes
im Zylinder, ihr Abstand von,der Kolbenunterkante kleiner als die Länge des Einlaßschlitzes
im Zylinder und ihre Länge parallel zum Hub etwa 1/s Hub ist. Zur Verdeutlichung
ist die Größe des zugehörigen Einlaßschlitzes E unter den Abb. i und 4 gestrichelt
dargestellt. Abb.4 zeigt die Ansicht eines Kolbens mit einem Schlitz und die Abb.
a und 5 die Querschnitte durch die Kolben in Höhe der Mitte der Kolbenbolzenaugen.
Im Innern des Kolbens münden die Schlitze auf eine ebene Fläche und sind durch federndeVentilklappen
verschlossen, die im Ruhezustand ohne Vorspannung auf den Schlitzen ruhen und deren
freies bewegliches Ende dem Kolbenbodeninnern zugewandt ist, b in Abb. 3. Mit ihrem
anderen Ende sind die Ventilklappen an einem Blech, a in Abb. 3, befestigt und mit
diesem zusammen in der Nähe der Kolbenunterkante im Innern des Kolbens fest mit
dem Kolben verbunden, c in Abb. 3. Der Ausschlag der Ventilklappen, b in Abb. 3,
wird durch das entsprechend abgewinkelte Blech, a in Abb. 3, begrenzt. Verfolgt
man zwei Hübe des mit dieser Anordnung versehenen Kolbens im Zylinder eines gebräuchlichen
Zweitaktmotors mit Absteuerung des Einlasses durch die Kolbenunterkante, so spielt
sich folgendes ab: Sobald nach Umkehr des Kolbens im unteren Totpunkt ein geringer
Unterdruck in der Kurbelkammer entsteht, geben die Ventilklappen die Schlitze im
Innern des Kolbens frei. Dadurch kommt frisches Brennstoff-Luft-Gemisch in der Ansaugleitung
zwischen Vergasermischkammer und dem Einlaßschlitz des Zylinders in Bewegung und
strömt jetzt schon, vor der Freigabe des Einlaßschlitzes im Zylinder durch
die Kolbenunterkante, durch die Schlitze des Kolbens, wird durch den abgewinkelten
Teil des Bleches, das den Ausschlag der Ventilklappen begrenzt, abgelenkt in Richtung
auf das Innere des Kolbenbodens, dieses und im weiteren Verlauf seines Weges zur
Kurbelkammer die übrigen Teile des Kolbeninnern wirksam kühlend (Abb.6 und 7, Pleuelstellung
ausgezogen). Inzwischen hat die Gemischsäule in der Ansaugleitung immer mehr Beschleunigung
erhalten durch die Wirkung des beim fortschreitenden Aufwärtshub des Kolbens größer
werdenden Unterdrucks in der Kurbelkammer. Das Gemisch kann daher mit großer Energie,
den Zeitquerschnitt des Einlaßschlitzes voll ausnutzend, in die Kurbelkammer einströmen,
sobald der Kolben auf seinem Weg zum oberen Totpunkt mit seiner Unterkante den Einlaßschlitz
des Zylinders freigibt (Abb. 8, Pleuelstellung gestrichelt). Nach Umkehr des Kolbens
im oberen Totpunkt und dem kurz darauf erfolgten Abschluß des Einlaßschlitzes durch
die Kolbenunterkante kann das in der Ansaugleitung noch in seiner Bewegung zur Kurbelkammer
beharrende Gemisch durch die Schlitze im Kolben nachströmen, bis seine Massenwirkung
nachläßt (Abb. 8, Pleuelstellung ausgezogen, und Abb. 7, Pleuelstellung gestrichelt).
Wird der Druck in der Kurbelkammer durch den abwärtsgehenden Kolben vergrößert,
dann federn die Ventilklappen auf ihre Sitze zurück. Der im Dichtungsspalt zwischen
den Ventilklappen und ihren Sitzen vorhandene Ölfilm sorgt in Verbindung mit dem
durch den Überdruck in der Kurbelkammer verursachten Anpreßdruck erfahrungsgemäß
für eine zuverlässige Abdichtung der Kurbelkammer gegen die Ansaugleitung während
der Vorverdichtung. Nach Freigabe der Überströmschlitze im Zylinder durch die Kolbenoberkante
sinkt nach kurzem Anstieg der Druck in der Kurbelkammer wieder ab. Es kann jetzt
kurz vor Abschluß der Überströmschlitze die Massenwirkung der durch die Überströmkanäle
strömenden Gemischsäule so groß werden, daß unter ihrem Einfluß die Ventilklappen
auf den Schlitzen im Innern des Kolbens sich wieder abzuheben beginnen und frisches
Gemisch aus der Ansaugleitung des Zylinders in das Kolbeninnere gelangt, das Kolbeninnere
wieder kühlen und sich bis zum Abschluß der Überströmschlitze dem Spülstrom anschließen
kann (Abb.6. Pleuelstellung gestrichelt). Nach Abschluß der Überströmschlitze durch
die Kolbenoberkante beginnt dann der Ansaugevorgang von vorn (Abb.6. Pleuelstellung
ausgezogen). Verwendungsgebiet und Vorteile des beschriebenen Kolbens Der Kolben
kann in alle Zweitaktbrennkraftmaschinen eingebaut werden, die mit Vorverdichtung
des Spül- und Lademittels in der Kurbelkammer arbeiten und deren Einlaß in die Kurbelkammer
durch die Kolbenunterkante gesteuert wird, ohne daß konstruktive Änderungen an den
übrigen Teilen der Maschine notwendig sind. Durch die über den ganzen Drehzahlbereich
verbesserte'Füllung de; Kurbelkammer und die damit verbundene günstige Beeinflussung
von Spülung und Ladung des Zylinders wird die Hubraumleistung bedeutend erhöht bei
,gleichbleibendem Brennstoffverbrauch. Die energische Innenkühlung des Kolbens durch
den auf das Innere des Kolbenbodens und seiner benachbarten Teile gerichteten Strahl
des frischen, aus de? Ansaugleitung kommenden Gemisches, das durch die Schlitze
des Kolbens strömt, vermindert die Wärmebelastung des Kolbens und gestattet dadurch
die Ausnutzung der höheren Leistung ohne
thermische Schwierigkeiten
und bei vermindertem Verschleiß. Wegen des h<;heren Drehmomentes kann die Übersetzung
sehr viel knapper gewählt werden, es brauchen daher keine hohen Drehzahlen benutzt
werden, um befriedigende Fahrleistungen zu erzielen. Bei einem für die Entwicklung
des beschriebenen Kolbens benutzten Fahrradhilfsmotor von 31 ccm Hubraum konnte
nach Einbau des Kolbens die serienmäßig vorgesehene Übersetzung von 1 : 22 auf 1
: 12,7 bei 28"-Räderll herabgesetzt werden. Damit wurden Geschwindigkeiten bis 5o
km/h gefahren bei Sooo U/min und einem Brennstoffverbrauch von 1,21 auf loo ktn
bei 4o km Durchschnittsgeschwindigkeit und hervorragender Elastizität und gutem
Durchzug im unteren und mittleren Drehzahlbereich. Die Höchstleistung konnte von
o,6 PS auf i PS, also um 66 °lo gesteigert werden. Bei direkter Einspritzung von
Brennstoff in den Zylinder wird sich der höhere Liefergrad der Kurbelkammerpumpe
günstig bemerkbar machen durch die Möglichkeit, den Spüldruck zu erhöhen und durch
die gute Wirbelung der Ladeluft die Verbrennung zu beeinflussen.