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Gleichstrom-Zweitakt-Motor für Otto- und Diesel-Betrieb Die Erfindung
bezieht sich auf einen Zweitaktmotor mit Führung der Gase in einer Richtung, und
zwar sowohl auf einen Ottomotor als auch einen Dieselmotor.
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Gleichstrom-Zweitakt-Motoren haben sich bisher trotz der Vorteile
der besseren Spülung und Trennung der Frischgase vom Auspuffgas nur vereinzelt durchsetzen
können. Der mechanische Aufwand durch Gegenkolben oder gesteuerte Auspuffventile
steht ihrer allgemeinen Anwendung im Wege.
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Zweitaktmotoren werden meist mit Nasenkolben oder nach dem Prinzip
der Umkehrspülung betrieben, wobei ein Verbleiben. von Verbrennungsprodukten im
Hubraum sowie: Entweichen von Frischgas unter anderem wegen der nicht zu vermeidenden
Wirbelung nicht zu vermeiden ist.
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Die Erfindung schlägt nun einen Gleichstrom-Zweitakt-Motor vor, der
die Übelstände der Umkehrspülung und die Nac'htei'le, der bekannten Vorschläge der
Gasführung in einer Richtung vermeidet und Vorteile mit sich bringt, die unter anderem
in der einfachen Bauart, dem sicheren Betrieb, der besseren Trennung der Frischgase
vom Auspuffgas und bei einer bevorzugten Ausführungsform in einer neuartigen, zusätzlichen
Kühlung von Kolben und Auspuffsystem liegen.
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Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird ein aus
einem solchen Gleichstrom-Zweitakt-Motor und einem Getriebe mit Geradführung
der
Kolbenstange bestehendes Aggregat vorgeschlagen.
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Bemerkt sei, daß der Betrieb des Gleichstrom-Zweitakt-Motors. nach
dem Ottoprinzip oder nach dem Dieselprinzip erfolgen kann.
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Gemäß der Erfindung ist mit dem Kolben starr verbunden eine achsgleiche,
in dem Hubraum sich erstreckende Stange, die durch den Zylinderkopf abgedichtet
durchgeführt ist und vor Erreichen des unteren. Totpunktes die. Durchführungsöffnung
durch den Zylinderkopf für das Austreten der Verbrennungsprodukte freigibt.
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Nach einer bevorzugten Ausführungsform ist die Länge der Stange derart
bemessen., daß sie im unteren Totpunkt und eine Strecke vorher nicht bis zu dem
inneren Rand der Durchführung des Zylinderkopfes reicht, jedoch sich im wesentlichen
durch die gesamte Höhe des Hubraumes oder einen wesentlichen Teil der Höhe erstreckt.
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Erreicht der Kalben am Ende des Arbeitshubes den unteren Totpunkt,
so, ist die Durchtrittsöffnung durch den Zylinderkopf offen für das Auspuffen der
Verbrennungsprodukte; der letzte Rest der Verbrennungsprodukte wird ausgetrieben
durch in der Nähe des unteren Totpunktes in den Hubraum eingedrückte Luft bzw. Gas-Luft-Gemisch.,
wobei eine Wirbelung, die zum Verbleib beträchtlicher Mengen von Verbrennungsprodukten
im Hubraum führen könnte, vermieden wird.
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Die Zuführung von Luft bzw. eines Brennstoff-Luft-Gemisches in den
Hubraum in der Nähe des unteren Totpunktes erfolgt gemäß einer bevorzugten Ausführungsform
durch von dem Kolben freigegeben.e Kanäle bzw. Schlitze, die zweckmäßig in der Zylinderwand,
im Winkel zur Zylinderachse und zum Durchmesser verlaufend, vorgesehen sind, so
daß die Luft bzw. das. Gas-Luft-Gemisch tangential in den Hubraum eingeführt wird.
Auf diese Weise wird eine Kolbenringabnutzung und Kantenmarkierung vermieden; die
den eintretenden Gasen gegebene Rotation drängt die spezifisch schwereren kalten.
Gase nach außen, während die zu verdrängenden heißen Gase dem Rotationskern zustreben
und also ungemischt austreten.
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Die Zuführung der Luft zu diesen Kanälen bzw. Schlitzen kann auf verschiedene
Weise, z. B. durch Einblasen, erfolgen,. Nach einer bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung erfolgt die Zuführung der Luft bzw. des Gas-Luft-Gemisches von einem
unteren Zylinderraum her, der durch den Arbeitskolben begrenzt wird. Dabei ist der
Zylinder zweckmäßig unten geschlossen und die Kolbenstange durch den Zylinderboden.
gasdicht durchgeführt. Es sind zweckmäßig ungesteuerte Ansaugventile vorgesehen,
die bei dem Weg des Kolbens zum oberen Totpunkt Luft bzw. Brennstoff-Luft-Gemisch.
eintreten lassen. Die Luft bzw. das Gemisch wird während. des Weges des Kolbens
zum unteren Totpunkt komprimiert. Erreicht der Kolben eine Strecke kurz vor dem
unteren. Totpunkt, so werden, wie oben dargelegt, die Kanäle bzw. Schlitze für die
Zuführung von Luft oder Gemisch in den Hubraum bzw. die Mündung dieser Kanäle oder
Schlitze in den Hubraum durch den Kolben freigegeben, so daß die in dem unteren
Zylinderraum komprimierte Luft bzw. das komprimierte Gemisch durch eine Reihe- von
am Umfang der Zylinderwand angeordneten Kanälen bzw. Schlitzen in den. Hubraum strömt.
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Der Kolben tritt danach, die Mündung der Luftzuführungskanäle schließend,
bei der bevorzugten Ausführungsform Luft bzw. ein Gas-Luft-Gemisch in den unteren
Zyliinderraum einsaugend, seinen Weg zum oberen Totpunkt an, wobei kurz hinter dem
unteren Totpunkt die Durchführungsöffnung durch den Zylinderkopf von der mit dem
Kolben starr verbundenen. Stange geschlossen und die Luft bzw. das Gas-Luft-Gemisch
in dem Hubraum verdichtet wird. Nach Zündung durch Einspritzen von Kraftstoff bzw.
Fremdzündung im oberen Totpunkt bzw. kurz vor dem oberen Totpunkt beginnt der Weg
des Kolbens zum unteren Totpunkt und so fort.
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Das Freigeben der Durchtrittsöffnung durch. den Zylinderkopf muß nicht
vollständig derart durchgeführt werden, daß die mit dem Kolben starr verbundene
Stange im unteren Totpunkt sich zwar durch einen wesentlichen Teil der Höhe des
Hubraumes, jedoch nicht bis zur Durchtrittsöffnung erstreckt, sondern die Freigebung
kann auch erfolgen durch eine teilweise Freigebung der Durchtrittsöffnung, z. B.
durch Vorsehung einer Stange, die länger ist als die innere Höhe des Hubraumes von
dem unteren Totpunkt bis zum inneren Rand der Durchtrittsöffnung in dem Zylinderkopf
und die an den dem Gasaustritt entsprechenden Teilen verjüngt oder mit Ausnehmungen
versehen ist, die die Durchtrittsöffnung im unteren Totpunkt des Kolbens und eine
Strecke vorher zum Austritt der Verbrennungsprodukte freigeben.
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Bei der bevorzugten Ausführungsform unter Verwendung einer Stange,
deren Länge geringer ist als. die innere Hubraumhöhe vom unteren Totpunkt bis zum
inneren. Rand der Durchtrittsöffnung durch den Zylinderkopf, bestehen nicht nur
Vorteile bezüglich der Kühlung der Stange, auf die im folgenden eingegangen wird,
sondern es wird bei dieser Ausführungsform der Platzbedarf geringer als bei Vorsehung
einer längeren. Stange, der insbesondere dann groß ist, wenn die Geradführung dieser
Stange durch Lagerung des aus dem Zylinder herausragenden Endes geschaffen wird.
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Ein geradliniger Weg der Stange ist Voraussetzung für das zufriedenstellen.de
Funktionieren des Motors gemäß der Erfindung.
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Die Sicherstellung des geradlinigen Weges wird nach einer bevorzugten
Ausführungsform dadurch erreicht, daß eine Geradführung von Kolben und Stange durch
Geradführung der mit dem Kolben starr verbundenen Kolbenstange, insbesondere über
ein Geradführungsgetriebe, herbeigeführt wird.
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Die Abdichtung der Durchführung der Stange durch den Zylinderkopf
wird zweckmäßig nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung geschaffen
durch Einfügen eines nach Art eines Kolbenringes wirkenden, jedoch nach innen spannenden
Abdichtungsringes.
in eine Nut der Wandung der Durchführung durch den Zylinderkopf und zweckmäßig Vorsehung
mehrerer solcher Ringe.
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Um auch geringe Stöße zu vermeiden, kann eine Abschrägung der Ringe
und/oder eine dem Kolben entgegengesetzte geringe Verjüngung der Stange kurz vor
der die Ringdiichtung erreichenden Stelle von Vorteil sein.
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Die Durchführungsöffnung wird nach einer bevorzugten Ausführungsform
in einer domförmigen Ausbildung des Zylinderkopfes vorgesehen. Eine solche Ausbildung
bringt den Vorteil mit sich, daß der ringförmige Verbrennungsraum zumal bei hohem
Verdichtungsverhältnis nicht zu flach wird.
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Die mit dem Kolben starr verbundene Stange mag als ein Rundschieberventilkörper
angesprochen werden, der sich mindestens so weit durch den Hubraum erstreckt, daß
er sich in den ringförmigen Ventilsitz im Zylinderkopf axial einlegt, in der dem
Kompressionshub entsprechenden Strecke eingelegt verbleibt und das Ventil im unteren
Totpunkt oder kurz vor dem unteren Totpunkt durch Trennen des zylinderförmigen Rundschieberventilkörpers
von dem bzw. aus dem ringförmigen Ventilsitz öffnet.
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Da sich die Stange einen wesentlichen Teil durch den Hubraum, auch
wenn sie verhältnismäßig kurz, die Durchtrittsöffnung durch den Zylinderkopf bzw.
den Dom völlig freigebend, ausgebildet ist, erstreckt, so wird diese Stange verhältnismäßig
heiß, so daß eine Kühlung angebracht ist.
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Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird die Stange
als an der dem Kolben entgegengesetzten Seite offenes Rohr ausgebildet und Luft
in dieses Rohr vorzugsweise durch ein Einblasrohr eingeführt.
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Zweck guter Wärmeübertragung wird die Innenfläche des Rohres vorzugsweise
mit Wärmeaustauschrippen versehen.
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Die Luft kann mittels eines außerhalb des Zylinderkopfes mündenden.
Luftzuführungsrohres in die rohrförmig ausgebildete Stange, eingeblasen werden,
oder es kann auch ein in die Stange hineinreichendes Luftzuführungsrohr vorgesehen
sein. Die Länge des Luftzuführungsrohres wird dann zweckmäßig so gewählt, daß im
oberen Totpunkt die Mündung des Luftzuführungsrohres fast den Boden der rohrförmig
ausgebildeten Stange erreicht, so daß die eingeblasene Luft auf diesen Boden auftrifft
und in den Ringraum zwischen Lufteinführungsrähr und den Wandungen der rohrförmig
ausgebildeten Stange bzw. den Wä.rmeaustauschrippen entlang in. Richtung von dem
Kolben weg, die Stange wirksam kühlend, geblasen wird.
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Nach einer bevorzugten Ausführungsform wird die Länge der Stange und
des Kühllu.fteinblasrohres. so gewählt, daß im unteren Totpunkt die Stange die Durchführung
durch den Zylinderkopf zwar freigibt, jedoch das Kühllufteinblasrohr in dieser Stellung
noch ein Stück in die Stange hineinragt. Dadurch wird verhindert, daß die mit einem
Druck von mehreren Atmosphären austretenden Auspuffgase in. die Leitung für die
Kühlluft, die unter einem geringeren Druck vorn z. B. Zoo mm Wassersäule steht,
eintreten. Die ausströmenden Auspuffgase üben dabei infolge Injektorwirkung eine
Saugwirkung auf den. Kühlluftstrom aus.
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Es kann mit Vorteil auf diese Weise auch eine Kühlung des Kolbens.
erreicht und befördert werden, z. B. durch Vorsehung von mit denn Innenraum der
rohrförmigen Stange in Verbindung stehenden Hohlräumen in dem Kolben. Der Hohlraum
der Stange kann auch durch rohrförmige Ausbildung der nach der bevorzugtem Ausführungsform
der Erfindung starr mit dem Kolben verbundenen Kolbenstange in. Verbindung stehen,
so daß deren Kühlung ebenfalls durch die in die rohrförmige Stange eingeblasene
Luft bewirkt werden kann, Nach einer anderen Ausführungsform der Erfindung wird
die Kühlung der Stange durch Ausbildung der Stange als Behälter für ein wärmeübertragendes
Medium, z. B. Natrium, Öl, Salze u. dgl., ausgebildet, das die Wärme der Stange
über den Kolben oder direkt der gekühlten. Kolbenstange zuleitet. Die Kühlung der
Kolbenstange kann z. B. durch Besprühen mit Öl in dem Kurbelgehäuse von außen oder
auf andere Weise geschehen. Die Kolbenstange kann als Behälter für ein wärmeübertragendes
Medium ausgebildet sein.
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Es ist auf diese Weise eine stoßfrei arbeitende Dichtung bzw. Dichtheit
gewährleistet und durch das. Freigeben der Durchtrittsöffnung durch den Zylinderkopf
bzw. den Dom des Zylinderkopfes für das Austreten der Verbrennungsprodukte kurz
vor Erreichen des unteren Totpunktes sowie Zuführung von frischer Luft bzw. Gemisch
von Brennstoff und Luft am unteren Teil des Hubraumes eine völlige Ausdrückung der
Verbrennungsprodukte und. Füllung mit frischer Luft bzw. frischem Gemisch bei kleinstem
Raumbedarf des Motors und Vermeidung von durch eine Nockenwelle gesteuerten Ventilen
insbesondere dann gewährleistet, wenn nach einer bevorzugten. Ausführungsform die
mit dem Kolben starr verbundene Kolbenstange als antreibendes Element eines Geradführungsgetriebes
dient.
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Nach einer bevorzugten Ausführungsform ist die Geradführung in besonderem
Maße gesichert, wenn zu beiden. Seiten des Kurbelgetriebes achsgleich zwei Zylinder
mit starr miteinander verbundenen Kolben vorgesehen sind, wobei zweckmäßig beide
Zylinder gemäß der Erfindung ausgebildet sind.
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Getriebe mit Kolbenstangengeradführung sind an sich bekannt, z. B.
Getriebe, bei denen eine Antriebsstange mit in einer Geraden sich hin und her bewegender
Mittellinie an der Kröpfung einer Welle eines Paares von Zahnrädern angreift, die
als Sonnenräder auf dem Innenzahnkranz eines Planetengetriebes von dem doppelten
Durchmesser der Sonnenräder abrollen. Werden dabei auf die Wellen der Sonnenräder
Scheiben exzentrisch aufgesetzt und die Masse der Kröpfung und der exzentrischen
Scheiben ausgewuchtet, so wird ein
Aggregat erhalten, das vollkommen
stoßfrei auch bei einem Zylindermotor arbeitet, so daß mit geringstem Aufwand ein
stoßfreier Einzylinder-Zweitakt-Motor auf diese Weise geschaffen wird.
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Der Gleichstrom-Zweitakt-Motor gemäß der Erfindung kann auch als Motor
mit doppelt wirkendem Kolben ausgebildet werden., wobei der untere Zylinderraum
des obigen Ausführungsbeispiels als Arbeitszylinder und die Kolbenstange durch Vorsehung
von Verjüngungen oder Ausnehmungen an den dem Austrittszeitpunkt der Verbrennungsprodukte
aus diesem unteren Arbeitszylinder entsprechenden Stellen als Rundschieberventilkörper
ausgebildet ist. Die Gasführung in jedem einzeln-2n Zylinder geschieht dabei in
einer Richtung, jedoch ist die Richtung in dem einen Zylinder der des anderen entgegengesetzt.
Bei dieser Ausführungsform werden zwei Paarei von Luftzuführungskanälen, denen Luft
von außen z. B. durch ein Gebläse zugeführt wird, vorgesehen, wobei die Luftzuführungskanä.le
für den unteren Arbeitszylinder in der Nähe des oberen Totpunktes des oberen Zylinders
von dem Kolben freigegeben werden.
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In der Zeichnung ist schematisch eine bevorzugte Ausführungsform der
Erfindung dargestellt.
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Der in einem Zylinder i arbeitende Kolben 2 trägt axial eine als Rohr
ausgebildete Stange 3, die im unteren Totpunkt des Kolbens (gezeichnete Stellung)
einen Durchlaß 4 in dem Zylinderkopf 5 freigibt. Der Durchlaß 4 ist mit Nuten 6
versehen, in denen nach innen spannende Dichtungsringe 7 eingesetzt sind.
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In die als Rohr ausgebildete Stange 3, die mit Kühlrippen. 8 versehen.
ist, reicht ein Luftzuführungsrohr g, das durch. einen Auspuffkrümmer io hindurchgellt,
zur Einführung von Kühlluft in. die Rohrstange 3. Im oberen Totpunkt des Kolbens
?-
reicht die Mündung des Rohres g fast bis an den Boden der Kolbena:usne:hmung
ii (bei 12, 13 und 14 sind die. Stellungen gestrichelt angedeutet).
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Mit dem Kalben 2 starr verbunden ist die Kolbenstange 15, die durch
eine Ausnehmung 16 des Zylinderbodens 17 abgedichtet hindurchgeht.
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Unterhalb des Kolbens 2 ist ein unterer Zylinderraum 18 vorgesehen,
der mit der Außenluft über mit selbsttätigen Ventilen ig versehene Leitungen 20
in. Verbindung steht.
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Diese sich in Räumen 2i fortsetzenden Leitungen 2o, die: mit dem unteren
Zylinderraum 18 in Verbindung stehen, sind bei dem Arbeitshub des Kolbens 2 gegen
die Außenluft abgeschlossen und treten mit dem Hubraum i im unteren Totpunkt des
Zylinders und kurz vorher über Schlitze -22 in Verbindung.