DEP0042694DA - Zweitakt-Brennkraftmaschine, insbesondere für Schlepper, mit einem liegenden Zylinder und mit Kurbelkastenspülpumpe - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Zweitakt-Brennkraftmaschine, insbesondere als Antriebsmotor für Schlepper, mit einem liegenden Arbeitszylinder, der mit Luft gespült wird, wobei das Kurbelgehäuse als Kurbelkastenspülpumpe dient, und wobei die Arbeitszylinderachse in der Längsrichtung des Fahrzeugs und die Kurbelwelle quer zur Fahrtrichtung liegt. Normalerweise ist dabei der Arbeitszylinder nach vorne gerichtet.

Bei Einzylinder-Motoren ist jedoch kein voller Ausgleich der Massenkräfte der hin- und hergehenden Massen des Arbeitszylinders möglich. Die in der Zylinderachse auftretenden Massenkräfte erster Ordnung können wohl durch Gegengewichte der Kurbelwelle an den Kurbelwangen oder in beiderseitigen Schwungrädern um einen beliebigen Betrag vermindert, d.h. in dieser Richtung ausgeglichen werden, dafür treten jedoch freie Massenkräfte durch diese Gegengewichte von demselben Betrage senkrecht dazu auf. Die Massenkräfte zweiter Ordnung der hin- und hergehenden Massen treten ebenfalls in der Zylinderachse auf und können durch Gegengewichte der Kurbelwelle nicht vermindert werden.

Diese freien Massenkräfte erster und zweiter Ordnung erschüttern den Motor und das Fahrzeug, was für den Fahrer, für angebaute Hilfsgeräte oder am Zughaken gezogene Anhäng-Fahrzeuge oder Anhäng-Geräte sowie für den Schlepper selbst nachteilig ist, insbesondere für solche Teile, die dabei in Resonanzschwingungen geraten.

Die vorliegende Erfindung besteht darin, dass eine Zusatzpumpe am Kurbelgehäuse unter einem Winkel von 90° gegenüber dem Arbeitszylinder angebracht wird, deren Kolbeninnenseite zusätzlich zur Innenseite des Arbeitskolbens als Spülpumpe in den Kurbelkasten arbeitet und die einen vollen Ausgleich der Massenkräfte erster Ordnung ergibt, indem das Gewicht des Pumpenkolbens so gross gemacht wird, dass die Massenkräfte erster Ordnung der hin- und hergehenden Massen in der senkrechten Pumpenzylinderachse gleich gross wie die in der wagrechten Arbeitszylinderachse sind. Zusätzliche Gegengewichte der Kurbelwelle ausser denen für den Ausgleich der rotierenden Massen entgegengesetzt zum Kurbelzapfen müssen zur Erzielung des vollen Massenausgleichs die gleiche Massenkraft wie die hin- und hergehenden Massen in jeder der beiden Zylinderachsen ergeben.

Der Pumpenkolben kann dabei an den Kurbelzapfen des Arbeitskolbens oder an dessen Pleuelstange am Pleuellager durch eine besondere Pleuelstange angelenkt sein oder von einem Exzenter mit verkleinertem Hub angetrieben werden. Der kleinere Hub ist vorteilhaft, wenn kleinere Ausladungen der Zusatzpumpe erwünscht sind.

Sind m(sub)1 die hin- und hergehenden Massen des Ar- beitszylinders und r(sub)1 deren Kurbelradius, m(sub)2 die hin- und hergehenden Massen des Pumpenzylinders und r(sub)2 deren Kurbel- oder Exzenterradius, und m(sub)3 die Massen der zusätzlichen Gegengewichte und r(sub)3 deren Schwerpunktsradius, so muss sein

m(sub)1 . r(sub)1 = m(sub)2 . r(sub)2 = m(sub)3 . r(sub)3 .

Die Massenkräfte zweiter Ordnung des Arbeits- und des Pumpenkolbens addieren sich geometrisch. Sie weisen eine Grösse von etwa 30% von den Massenkräften erster Ordnung jedes Kolbens auf, haben die doppelte Frequenz, gehen durch die Kurbelwellenachse und liegen in einer Richtung, die senkrecht auf der Symmetrie-Ebene durch die Winkelhalbierende des von den beiden Zylindern eingeschlossenen rechten Winkels steht.

Der Pumpenkolben vergrössert die Wirkung der Kurbelkastenpumpe, wobei diese einen Nutzhubraum erhält, der etwa 70% von den Hubraum beider Kolben beträgt. Die Zusatzpumpe ergibt somit ausser dem Massenausgleich eine wesentlich bessere Spülung des Arbeitszylinders und damit eine Steigerung des Drehmomentes und der Leistung des Motors. Vorteilhaft wird dabei der Hubraum der Zusatzpumpe grösser als der des Arbeitskolbens gemacht.

Dadurch, dass die Massenkräfte zweiter Ordnung unter einem Winkel von 45° schräg im Fahrzeug liegen, kommt nur als Komponente ein Teil von ihnen in senkrechter Richtung auf die Federung des Fahrzeuges oder in wagrechter Richtung auf den Zughaken zur Wirkung. Die Grösse dieser beiden senkrechten oder wagrechten Komponenten beträgt nur etwa 22% von der Massenkraft erster Ordnung eines Kolbens. Die Schwerpunktverschiebungen des Motors oder Fahrzeugs aus den Gesamtkräften zweiter Ordnung ist nur etwa 8% von denen der Massenkräfte erster Ordnung.

Je nach der Drehrichtung des Motors kommt die Zusatzpumpe dabei nach unten oder oben zu liegen. Für den Antrieb des Fahrzeuges ergibt sich durch die Zusatzpumpe die weitere Verbesserung, dass Massendrehmomente erster Ordnung der Kurbelwelle ganz wegfallen, da sich die Bewegungsenergien der beiden Kolben gegenseitig austauschen.

Im folgenden wird die Erfindung anhand von Abbildungen gezeigt und beschrieben. Es zeigen:

Abb. 1 einen schematischen Querschnitt des Motors mit hängender Zusatzpumpe mit Anlenkung des Pumpenkolbens an den Kurbelzapfen.

Abb. 2 einen schematischen Querschnitt des Motors mit hängender Zusatzpumpe mit Antrieb des Pumpenkolbens durch einen Exzenter.

Abb. 3 eine schematische Darstellung eines Schleppers mit einem liegenden Einzylinder-Motor mit hängender Zusatzpumpe.

Abb. 4 eine schematische Darstellung eines Schleppers mit liegendem Einzylindermotor mit stehender Zusatzpumpe.

In Abb. 1 ist a der liegende Arbeitszylinder, b der Arbeitskolben, c dessen Pleuelstange, d der Kurbelzapfen und e das Kurbelgehäuse. f ist hier eine Saugklappe zum Ansaugen der Spülluft. g ist der Pumpenkolben, h der Pumpenzylinder und i die Pleuelstange des Pumpenkolbens, die an demselben Kurbelzapfen d angelenkt ist. k ist ein unterer Abschlussdeckel des Pumpenzylinders, der nach unten abfliessendes Oel auffängt. l ist eine Oelablauf- öffnung. m ist ein Spülluftkanal und o ein Auslasskanal des Arbeitszylinders. Der Arbeitskolben ist in seiner inneren Totpunktstellung während des Spülvorganges gezeichnet und der Pumpenkolben in der Mitte seines Förderhubes in den Kurbelkasten bei der durch einen Pfeil angegebenen Drehrichtung der Kurbelwelle.

A-B ist die Achse des Arbeitszylinders und C-D die Achse des Pumpenzylinders. Beide Achsen stehen senkrecht aufeinander und schneiden sich in der Längsmittelachse E der Kurbelwelle. p ist ein gestrichelt gezeichneter Einlasskanal für den Einlass der Spülluft in den Kurbelkasten, der vom Arbeitskolben in dessen äusseren Stellungen aufgesteuert wird. Dieser Einlasskanal kann anstelle der Saugklappen f verwendet werden. Beim Abschluss dieser Einlassöffnung p durch den nach innen gehenden Arbeitskolben bilden beide Kolbeninnenseiten zusammen den grössten Kurbelkastenraum. Der Unterschied zwischen grösstem und kleinstem Kurbelkastenraum beträgt als Nutzhubraum für den Kurbelkasten etwa 70% von dem Hubraum beider Kolben. Bei dieser Ausführung nach Abb. 1 mit gleichem Hub beider Kolben ist das Gewicht des Pumpenkolbens so gross wie das des Arbeitskolbens. Der Durchmesser des Pumpenkolbens kann gleich oder grösser sein als der Durchmesser des Arbeitskolbens.

Die Abb. 2 zeigt den Antrieb des Pumpenkolbens durch einen Exzenter q und eine Exzenterstange i. Der Hub des Pumpenkolbens ist hier halb so gross wie der des Arbeitskolbens, sein Durchmesser ist daher wesentlich grösser, damit eine Spülluftmenge erzielt wird, die annähernd 150% vom Hubraum des Arbeitskolbens beträgt. Gleiche Teile sind in Abb. 2 mit denselben Buchstaben wie in Abb. 1 bezeichnet. Die Kurbelwelle ist in derselben Stellung wie in Abb. 1 gezeichnet. Der Vorteil des Exzenterantriebes der Zusatzpumpe liegt in ihrer geringeren Ausladung. Ihre Wirkungsweise ist dieselbe wie bei der Ausführung nach Abb. 1.

Die Abb. 3 zeigt eine schematische Darstellung eines Schleppers mit liegendem Einzylinder-Motor und unten liegender Zusatzpumpe h, die bei der eingezeichneten Drehrichtung des Motors hier der Ausführung der Abb. 2 mit Exzenterantrieb entspricht. Die Bodenfreiheit der Zusatzpumpe ist hier so gross, wie die der Vorderachse. Die Massenkräfte 2. Ordnung liegen in der durch Pfeile H angegebenen Richtung unter 45° zu den Zylinderachsen und senkrecht zu der Symmetrie-Ebene F-G, die den Winkel zwischen der Achse A-B des Arbeitszylinders und der Achse C-D des Pumpenzylinders halbiert. Es ist ersichtlich, dass diese Kräfte zweiter Ordnung weder in voller Höhe auf den Zughaken noch auf die Federung des Fahrzeuges kommen. Sie kommen bei dieser Ausführung mehr auf die meist ungefederte Hinterachse.

Die Abb. 4 zeigt eine ähnliche Ausführung eines Schleppers mit einem Einzylinder-Motor, jedoch mit nach oben liegender Zusatzpumpe, wobei die Drehrichtung der Kurbelwelle umgekehrt ist wie bei der Ausführung nach Abb. 3. Die Bodenfreiheit kann bei dieser Anordnung noch grösser als bei der Ausführung nach Abb. 3 gehalten werden. Die Kräfte zweiter Ordnung liegen in der durch Pfeile J angegebenen Richtung, ebenfalls unter 45° zu den beiden Zylinderachsen, jedoch gegenüber der Ausführung nach Abb. 3 um 90° gedreht. Sie kommen hier mehr auf die meist gefederte Vorderachse.

Die vorliegende Erfindung eignet sich für Otto-, Glühkopf- und Dieselmotoren. Sie bringt auch Vorteile bei längsgestellten Ein- oder Mehrzylindermotoren zur Verbesserung des Massenausgleichs und zur Steigerung des Motordrehmomentes.

Claims (4)

1. Zweitakt-Brennkraftmaschine, insbesondere für Schlepper, mit einem liegenden Arbeitszylinder und quer zur Fahrtrichtung liegender Kurbelwelle und mit Kurbelkastenspülpumpe, dadurch gekennzeichnet, dass unter einem Winkel von 90° zu der Arbeitszylinderachse eine Zusatzpumpe angeordnet ist, deren Pumpenkolben mit seiner Innenseite zusätzlich zum Arbeitskolben als Spülluftpumpe in die Kurbelkastenpumpe fördert, dass deren Kolben von dem Kurbelzapfen des Arbeitszylinders mit einer Pleuelstange oder durch Anlenkung von der Pleuelstange des Arbeitskolbens oder von einem Exzenter der Kurbelwelle mit gleicher Kurbelstellung wie der Kurbelzapfen angetrieben wird, dass das Gewicht des Pumpenkolbens so gross ist, dass das Produkt aus den hin- und hergehenden Massen des Pumpenzylinders und dessen Kurbel- oder Exzenterradius gleich gross ist wie das Produkt aus den hin- und hergehenden Massen des Arbeitszylinders und deren Kurbelradius, und dass an der Kurbelwelle zusätzliche umlaufende Gegengewichte zu denen für den Ausgleich der rotierenden Massen angebracht sind, die so gross sind, dass das Produkt aus der Masse dieser zusätzlichen Gegengewichte und ihrem Schwerpunktsradius ebenfalls gleich gross ist wie die beiden oberen Produkte aus den hin- und hergehenden Massen und deren Kurbelradien.

2. Zweitakt-Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Zusatzpumpe im Fahrzeug nach unten zu liegt und die Drehrichtung des Motors wie die der Laufräder des Fahrzeugs bei Vorwärtsfahrt ist.

3. Zweitakt-Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Zusatzpumpe im Fahrzeug nach oben zu liegt und die Drehrichtung des Motors umgekehrt wie die der Laufräder des Fahrzeugs bei Vorwärtsfahrt ist.

4. Zweitakt-Brennkraftmaschine nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Hubraum der Zusatzpumpe gleich oder grösser wie der des Arbeitskolbens ist.