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Im Zweitakt arbeitende, fremdzündende, gemischverdichtende Brennkraftmaschine
| Hei (len bekamiteii Zweitaktln-einikraftmaschinen |
| wird das I,i-einistoffgeinisch durch den .\tisaugkanal |
| iii das hurl>elgchäuse eitigelasseii, sobald der Kolben |
| den ol>er@ii @I'iitl)niil<t erreicht hat. Heini Abwä rts- |
| gang des Kcilli(-iis erfolgt chic geringe Komprimie- |
| rung des Gemisches, bis es über Kolbenfenster in |
| die beiderseits des Zvlindergeliänses angeordneten |
| t"herströmkanä 1e und anschließend in den Kom- |
| pressionsraum einläuft, in dein es daraufhin vorn |
| aufwärts gehenden Kolben in einem bestimmten |
| Verhältnis verdichtet und iin oberen Totpunkt des |
| Kolliers gezündet wird. Das Charakteristische bei |
| Zweitaktbrennkraftinaschinen mit l')erströni- |
| kanälen ist darin zu erblicken, daß die verbrannten |
| Gase iin Zeitpunkt der Vberstriiniung der 1#@riscli- |
| gase aus dem Kompressionsraum nicht restlos aus- |
| geschieden werden, wenn Frischgase in den Koni- |
pressionsraum einzuströmen beginnen. Die Folge davon ist ein schlechter Füllungsgrad
solcher Motoren, und zwar in erster Linie in den hohen I)rehzahllrereichen. Dieser
schlechte Füllungsgrad wirkt sich naturgemäß auf die Leistung in nachteiliger Weise
aus. Um ein möglichst restloses Ausscheiden der verbrannten Gase nach ihrer Explosion
aus dem Kompressionsraum zu erzielen, sind eine große Anzahl Vorschläge zur Anwendung
gekommen bzw. Verbesserungen in der Führung der überströmenden Frischgase durchgeführt
worden. Bis zu einem gewissen Grad ist es gelungen, die verbrannten Gasreste aus
dem Kompressionsraum herauszutreiben, um möglichst keine Frischgase mit den Gasresten
in Vermischung und Wiederverbrennung zu bringen. Alle bisher getroffenen Maßnahmen
haben aber nur zum Teil zu befriedigenden
Ergebnissen bzw. KompromiBlösungen
geführt. Ein weiterer Nachteil, der den Zweitaktbrennkraftmaschinen in der bekannten
Bauweise anhaftet, besteht darin, daß das in das Kurbelgehäuse eingelassene Frischgas
nur in ganz geringem Maß, und zwar bis etwa
0,3 atü, vom Kolben vorkomprimiert
werden kann, und daß vor allem die Überströmwege eine derart übermäßig große Länge
aufweisen, daß das im Kurbelgehäuse nur wenig vorkomprimierte Gas, sobald es in
den Kompressionsraum eintritt, er'heblic'h an Druck eingebüßt hat. Dieses letztgenannte
Merkmal ist für die Leistung einer Zweitaktbrennkraftmaschine ganz besonders ausschlaggebend,
denn man muß, um stark vorkomprimiertes Gas zu erhalten, bekanntlich sog. Ladepumpen
an derartige Maschinen anbauen, um die gewünschte hohe Vorkomprimierung des Gemisches
zu erhalten. Derartige Ladepumpenvorrichtungen und die verschiedenartigen Kompressoren
verteuern naturgemäß eine Zweitaktbrennkraftmaschine ganz erheblich, ganz abgesehen
davon, daß derartige Ladepumpen und Kompressoren einen außerordentlich ins Gewicht
fallenden Kraftbedarf benötigen. Es kommt ferner bei Zweitaktbrennkraftmaschinen
in der bekannten Bauart hinzu, daß das Kurbelgehäuse völlig luftdicht aufgebaut
sein muß, so daß das eingesaugte Gasgemisch restlos für die Zylinderfüllung zur
Verfügung steht. Vor allem ist es bekanntlich schwierig, die beiderseitigen Kurbelwellenlagerungen
im Kurbelgehäuse sicher abzudichten.
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Zusammenfassend wird festgestellt, daß Zweitaktbrennkraftmaschinen
in ihrer bisherigen Bauweise zwar gegenüber den Viertaktbrennkraftmaschinen bekanntlich
bedeutend einfacher sind, aber in . ihrem Wirkungsgrad zu wünschen übriglassen,
da es bisher nicht gelungen ist, möglichst reine Frischgase in den Zylinderraum
einzubringen bzw. nur solche Gase der Verbrennung zuzuführen.
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Die nach der Erfindung in Vorschlag gebrachte Zweitaktbrennkraftmaschine
ist dadurch gekennzeichnet, d'aß ein im Zylinder geführter Stufenkolben eine Längsbohrung
aufweist, von deren Abschlußstelle mehrere Durchlässe abzweigen, die sich in der
oberen Totpunktstellung des Stufenkolbens mit im Innern des Zylinders vorgesehenen
Überströmkanälen decken, welch letztere in den Kompressionsraum einmünden, und_
daß ferner die Durchlässe in der unteren Totpunktstellung des Kolbens in den Bereich
eines die Frischgase ansaugenden Ringkanals gelangen, derart, daß die durch die
Längsbohrung des Kolbens geleiteten Frischgase in einen über den Kolben befindlichen,
gegenüber dem Kompressionsraum größeren Hohlraum einströmen, um in letzterem durch
den oberen Teil des Kolbens während des Arbeitshubs nach Art der bekannten Ladepumpen
vorverdichtet zu werden.
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Ein anderes Kennzeichen der Erfindung ist darin zu erblicken, daß
der Kompressionsraum unterhalb des Gasgemischverdichtungsraumes liegt. Diese Anordnungsweise
bewirkt, daß der Arbeit leistende Hub des Kolbens in Richtung nach dem Zylinderdeckel
zu erfolgt utid damit die Möglichkeit geschaffen worden ist, die Überströmkanäle
in das Innere des Arbeitszylinders zti verlegen und ferner wesentlich kürzer zu
halten, als dies bei den bekannten Zweitaktbremikraftmaschinen möglich ist. Außerdem
können diese Überströmkanäle in größerer Anzahl als bisher angeordnet und so geführt
werden, daß die verbrannten Gasreste durch die unter 'hohem Druck einströmenden
Frischgase von unten her brausenartig in die Ablaßkanäle getrieben werden. Durch
dieses Vorsichherschieben der verbrannten Gase in zentraler Richtung durch die Frischgase
können sich erstere auch nicht mehr teilweise nach jedem Arbeitshub im Zylinder
aufhalten, sondern werden aus dieseln zwangsweise und restlos entfernt. Dies bewirkt
einen günstigen Wirkungsgrad der Brennkraftmaschine, insbesondere in den Drehzahlbereichen
über 13ooUmdr./min. Da bei der neuen Maschine der Kurbelraum zur Gemischverdichtung
nicht mehr herangezogen wird, kommen sämtliche Luftabdichtungsmittel.in Wegfall.
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In der Zeichnung ist der Erfindungsgegenstand in einer Ausführung
beispielsweise dargestellt, und zwar zeigt Abb. i einen Zweitaktmotor im Längsschnitt
bei obenstehendem Stufenkolben.
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Abb.2 denselben \lotor bei untenstehendem Kolben und Abb. 3 einen
Schnitt nach Linie A-B der A11. 2. während in Abb. 4 der gleiche Motor in gedrängterer
Form, jedoch in einem etwas größerem Maßstab dargestellt ist.
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Im Zylinder i befindet sich ein Stufenkolben mit einem oberen Kolbenteil
2 und einem unteren im Durchmesser geringeren Koll>enteil2', an dessen unterem Ende
ein geschlitztes Lagerauge 3 vorgesehen ist. In letzterem ist die Pleuelstange 4
drehbar gelagert. Diese Pleuelstange .[ ist durch eineu Bolzen 5 zwischen einer
als Kurbelwelle ausgebildeten Schwungmasse 6 ebenfalls drehbar gelagert. Diese Kurbelwelle
ist in bekannter Weise von einem Gehäuse 7 umgeben, wobei die Antriebswelle 8 seitlich
aus dem Gehäuse 7 herausgeführt ist. Zwischen dem Gehäuseflansch 9 und dein am Zylinder
i angeordneten Flansch io sitzt eine Platte ii. In letztere ist ein im Querschnitt
halbkreisförmiger Ringkanal 12 eingearbeitet. Von diesem läuft ein Kanal 13 ab,
der in einem Stutzen 14 endigt. An letzterem wird der Vergaser (hier nicht dargestellt)
befestigt. Der Zylinder reicht mit seinem Unterteil i' durch die Platte i i bis
zur Unterkante i" hindurch. Im Bereich des Ringkanals 12 sind in dem Unterteil i'
des Zylinders i etwa vier Bohrungen bzw. ovale Löcher 15 vorgesehen.
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Im Stufenkolben 2, 2' ist hubraumseitig eine Sacklochbohrung 16 angeordnet,
die einen bestimmten Durchmesser aufweist. Unmittelbar über dem Grund der Bohrung
16 sind etwa vier schlit%-artige Öffnungen 17 eingearbeitet, die in der oberen Endstellung
des gesamten Stufenkolbens 2, 2' sich mit kurzen Überströmkanälen 18 decken. Letztere
münden in den Kompressionsraum i9 ein. Unmittelbar unter der Kante 2" des oberen
Kolbenteiles
2 sind die Auspuffschlitze 2o, 21 in der Zylinderwand
i angeordnet (Kolbenstellung gemäß Abb. i).
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In der oberen Endstellung dies Kolbens 2, 2' befinden sich etwa zwei
Kolbenringe22, 23 des unteren Kolbenteiles 2' oberhalb der Überströmkanäle 18 und
ebensoviel Ringe 22', 23' unterhalb derselben. Der obere, im Durchmesser größere
Kolbenteile weist zweckmäßig ebenfalls zwei Kolbenringe 24, 25 auf. Die Zündkerze
26 ist beim dargestellten Ausführungsbeispiel schrägseitig in einen Überströmkanal
18 eingesetzt. Der gesamte Zylinder i ist mit Kühlrippen 27 versehen, die im Bereich
des Kompressionsraumes im Durchmesser größer gehalten sind als im Bereich des oberen
Zylinderteiles, d.h. im Bereich des Gemischverdichtungsraumes.
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Die Wirkung der vorerläuterten Maschine ist folgende: In der oberen
Endstellung des Stufenkolbens 2, 2' gemäß Abb. i und .4 werden die verbrannten Gasreste
durch die Auspuffschlitze 2o, 21 ausgetrieben, und zwar durch das unter einem bestimmten
hohen Vorverdichtungsverhältnis im Raum 28 und in der Bohrung 16 befindliche Gasgemisch,
welches von oben her in die Bohrung 16 des Stufenkolbens 2, 2' einläuft und durch
die kurzen Überströmkanäle 18 in den Kompressionsraum gedrückt wird. Die erhöhte
Verdichtung des Gemisches wird im Raum durch den einen bestimmten Durchmesser aufweisenden
Kolben 2 während des eigentlichen Arbeitshubes der Maschine erreicht.
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Beim Abwärtsgang des Kolbens wird das in den Kompressionsraum i9 eingelassene
Gemisch verdichtet, und zwar bis zur Stellung des Kolbens 2 gemäß Abb. 2. Ist letzterer
in seiner untersten Stellung angelangt, erfolgt die Zündung des komprimierten Gemisches.
Im gleichen Zeitpunkt decken sich die Öffnungen 15 des Zylinders mit den Öffnungen
17 des Kolbenteiles 2'. Dies hat zur Folge, daß Frischgase in die Bohrung 16 des
Kolbens 2' eindringen, die anschließend in den nunmehr freien Raum 28 über dem Kolben
2 einströmen. Sobald die Zündung stattgefunden hat und der Stufenkolben arbeitsleistend
nach oben getrieben wird, erfolgt die Überschreitung der Öffnungen 15 mit der Wirkung,
daß die Zufuhr von Frischgasen abgeschlossen ist. Die Kolbenringe 22, 23 und
22', 23' sorgen dafür, daß der untere Stufenkolbenteil 2' in der bekannten
Art völlig abgedichtet ist.
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Die bisher erläuterteZweitaktbrennkraftmaschine besitzt zwar noch
eine unerwünscht langgestreckte Bauweise. Es steht jedoch, wie aus Abb.4 ersichtlich
ist, nichts im Wege, dieselbe so zu bauen, daß sie von der kurzen Bauweise der bekannten
Maschinen kaum abzuweichen braucht, indem der obere Kolbenteil 2 des Stufenkolbens
im Durchmesser größer und in seiner Länge kürzer gehalten ist als der untere Kolbenteil
e'. Durch diese gedrängtere Bauweise wird die Maschine in vorteilhafter Weise kurzhubig.
Der Stufenkolben besitzt zweckmäßig im Bereich 2" eine Verjüngung, so daß auf diese
'vN'eise ein größerer Kompressionsraum mit einem im wesentlichen zylindrischen Teil
mit der Höhe 2"' und eine günstigere Kühlung dieses Kolbenteils durch die die Längsbohrung
16 durchströmenden Frischgase erzielt werden. Zur Erhöhung dieser Wirkung können,
wie dargestellt, auf der Oberfläche des oberen Stufenkolbenteiles 2 und/oder in
der Längsbohrung 16 Kühlrippen bzw. Kühlkanäle vorgesehen werden. Im übrigen ist
es ohne weiteres möglich, den Zylinder mit einer Wasserkühlung auszurüsten, so daß
auch, von dieser Seite aus betrachtet, bei einer hohen Drehzahl der Maschine die
dabei möglicherweise auftretende hohe Wärme nicht schädlich sein, insbesondere keine
Blockierung derselben zur Folge haben kann.