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Zweitakt-Brennkraftmaschine Die Erfindung betrifft eine Zweitakt-Brennkraftinaschine
mit Spülung durch Luft mittels einer Kolbenspülpumpe, die gegenüberliegend zum Motorzylinder
angeordnet ist.
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Zweck der Erfindung ist, die Kolbenspülpumpe nicht nur zum Spülen
des Motorzylinders mit Luft, sondern zur getrennten Verdichtung und Förderung von
Luft oder Gas heranzuziehen, das während oder nach dem Spülvorgang mit Luft in den
Motorzylinder durch eine getrennte Leitung über ein gentil eingeführt wird. Die
getrennte Einführung von Gas ist deshalb besonders günstig, weil dabei Gasverluste
vermieden und die Leistung des Motors gesteigert werden, indem ein Teil oder die
ganze Gasmenge als Nachlademenge nach Auslaßschluß in den Motorzylinder eingebracht
wird. Bei Dieselmotoren kann auch reine Luft zur Steigerung der Motorleistung durch
die Kolbenpumpe nachgeladen werden.
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Bei dem Zweitaktmotor nach dem Hauptpatent ist gegenüberliegend zum
Arbeitszylinder ein Tauchkolben angeordnet, der von der Kurbelwelle angetrieben
wird und sich entgegengesetzt zum Motorkolben nach dem Kurbelraum zu bzw. davon
weg bewegt. Auf dem äußeren Ende des Tauchkolbens ist ein weiterer Kolben in Scheibenform
aufgesetzt, dessen Innenfläche beim Einwärtsgang gegen eine feste Wand arbeitet
und hierbei die Spülluft für den Motorzylinder verdichtet. Die Außenfläche des Scheibenkolbens
dient erfindungsgemäß
in weiterer Ausgestaltung des Motors nach
dem Hauptpatent ebenfalls als Pumpenkolben und arbeitet gegen den Zylinderdeckel
des Pumpenzylinders, der mit einem automatischen Saugventil für das Einlassen des
Gases ausgerüstet ist.
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Der Antrieb des Tauchkolbens und damit des Pumpenkolbens erfolgt vorzugsweise
mittels eines Exzenters und einer Exzenterstange von der Kurbelwelle aus, um kleine
Hubbewegungen des Pumpenkolbens und damit kleine Ausladungen des Pumpenzylinders
zu erhalten.
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Im Motorzylinder beginnt die Verdichtung der Luftladung erst nach
Abschluß der Auslaßkanäle durch den Arbeitskolben, d. h. nach einem Weg des Motorkolbens
von annähernd 25 % seines Hubes nach außen.
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Im Pumpenzylinder beginnt die Verdichtung unmittelbar mit der Bewegungsumkehr
des Pumpenkolbens nach seiner inneren Totpunktstellung. Dadurch, daß die Verdichtung
im Pumpenzylinder früher beginnt als im Motorzylinder und daß sie außerdem auf ein
höheres Verdichtungsverhältnis von beispielsweise io ausgelegt ist gegenüber einem
solchen von etwa 6 im Motorzylinder, ist während des ganzen Förderhubes des Pumpenkolbens
im Pumpenzylinder ein höherer Druck als in dem Motorzylinder vorhanden; der ein
Überströmen von Gas oder Luft gegebenenfalls noch während des Spülvorganges oder
erst nach dem Spülvorgang gestattet. Im letzten Fall dient das Gas oder die Luft
als Nachlademenge und erhöht das Zvlinderladungsgewicht und damit die Motorleistung.
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Da der Weg vom Pumpenzylinderdeckel zum Motorzylinderkopf bei der
Boxerform von Motor-und Pumpenzylinder verhältnismäßig lang ist, ist zur Erzielung
des nötigen Verdichtungsverhältnisses eine Rohrleitung von kleinem Querschnitt für
die Überleitung des Gases nötig. Dieser kleine Querschnitt genügt, da eine lange
Dauer für das Überströmen des Gases zur Verfügung steht und da eine erhöhte Dichte
durch die Steigerung des Druckes im Pumpen- und im Motorzylinder das Gasvolumen
erheblich verringert, so daß sich geringe Strömungsgeschwindigkeiten ergeben.
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Am Motorzylinderkopf kann zum Einlassen des Gases ein automatisches
Gasventil oder ein gesteuertes Gasventil verwendet werden. Letzteres eignet sich
besser für hohe Drehzahlen und für den Fall, daß ein Einströmen von Gas oder Luft
während des Spülvorganges vermieden werden soll, da sonst ein automatisches Gasventil
mit stark vorgespannter Feder nötig wäre, das jedoch Druckverluste des Gases zur
Folge hätte.
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Bei gesteuertem Gasventil im Motorzylinderkopf ist es auch möglich,
statt einer engen Gasleitung einen Gasspeicherraum zwischen Pumpenzylinder und Motorzylinder
anzuordnen, wenn zusätzlich ein Rückschlagventil im Pumpenzylinderdeckel an der
Gasleitung angeordnet wird.
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Der Hubraum der Gaspumpe ist um den Raum, den der Tauchkolben verdrängt,
kleiner als der Hubraum der Spülpumpe, der etwa doppelt so groß ist wie der Hubraum
des Motorkolbens, damit eine Spülluftmenge je Kurbelwellenumdrehung von annähernd
dem i,5fachen des Motorhubraumes in den Motorzylinder gefördert wird. Da nur eine
Gasmenge von ungefähr o,2 bis 0,3 des Motorhubraumes, also von o, r bis o,
i 5 des Gaspumpenhubraumes, benötigt wird, so wird nicht die ganze vom Pumpenkolben
verdichtete Gasmenge in ,den Motorzylinder übergeschoben, sondern der größere Teil
davon entspannt sich bei dem anschließenden Hub des Pumpenkolbens nach innen wieder
unter Arbeitsleistung, so daß keine großen Pumpverluste entstehen. Durch das laufende
Überströmen von Gas . in den Motorzylinder während des Verdichtungshubes des Pumpenkolbens
entsteht im Pumpenzylinder kein wesentlich höherer Druck als im Motorzylinder, so--
daß unnötige Drücke und Temperaturen und damit Leistungsverluste vermieden werden.
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Im folgenden wird die Erfindung an Hand eines Einzylinder-Gasmotors
gezeigt und beschrieben. Es zeigt Abb. i einen Längsschnitt des Gasmotors durch
den Motorzylinder mit automatischem Gasventil und durch den Pumpenzylinder (Motor-
und Pumpenkolben sind in der inneren Totpunktstellung gezeichnet); Abb. 2 einen
Längsschnitt eines ähnlichen Gasmotors durch den Motorzylinder mit gesteuertem Gasventil
im Zylinderkopf und durch den Pumpenzylinder (Motor- und Pumpenkolben sind in der
äußeren Totpunktstellung gezeichnet).
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In den Abbildungen ist i der Motorzylinder, 2 der Motorkolben, 3 die
Pleuelstange und q. der Kurbelzapfen. 5 ist der dem Motorzylinder i gegenüberliegende
Spülpumpenzylinder, in dem der Spülpumpenkolben 6 arbeitet, der gemäß der Erfindung
als Scheibenkolben ausgebildet ist und in der Mitte an einem Tauchkolben 8 befestigt
ist. Der Tauchkolben 8 ist gegen den Kurbelraum zu offen. Die ringförmige innere
wirksame Fläche des Pumpenkolbens 6 arbeitet gegen eine feste Wand des Pumpenzylinders
5 und verdichtet und fördert die Spülluft für den Motorzylinder i. Der Tauchkolben
8 führt und bewegt den Pumpenkolben 6. In -dem Tauchkolben 8 greift die Exzenterstange
9 an, die an dem Exzenter io der Kurbelwelle 7 angelenkt ist. Es ist ersichtlich,
daß der Pumpenzylinder 5 gegenüber dem Motorzylinder i - in Längsrichtung der Kurbelwelle
7 seitlich versetzt ist. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist der Pumpenzylinder
5 auf der vom Schwungrad i i abgelegenen Seite angeordnet. i2 ist die Zündkerze.
13 ist die Gasdruckleitung zwischen Pumpenzylinder 5 und Motorzylinder i
und 1q: das Gasventil, das in Abb. i als automatisches, federbelastetes Rückschlagventil
ausgebildet ist.
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Gemäß der Erfindung wird der Hubraum des Pumpenkolbens 6 annähernd
doppelt so groß wie der Hubraum des Motorkolbens 2 gemacht. Die Kolbenspülpumpe
besitzt einen Speicherraum 15,
in dem :die vom Pumpenkolben 6 vorverdichtete
Spülluft vor dem Öffnen der Spülschlitze des
Motorzylinders i gespeichert
wird. Der Speicherraum 15 wird vorteilhaft größer als der Hubraum des Pumpenkolbens
6 gemacht. In dem Ausführungsbeispiel ist der Hub des Pumpenkolbens 6 etwa halb
so groß wie der des Motorkolbens 2.
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Der Pumpenzylinder 5 besitzt in seiner Umfangswand Saugschlitze 16,
die vom Scheibenkolben 6 aufgesteuert werden und dem Eintritt der Spülluft dienen.
Ihre Höhe beträgt etwa .2o'/& vom Hub des Pumpenkolbens. Die Außenseite der
Kolbenpumpe ist durch den Pumpenzylinderdeckel 17 abgedeckt und dient für
die Förderung undVerdichtung des Gases bzw. der Nachladeluft.
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18 ist ein automatisches Saugventil im Pumpenzylinderdeckel für den
Eintritt des angesaugten Gases. ig sind Spülkanäle und 2o Auslaßkanäle des mit Umkehrspülung
ausgebildeten Motorzylinders.
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21 in Abb. 2 ist ein gesteuertes Gasventil. 22 ist die Ventilfeder,
23 ein Schwinghebel, 2.4 eine Stoßstange und 25 der Nocken auf der Kurbelwelle zur
Betätigung des Gasventils.
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Das Gasventil ist im Fall reiner Nachladung über einen Kurbelwellendrehwinkel
von ioo° geöffnet, also von 6o° nach u. T. bis 2o° vor o. T. des Motorkolbens. Ein
automatisches Gasventil kann über einen Kurbehvellendrehwinkel von ungefähr 13o°
geöffnet sein, d. h. von 3o° nach u. T. bis 2o° vor o. T. des Motorkolbens.
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Durch den Verdichtungsdruck auf die Außenfläche des Pumpenkolbens
werden dessen Massenkräfte nach außen abgefangen und die Exzenter-und Grundlager
entlastet. Motor- und Pumpenkolben, die sich gegeneinander bewegen, ergeben einen
vollen Massenausgleich. Es ist auch möglich, mehrere X-Iotorz_vlinder in der einen
Reihe und Pumpenzylinder in der anderen Reihe nach der Erfindung anzuordnen.
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Bei Mehrzylindermotoren können auch in jeder Reihe sowohl Motorzylinder
als auch Pumpenzylinder abwechselnd angeordnet werden, um eine geringe Baulänge
zu erzielen. Beim Zweizylindermotor hat jede Reihe dabei einen M=otor- und einen
Pumpenzylinder. Der Massenausgleich ist ebenfalls vollständig.
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Die Erfindung eignet sich gleich gut für Gasmotoren oder Dieselmotoren
und auch für Benzinmotoren, wenn ein Benzin-Luft-Gemisch statt eines Gases von der
Kolbenpumpe angesaugt und in den Motorzylinder eingeführt wird.