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Viertaktgemischmaschine Die Erfindung bezieht sich auf eine Viertaktgemischmaschine
mit Kurbelkastenpumpe und vom Arbeitskolben gesteuerten Ein- und Auslaßschlitzen,
bei welcher der Arbeitszylinder gegen Ende des Arbeitshubes mit Luft gespült wird.
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Die Erfindung besteht darin, daß die Kurbelkastenpumpe als Gemischpumpe
dient, in «-elche das Ladegemisch über ein Rückschlagvcntil während des Getnischverdichtungshuhes
des Arbeitskolbens gesaugt wird und in welcher es bis zur L"berführung in den Arbeitszylinder
verbleibt, und daß vor dem Einlaßschlitz des Arbeitszylinders ein Steuerkörper i
i vorgesehen ist, der einerseits gegen Ende des Arbeitshubes den Einlaßschlitz zur
Zufuhr der Spülluft freigibt, anderseits gegen Ende des dein Gemischverdichtungshube
vorhergehenden Hubes eine Verbindung des Einlaßschlitzes mit dem Kurbelkasten herstellt.
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Die Ausführung kann derart erfolgen, daß bei innerer Endstellung des
Arbeitskolbens Öffnungen des Zylindermantels und des Kolbenmantels sich decken und
der bei zwei Kolbenspielen einmal spielende Schieber vor Ende des Arbeitshubes bis
nach Beginn des ersten Leerhubes die Einlaßöffnung des Zylinders für den Eintritt
von einer Zufuhrquelle entnommener, beliebig stark gepreßter Spül- und Kühlluft
freigibt, vor Ende des zweiten Leerhubes bis nach Beginn des Kompressions- und Zündungshubes
aber zwischen beiden genannten Zylinderöffnungen eine Verbindung herstellt, derart,
daß durch die gleiche Einlaßöffnung zunächst Preßluft, dann Gemisch eintritt, von
denen die Preßluft die verbrannten Gase und das Gemisch die Spülluft austreibt,
nachdem diese ihre Kühlwirkung ausgeübt hat.
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Zum Öffnen und Schließen des Zylinderauslasses dient dabei eine Anordnung,
«-elche derjenigen ähnlich ist, die bei den gewöhnlichen Zweitaktmotoren verwendet
wird. Das Verbrennungsgas wird in dem Augenblick entfernt, in welchem die obere
Kante des Kolbens die obere Kante der Auslaßöffnung am Ende eines Arbeitshubes erreicht.
Ferner erreicht die obere Kante des Kolbens diejenige der Auslaßöffnung wieder beim
Beginn des nächsten Hubes. Um die Abgase auszutreiben, wird die vorher außerhalb
des Zylinders komprimierte oder mit hinreichender Geschwindigkeit zugeführte Luft
in den Zylinder eingelassen, und zwar an Stelle des Brennstoffgemisches. Die am
Beginn des zweiten Hubes zum Austreiben der Abgase in den Zylinder eingelassene
Luft wird komprimiert, bis das Ende des Hubes erreicht ist. Während des nächsten
Hubes dehnt die Luft sich aus und erreicht damit ihr ursprüngliches Volumen. Während
beider Hube absorbiert die Luft die Wärme der Verbrennungskammer und kühlt den Zylinder
ab. Demnach sind beide Hube Kühlhübe. Die Füllung erfolgt von dein Augenblick an,
in welchem der Kolben am Ende des dritten Hubes die Auslaßöffnung freizumachen beginnt,
bis
der Kolben bei Beginn des nächsten Hubes die Öffnung schließt. Das vorher in das
Kurbelgehäuse eingesaugte und dort komprimierte oder in geeigneter Weise vorher
komprimierte und mit geeigneter Geschwindigkeit zugeführte Brennstoffgemisch wird
in den Zylinder eingelassen und treibt 'einen Teil der in dem Zylinder verbliebenen
Luft durch die Auslaßöffnung aus. Das eingelassene Gemisch wird während des verbleibenden
Teils des vierten Hubes komprimiert, also von dem Augenblick an, in welchem die
Auslaßöffnung geschlossen wird, bis zum Ende des Hubes. Dann ist ein Umlauf beendet,
und die Explosion des komprimierten Gemischs findet beim Beginn des nächsten Hubes
statt.
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Die neue Gesamteinrichtung des Motors bedarf einerseits nicht, wie
eine Maschine der eingangs als bekannt vorausgesetzten Art, zweier Zylinder und
eines umständlichen Verteilersystems zur Zuführung von Brennstoff und Luft und zeichnet
sich anderseits durch große Einfachheit und Zweckmäßigkeit aus. Die neue Maschine
vereinigt in fortschrittlicher Weise die Vorteile der für Zweitaktmotoren mit Kurbelkastenluftpumpe
und Luftspülung vorgeschlagenen Einschaltung von zwei Leertakten mit den Vorteilen
der bisher bekannten Zweitaktmotoren mit Kurbelkastengemischladepumpe und Einschaltung
von zwei Leertakten.
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Als Kombinationszweck der Erfindung wäre zu bezeichnen: das wirksame
Austreiben des Gases aus dem Zylinder, die Hinzulassung einer genügenden Menge des
Gemischs in den Zylinder, die Verringerung der :Menge des Gemischs, welche zusammen
mit dem herausgelassenen Gase entfernt wird, die Einrichtung der Maschine so, daß
sie infolge guter Kühlung bei hoher Kompression und mit hoher Wirksamkeit arbeiten
kann, und die Verringerung der Änderung der Drehkraft während eines Kreislaufes,
verglichen mit den gewöhnlichen Viertaktinaschinen.
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Eine Ausführungsform der Erfindung ist in den beiliegenden Zeichnungen
dargestellt. Diese erläutern schematisch an einer im Längsschnitt ausgeführten Maschine
die Durchführung des Erfindungsgedankens, und zwar zeigen Abb. 1, 2, 3 und 4 den
Stand des Motors in den vier Hüben.
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In den Zeichnungen ist i ein Zylinder, 2 ein Kolben, 3 ein Kurbelgehäuse,
q. eine Kurbelwelle, 5 eine Einsaugeöffnung für das Brennstoffgemisch in das Kurbelgehäuse
und 6 ein Einlaßventil. Der Zylinder i ist mit einem Auslaßschlitz 7 versehen, welcher
geöffnet wird, wenn die obere Kante , des Kolbens am Ende der Abwärtsbewegung sich
darüber hinwegbewegt, und mit einer Zula&'>ffnung 8, welche symmetrisch zu der
Auslaß5ffnung gegenüber liegt. Eine Anordnung für die Luftzufuhr, z. B. ein Kompressor
oder ein Gebläse g, steht mit der Einlaßöffnung 8 in Verbindung. Außerdem ist der
Zylinder i mit einer weiteren Öffnung io versehen, und zwar unterhalb der Einlaßöffnung
B. Ein Gleitventil i i, welches über den Öffnungen 8 und io angebracht ist, kann
die Öffnungen auf- und zumachen. 12 ist eine Welle für eine Kurbel, welche das Ventil
betätigt und auf zwei Umdrehungen der Welle q. eine Umdrehung vollführt. Der Kolben
2 hat eine Üffnung 13, welche gegenüber der Öffnung io liegt, wenn der Kolben sich
in seiner tiefsten Lage befindet. 15 ist ein Ablenker an der oberen Fläche des Kolbens
und 14 eine Zündkerze.
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Abb. i zeigt das Ende eines Arbeitshubes. Die Öffnung des Einlasses
8 und des Auslasses 7 beginnt, wenn die obere Kante des Kolbens die obere Kante
der Öffnung 7 erreicht, und hält so lange an, bis diese Stellung von neuem eingenommen
wird, nachdem sich der Kolben in der durch die Zeichnung dargestellten Lage befunden
hat. Bei dieser Stellung schließt das Ventil i i die Verbindung zwischen den Öffnungen
8 und io ab und öffnet den Einlaß 8 für die Luftzufuhr. Daher strömt die durch die
Vorrichtung g eingetriebene Luft in den Zylinder und treibt die Auspuffgase durch
die Öffnung 7 aus. Während des Arbeitshubes, also in der Zeit, welche der Kolben
braucht, um, nachdem er die oberste Lage eingenommen hatte, die in der Zeichnung
dargestellte Stellung zu erreichen, wird das in das Kurbelgehäuse vorher angesaugte
Gemisch komprimiert, anstatt in den Zylinder eingeführt zu werden.
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Abb. 2 zeigt das Ende des darauffolgenden Hubes. Nachdem die Öffnung
7 und der Einlaß 8 geschlossen worden sind, komprimiert der Kolben die im Zylinder
verbliebene Luft, bis er die in der Abb. 2 dargestellte Stellung erreicht. Obwohl
die untere Seite des Kolbens auf das Gehäuse eine Saugwirkung ausübt, wird doch
kein Brennstoffgemisch eingesaugt, weil das Gehäuse 3 schon vorher mit dem Gemisch
gefüllt ist.
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Abb. 3 zeigt das Ende des darauffolgenden Hubes. Während dieses Hubes
dehnt sich die vorher in dem Zylinder i komprimierte Luft aus und wird das in dem
Kurbelgehäuse befindliche Gasgemisch komprimiert. Am Ende des Hubes ist die Auslaßöffnung
7 geöffnet, während das Gleitventil i i die Verbindung zwischen der Luftzufuhr und
dem Zylinder abschließt und die Öffnungen 8 und io miteinander verbindet. Sobald
diese Verbindung hergestellt ist, steht auch der Zylinder
mit dein
Kurbelgehäuse in Verbindung. Das komprimierte Brennstoffluftgemisch strömt daher
in den Zylinder ein und füllt diesen, indem es gleichzeitig durch die und-füllt
die Luft austreibt.
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Abh. .f zeigt das Ende des darauffolgenden Hubes. Während desselben
wird das in den Zylinder eingeführte Brennstoffluftgemisch komprimiert und frisches
Gemisch in das Kurbelwellengehäuse, beispielsweise durch einen Vergaser, eingesaugt.
Am Ende des Hubes wird das komprimierte Gemisch mit Hilfe einer Zündkerze zur Explosion
gebracht und leistet nunmehr Arbeit.
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Da in einem gewöhnlichen Zweitaktmotor bei jeder Umdrehung eine Explosion
stattfindet, so ist die Änderung der Drehkraft gering und die Beanspruchung der
einzelnen Teile des Motor: geringer als bei einem Viertaktniotor. Anderseits sind
mit dem Zweitaktmotor verschiedene Nachteile verbunden, da der Auspuff und der Einlaß
in einer kurzen Periode gleichzeitig stattfinden. Da das ausgetriebene Gas nicht
vollständig entfernt «-erden kann, so wird eine beträchliche Gasmenge in dein frischen
Gas verbleiben und die Temperatur bei Beginn des Konipressionshubes hoch sein, so
daß die Temperatur atn Ende der Kompression die kritische Detonationstemperatur
auch bei verhältnismäßig niedrigem Kompressionsverhältnis erreicht. Es ist also
schwierig, ein hohes Kompressionsverhältnis anzuwenden und entsprechend eine hohe
Hitzewirkung zu erzielen. Die in den Zylinder eingefüllte Brennstoffmenge ist gering,
und infolgedesssen wird die in einem Zylinder von gegebenem Volumen erzeugte Energie
vermindert. Da das Verbrennungsgas durch <las Brennstoftluftgemisch ausgetrieben
wird, so wird ein Teil des Gemischs aus dein Zylinder zusammen mit dem Verbrennungsgemisch
entfernt, so daß ein Brennstoffverlust entsteht. Die Hauptursache des obenerwähnten
Mangels ist darin zu erblicken, daß das Gemisch vermöge seines Höheren Druckes in
das Verbrennungsgas eindringt und bei der hohen Temperatur des Verbrennungsgases
verdampft und im Geinisch mit dem Verbrennungsgas aus dem Zylinder ausgetrieben
wird. Man hat deshalb bereits die Luftspülung für Zweitaktmotore vorgeschlagen.
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Durch die vorliegende Erfindung wird aber der genannte Mangel in ganz
besonders wirksamer Weise beseitigt, weil in Unabhängigkeit von der Kurbelkastenpumpe
Preßluft beliebig hohen Drucks verwendet werden kann. Da die Explosion nur nach
zwei Umdrehungen stattfindet, so ist die Änderung der Drehkraft zwar größer als
bei dem gewöhnlichen Zweitaktmotor, aber geringer als bei dem gewöhnlichen Viertaktmotor,
da ja die Drücke auf dieKolbenoberfläche stets in derselbenRichtungwirken. DemnachwirdunterVerminderung
der Beanspruchung der einzelnen Teile des -Motors das Brennstoffluftgeinisch nicht
nur mit der Luft auf niedrigerer Temperatur als das Verbrennungsgas gemischt, anstatt
mit dem Verbrennungsgas gemischt zu werden, sondern Kühlung und Austreibung der
verbrannten Gase sind bei stark gepreßter Luft ganz besonders stark. Daher ist die
Temperatur beim Beginn des Kompressionshubes sehr gering. Dementsprechend ist es
möglich, ein hohes Druckverhältnis anzuwenden, welches auf eine höhere thermische
Ausnutzung hinausläuft als bei den gewöhnlichen Zweitaktmotoren. Da das Verbrennungsgas
durch die Luft ausgetrieben wird, so wird kein Brennstoff zusammen mit dem Verbrennungsgas
aus dem Zylinder entfernt. Wenn das Gemisch in den Zylinder strömt und die Luft
aus ihm austreibt, so ist die Temperatur der Luft geringer als diejenige des Verbrennungsgases,
dementsprechend die Dichte der Luft größer als diejenige des Verbrennungsgases.
Daher dringt das Gemisch weniger in die Luft als in das Verbrennungsgas oder in
weniger stark verdichtete Luft. Die Verdampfung und Mischung des Brennstoffs in
der Luft ist sehr gering, da die Temperatur der Luft sehr niedrig ist, besonders
verglichen mit demjenigen Fall, in welchem Verbrennungsgas und Brennstoffgemisch
vermengt werden. Daher ist der Brennstoffverlust durch unzweckmäßige Austreibung
aus dem Zylinder erheblich verringert und kleiner als bei den gewöhnlichen Zweitaktmaschinen.
Fernerhin wird der Zylinder durch die eingesaugte Luft sehr wirksam gekühlt, so
daß die Kühlwirkung derjenigen einer gewöhnlichen Zweitakt- oder Viertaktmaschine
überlegen ist. Wenn reiches Gasgemisch verwendet wird und einem Teil der zum Kühlen
verwendeten Luft Gemisch beigemengt wird, so geschieht die Füllung zweimal und wird
der Zylinder vollkommen mit dem Brennstoff gefüllt. Dann ist die in einem gegebenen
Zylinder erzeugte Kraft noch größer.