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Verbrennungskraftmasdiine mit teilweise gegenläufigen Kolben Verbrennungskraftmaschinen
mit gegenläufigen Kolben sind bekannt. Bei diesen liegen die Einlaßöffnungen am
äußeren Totpunkt des einen Kolbens, die Auslaßöffnungen am äußeren Totpunkt des
anderen. Das Austreiben der Restgase und das Füllen mit Frischgas gehen in derselben
Richtung vor sich, d. h. im Gleichstrom. Ein unsymmetrisches Steuerdiagramm kann
man durch gegenseitiges Versetzen der beiden Kurbelwellen erzielen. Beide Kolben
leisten in gleichem Maße Arbeit.
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Bei anderen Bauarten mit gegenläufigen Kolben leistet nur der eine
Arbeit, während der andere lediglich als Steuerorgan dient und dementsprechend klein
gehalten ist.
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Ferner sind Verbrennungskraftmaschinen mit teilweise gegenläufigen
Kolben bekannt, von denen der eine mit der doppelten Drehzahl des anderen läuft.
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Die Erfindung geht,aus von einer Verbrennungskraftmaschine mit symmetrischem
oder unsymmetrischem Steuerdiagramm mit teilweise gegenläufigen Kolben gleichen
oder ungleichen Durchmessers und gleichen oder ungleichen Hubes, deren zweiter .
mit der doppelten Drehzahl des ersten läuft.
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Die Erfindung ist gekennzeichnet durch die Steuerung der Spül- und
Auspuffschlitze von dem ersten Kolben an seinem äußeren Totpunkt und führt wird.
Durch diese Anordnung wird Arbeit kammer des zweiten Kolbens verdichtete Medium
in die erste Kurbelkammer strömt und mit dem durch eine Leitung, durch die das in
der Kurbeldarin verdichteten Medium den Spülschlitzen zagevon
beiden
Kolben geleistet, aber nur ein Kolben steuert den Ladungswechsel. Hierbei wird der
gesamte Inhalt beider Kurbelkammern, abzüglich des Inhaltes der Überströmleitung,
zur Spülung eingesetzt und damit ein größerer Spülimpuls erreicht. Als weitere Vorteile
ergeben sich: i. Größeres arbeitendes Hubvolumen durch Beseitigen der Schlitzverluste;
2. bei demselben nominellen Hubvolumen wird in bestimmten Fällen ein Minimum an
zu spülendem Raum mit einem Spülmittelaufwand kleiner als i, bezogen auf den zu
spülenden Raum, gespült, während der Liefergrad, bezogen auf das wirklich arbeitende
Hubvolumen, etwa i ist; 3. das Verhältnis Spülmittelaufwand zu zu ladendem Raum
bleibt dasselbe, ist aber kleiner als i; kühlere Maschine wegen des besseren Durchspülens,
damit bessere Füllung und höhere Verdichtung; 5. höhere Drehzahlen wegen des besseren
Liefergrades der Kurbelkammer; 6. Erhöhung des quantitativen Spülwirkungsgrades.
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Eine weitere Verbesserung wird durch eine günstige Spülform des Bodens
des zweiten Kolbens erreicht.
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Durch zusätzliche Spülschlitze wird ein Gemisch-oder ein Luftschleier
derart zwischen Spülmittel und Abgasrest gelegt, daß das Ansaugen von Abgas durch
den zweiten Kolben verhindert wird.
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Um um den äußeren Totpunkt ein unsymmetrisches Steuerdiagramm zu erzielen,
kann man ferner durch Öffnungen in den Kolbenhemden das Abströmen des Inhalts der
zweiten Kurbelkammer steuern.
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Die Kraftstoffersparnis ist besonders hoch, wenn man in die eine Kurbelkammer
Luft und in die andere mehr oder weniger reiches Gemisch saugen läßt.
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Man kann. auch in eine oder in beide Kurbelkammern nur Luft oder ein
Schmierölgemisch saugen lassen, während der Kraftstoff in den Verbrennungsraum oder
in die Kurbelkammer oder in die überströmleitung eingespritzt wird. Schließlich
kann man ein Betriebsverfahren mit beiden Maßnahmen zugleich durchführen.
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Die Erfindung ist an Hand der beiden Abb. i und 2 beschrieben. Wie
üblich laufen die beiden Kolben in demselben Zylinder (Abb. i). Die Zufuhr des Frischgases
und die Abfuhr des Abgases erfolgt am äußeren Totpunkt UT, des Kolbens K1. Dieser
Kolben K1 hat den gleichen oder einen anderen Durchmesser als der andere Kolben
K2, der mit der doppelten Drehzahl wie Ki läuft. Die Arbeitsweise ist folgende:
Zu Beginn stehen beide Kolben im inneren Totpunkt 0T ; von hier bewegen sie
sich in Richtung der äußeren Totpunkte UT. K2 erreicht seinen UT2, wenn
K, erst seinen halben Hub, also 9o° vor UT, zurückgelegt hat. In dieser Stellung
ist nun bereits der gesamte üblicherweise als Zylinderinhalt des Motors bezeichnete
Inhalt eingeschlossen; während dieses Arbeitstaktes expandiert das Gas, da ein Auslaß
nicht geöffnet wurde, weiter als sonst. Das ergibt einen Leistungszuwachs.
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Im nächsten Stadium läuft K2 seinem 0T zu,
während K1 noch weiter
seinem UT, zustrebt, d. h K2 beginnt einen Kompressionshub, während K1 weiterläuft.
Bei 9o° vor UT, beginnt K1 den Auslaß zu öffnen.
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Wenn z. B. bei gleichen Kolbendurchmessern (dl=d2) der Hub des ersten
Zylinders lil doppelt so lang ist wie der Hub des zweiten Zylinders h2, würde K2
von UT2 bis 0T das halbe von K1 bestrichene Hubvolumen bestreichen. K1 legt aber
auf seinem Wege von 9o° vor UT, bis UT, das gleiche Volumen frei, das K2 bedeckt,
d. h. der sonst als Zylinderinhalt bezeichnete größte frei gelegte Raum zwischen
den beiden Kolbenböden hat die gleiche Größe wie am Ende des Expansionstaktes; lediglich
die Lage des Gases innerhalb der Zylinder wird verändert. Damit ist der Hubverlust
durch die Schlitze beseitigt, da der gesamte, sonst als Hubvolumen bezeichnete Zylinderinhalt
Arbeit leisten kann. Bei 9o° vor UT, werden von K1 die Auslaßschlitze frei gelegt.
Das Auströmen der Abgase beginnt bei konstantem Volumen. Bis K1 in UT, angelangt
ist und K2 im 0T, ist das Volumen ebenfalls konstant.
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Kurz vorher sind die Spülschlitze durch K1 freigegeben worden. Die
Spülung umfaßt wie üblich das zwischen K1 und K2 frei liegende, immer noch gleiche
Hubvolumen. Hierbei muß der Boden des Kolbens K2 eine günstige Spülform haben.
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Bei Gleichstromspülern war eine Spülung mit Kurbelkammerpumpe bisher
nicht brauchbar, da der Inhalt der Kurbelkammer 2 durch eine lange Überströmleitung
bis zum UT, geführt werden mußte, wodurch der Liefergrad viel zu klein wurde. Ein-
-Gleichstromspülung war daher nur mit besonderen Spülpumpen möglich. Beim Erfindungsgegenstand
hat aber K2 auf seinem eben besprochenem Wege von 0T bis UT2 bereits seinen anteiligen
Kurbelkammerinhalt verdichtet und durch die Überströmleitung 3 in die Kurbelkammer
i übergeführt, wo er gespeichert und durch die Spülschlitze in den Zylinder geleitet
wird.
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Im weiteren Verlauf bewegt sich nun K1 von UT, in Richtung 0T, während
K2 gleichzeitig durch seine Bewegung von 0T in Richtung UT2 das Hubvolumen wieder
gleichhält.
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K2 hat nun wiederum UT2 erreicht, und K1 steht 9o° nach UTl. Alle
Schlitze sind geschlossen. Die durch den Weg des K2 von 0T bis UT2 in der Kurbelkammer
2 erfolgte Drucksteigerung pflanzt sich in die Kurbelkammer i fort. Hierdurch arbeitet
Kurbelkammer 2 im Sinne eines Spülmittelvorratsbehälters der Kurbelkammer i insofern,
als der Kurbelkammer i der zweite Teil des Spülmittels zu einem Zeitpunkt zugeführt
wird, in dem normalerweise der Kurbelkammerdruck nicht mehr ausreicht, damit bei
unsymmetrischem Steuerdiagramm eine brauchbare Nachladung erzielt wird.
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Wen z. B. das von K2 bestrichene Hubvolumen i 5o cm3 beträgt, das
von K1 300 cm3, so wird im Maximum durch die teilweise Gegenläufigkeit ein
üblicherweise als Zylindervolumen bezeichneter Raum von 300 cms erzeugt,
der mit Frischgas angefüllt die Arbeit leistet. Die Kurbelkammer i erzeugt
bei
einem Liefergrad von o,6 bei einer Umdrehung 1 X3ooXo,6= i8o cm3 Spülmittel, Kurbelkammer
2 ebenfalls bei gleichem Liefergrad, aber zwei Umdrehungen in gleichem Zeitabschnitt
2X 15oXo,6= i8o cm3, d. h. insgesamt 36o cm3 Spülmittel, was einem Gesamtliefergrad
von 1,2 entspräche. Hiervon sind aber abzuziehen: i. der Verlust durch die langen
Überströmleitungen; 2. der Verlust, der dadurch entsteht, daß die Spülschlitze nicht
bis 9o° nach UTl offen sind, also schon vorher schließen, d. h. daß nicht das gesamte
von Kurbelkammer 2 gelieferte Lademittel über Kurbelkammer i in den. Zylinderraum
geleitet wird, sondern nur ein geringerer Teil; 3. daß durch das übliche öffnen
der Spülschlitze bei einem höheren Zylinderdruck als Atmosphärendruck die Abgase
in die Kurbelkammer einpuffen, so daß sich im Endzustand ein Gesamtliefergrad etwa
= i ergibt.
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Von der Stelle aus, wo sich K2 bei UT2 und K1 9o° nach UTl befindet,
wirken beide Kolben im Kompressionstakt.
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Dieses eben geschilderte Verfahren ist bei dl kleiner als d2 ungünstig,
besonders wenn hl größer als h2 ist. Bei hl = h2 und in allen Fällen, in denen hl
kleiner als h2 ist, ergibt sich, daß der zu spülende Raum, der sich etwa aus der
Stellung K1. in UTl und K2 in 0T ergibt, ein Minimum aufweist, das die Hälfte des
von K1 bestrichenen Raumes beträgt.
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Wenn bei hl = h2 und dl = d2 z. B. beide Kolben je 200 cm3 frei legen,
so beträgt der im Maximum frei gelegte Arbeitsraum'3oocm3. Kurbelkammer i liefert
i Xo,6X2oo= i20 und Kurbelkammer 2 2Xo,6X2oo=240, zusammen 36ö cm3 Spül- oder Lademittel.
Der zu' spülende; Raum beträgt aber bei K2 in 0T und K1 inUTl nur 200 cms, so daß
der Spülmittelaufwand, auf den zu spülenden Raum bezogen, kurzzeitig größer als
i wird, hier z. B. größer als 1,8 ist, ohne Berücksichtigung der Verluste. Durch
die Bewegung des K2 von 0T in Richtung UT2 vergrößert sich der zu spülende Raum
bis zum Maximum, dem wirklichen Hubvolumen der Maschine, das den zu ladenden Raum
darstellt. Das Verhältnis von Spülmittelaufwand zum zu ladenden Raum ist in allen
Fällen = 2.
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Wenn die Kolbendurchmesser nicht gleich sind, ergibt sich bei dl kleiner
als d2 ein Minimum an zu spülendem Raum, während der Spülmittelaufwand bei allen
Verhältnissen von hl : h2 gleich bleibt. Das beste Verhältnis muß unter Berücksichtigung
der geringsten tragbaren Bauabmessungen gewählt werden.
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Als Sonderfälle sind noch zu erwähnen, wenn der Auslaß nicht 9o° vor
UTl öffnet, sondern später. Ferner, das Hubvolumen bleibt bei hl = 2 h2 konstant,
während es sich bei hl kleiner als 2 h2 während der Expansion verkleinert dadurch,
daß K2 während der ersten Hälfte des Spülvorganges ausschiebt; umgekehrt vergrößert
es sich während der zweiten Hälfte des Spülvorganges dadurch, daß K2 eine Saugbewegung
durchführt.