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Vorzugsweise schlitzgesteuerte Zweitakt-Brennkraftmaschine, besonders
für Kraftfahrzeuge Es sind bereits Zweitakt-Brennkraftmaschinen mit Ladepumpe bekannt,
bei denen die Achsen des Motors und der Pumpe Winkel zwischen o und 9o° miteinander
bilden. Die Pumpen dienen zur Erhöhung der Menge und des Druckes der Spülluft oder
des Gemisches. Sie sind einfach oder doppelt wirkend und eilen dem Motorkolben vor
oder nach. Die bekannten Pumpen, die mit ihrer Unterseite auf die Kurbelkammer wirken,
fördern mit der Oberseite Luft oder Gemisch über besondere Leitungen in den Motorzylinder
oder in die Kurbelkammer eines zweiten Motorzylinders. Die bekannten einfach wirkenden
Pumpen arbeiten mit der Oberseite entweder auf die freie Luft oder auf einen Pufferraum.
Die erforderlichen Leitungen verursachen Druck- und Spülverluste, oder sie verstimmen
den Inhalt der Kurbelkammern gegeneinander in ihrem Schwingungsverhalten.
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Die Erfindung geht aus von einer vorzugsweise schlitzgesteuerten Zweitakt
- Brennkraftmaschine, besonders für Kraftfahrzeuge mit Kurbelkammerpumpe und einer
weiteren doppelt wirkenden Spül-und Ladepumpe, die mit beiden Kolbenseiten auf die
gemeinsame Kurbelkammer arbeitet, und zwar mit der Unterseite unmittelbar und mit
der Oberseite durch besonders zur Kurbelkammer führende überströmleitungen.
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Bei einem derartigen Motor liegt ein Nachteil darin, daß der Ansaugvorgang
nur über die Ladepumpe und damit symmetrisch erfolgt. Er ist also
mit
den dadurch bedingten üblichen Mängeln behaftet. Infolge des Volumens der Ladepumpe
hat er ein größeres Ansaugvolumen; aber auch der Verlustanteil ist dadurch etwas
größer.
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Aufgabe der Erfindung ist für eine derartige Maschine die Verringerung
der Verluste beim Ansaug- und Überströmvorgang.
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Das schafft die Erfindung dadurch, daß die Spül-oder Ladepumpe in
an sich bekannter Weise mit dem Kraftzylinder nacheilend einen Winkel zwischen
30 und 9o° bildet und daß die Oberseite vom Spülpumpenkolben gesteuert wird,
während der eigentliche Einlaß in die Kurbelkammer vom Kraftkolben gesteuert wird.
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Hierbei -können der Kraftmaschinen- und der Pumpenzylinder gleiche
oder verschiedene Inhalte haben.
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Damit die Überströmleitungen von der Pumpe zur Kurbelkammer möglichst
kurz und damit widerstandsarm sind, werden sie erfindungsgemäß als an ihrem Kolben
vorbeiführende Kanäle ausgebildet, deren Öffnungen in den Kurbelkammerraum von der
Kolbenunterkante gesteuert werden.
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Der Einlaß in die Pumpe kann am oder in der Nähe des unteren Totpunktes
angeordnet sein und wird dann von der Pumpenkolbenoberkante gesteuert. Zweckmäßig
ist hierbei der Einlaß in die Pumpe im oberen Totpunkt durch einen Ansatz im Kolbenhemd
verdeckt.
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Der Einlaß kann aber auch auf dem Pumpendeckel angeordnet sein und
sich durch den Unterdruck mit bekannten- Mitteln, wie Klappen, Ventile od. dgl.,
von selbst öffnen.
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Der Motor und die Pumpe können eine gemeinsameAnsaugvorrichtung haben
oder aber getrennte, die wahlweise aus Luftfilter, Vergaser oder ähnlichen Einrichtungen
bestehen können.
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Die Erfindung ist an einem Ausführungsbeispiel für einen einzylindrigen
Zweitakt-Ottomotor mit Gemischverdichtung und mit einer Ladepumpe dargestellt, und
zwar zeigen Abb. z und 2 Längsmittelschnitte in verschiedenen Stellungen, Abb. 3
das Kurbelkammerdruckdiagramm.
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Der Motorzylinder ro hat einen Kolben i i, der mit dem Pleuel 12 auf
die Kurbelwelle in der Kurbelkammer 13 arbeitet. An dieses Pleuel ist das
Pleuel 1q. der Ladepumpe bei 15 angelenkt, die den Kolben 16 im Pumpenzylinder
17 .enthält. Der Ladepumpenzylinder ist durch den Deckel 1.8 abgeschlossen.
Von der Oberseite des Kolbens 16 führen Kanäle r9 am Kolben 16 vorbei, die ihre
in den Kurbelkammerraum 13 führenden Öffnungen 2o haben. Der Motor saugt über eine
Einlaßöffnung 21, die Ladepumpe über eine Einlaßöffnung 22 an. Aus dem Kurbelkammerraum
13 führen die üblichen Überströmkanäle in den Kraftmaschinenzylinder und münden
bei 23. Die Abgase entweichen durch den Auslaß 2q.. Motor- und Ladepumpenachse bilden
in dem Ausführungsbeispiel einen Winkel von 75°.
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Die Brennkraftmaschine hat folgende Arbeitsweise: In Abb. r ist das
Ansaugen in dieLadepumpe dargestellt, während im Motorzylinder der zweite Teil des
Spülens und des Auslassens vor sich geht. Gemäß den Pfeilen laufen die Bewegungen
ab.
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In Abb.2 ist das Überströmen aus dem Verdichtungsraum der Pumpe 17
auf der Kolbenoberseite durch die Kanäle 16 in den Kurbelkammerraum 13 dargestellt,
während der Ansaugvorgang vom Motorzylinder 1o in die Kurbelkammer 13 gerade abgeschlossen
ist. Im oberen Totpunkt der Ladepumpe 17 ist der Einlaßschlitz 22 in die
Pumpe 17 durch einen Ansatz 25 verdeckt.
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Der Motor hat die übliche Bauart.
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Die Oberseite des Pumpenkolbens 16 wirkt auf den üblichen Pumpenverdichtungsraum
der zur Aufladung des Motors über die Kurbelkammer 13 herangezogen wird. Um den
unteren Totpunkt herum saugt nämlich die Ladepumpe 17 über einen zweiten Vergaser
oder über ein Verbindungsstück aus demselben Vergaser wie der Motor Gemisch an,
wobei die Ansaugzeiten hintereinander liegen. Dieses Gemisch wird bis in den Arbeitstakt
des Motorzylinders hinein verdichtet. Es strömt, wie oben dargelegt, aus dem Verdichtungsraum
der Ladepumpe in .die Kurbelkammer und ruft so kurz vor Beginn des überströmens
nochmals eine wesentliche Drucksteigerung hervor. Während" des Überströmens arbeiten
beide Kolben auf die Kurbelkammer, zum Schluß nur noch der Pumpenkolben, der damit
die beginnende Saugarbeit des Motorkolbens bis zum Abschluß des Überströmens aufhebt.
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Die Wirkung der Brennkraftmaschine gemäß der Erfindung ist aus dem
Druckverlauf in der Kurbelkammer während einer Umdrehung abzulesen, der in Abb.3
dargestellt ist. Die Abb.3 zeigt diesen Druckverlauf ohne Ladepumpe und mit Ladepumpe.
Über den beiden Kurven sind die Einlaß-, Überström- und Auslaßvorgänge dargestellt.
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Die Einlaßsteuerzeit um den oberen Totpunkt und die Überströmsteuerzeit
um den unteren Totpunkt entsprechen einander; sie betragen etwa 2X 6o°. Durch die
Symmetrie wird bewirkt, daß am Ende .des Einlasses Gemisch aus der Kurbelkammer
in den Vergaser zurückgedrückt und am Ende des Spül- und Ladevorganges Gemisch aus
dem Zylinder in die Kurbelkammer zurückgesaugt wird.
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Die Versetzung von z. B. 7.5° kommt dadurch zustande, daß während
der zweiten Hälfte des Ansaugvorganges, wenn sich der Motorkolben bereits wieder
auf dem Wege zum unteren Totpunkt befindet, die durch ihn erzeugte Verdichtung auf
die -Kurbelkammer durch den ausweichenden Ladekolben aufgehoben werden muß, damit
der Unterdruck in der Kurbelkammer über den 'gesamten Einlaßvorgang aufrechterhalten
bleibt. Dasselbe gilt für das Überströmen 18o Kurbelgrade später. Hier hebt der
Ladekolben den durch den Aufwärtsgang des Motorkolbens beginnenden Unterdruck in
der Kurbelkammer auf. Aus der Abb.3 ist diese Verschiebung der Wendepunkte zwischen
Unter- und Überdruck in der Kurbelkammer
zu ersehen, und zwar wird
der Beginn des Überdrucks in der Kurbelkammer bis zum Schließen des Einlaßkanals
hinausgezögert, während auf der anderen Seite der Überdruck in der Kurbelkammer
so lange aufrechterhalten bleibt, bis die Überströmkanäle durch den Motorkolben
wieder geschlossen sind. Dieser Steuerung des Über- und Unterdrucks in der Kurbelkammer
ist der Nachladevorgang durch die Ladepumpe überlagert, und zwar derart, daß das
Überströmen des Gemisches von der Pumpe in die Kurbelkammer mit geringer Überschneidung
unmittelbar an den Einlaßvorgang in die Kurbelkammer von der Motorseite her anschließt.
Der Ansaugvorgang zur Füllung der Pumpe ist von diesem Vorgang getrennt und fällt
zeitlich etwa mit der zweiten Hälfte des Auspufftaktes und der beginnenden Verdichtung
zusammen. Die Lage der einzelnen Takte ist aus der Abb. 3 deutlich ersichtlich.
Die wesentlich erhöhten Spüldrücke in der Kurbelkammer kommen erstens durch das
bessere Verdichtungsverhältnis der Kurbelkammer zustande, auf die jetzt zwei Kolben
verdichtend einwirken; zweitens aus dem 1i achladen durch die Ladepumpe. Zusammen
mit der Unsymmetrie des Steuerdiagramms infolge des Nacheilens des Ladepumpenkolbens
ergibt sich daraus eine beträchtliche Leistungsverbesserung des Motors, verbunden
mit einer fühlbaren Verbrauchssenkung.
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Der Motor hat auch einen guten Leerlauf, da durch die Ladepumpe auch
bei kleinsten Drehzahlen eine gute Füllung der Kurbelkammer vorhanden ist, die durch
die wesentlich erhöhten Spüldrücke auch tatsächlich bis an die Zündkerze hingelangt.
In gewisser Hinsicht nähert sich der Motor hier dem Viertakt-Verfahren, da er durch
die Ladepumpe einen gleichwertigen Ansaugtakt besitzt, der über den ganzen Drehzahlbereich
eine gleichwertige Füllung der Kurbelkammer gewährleistet, unabhängig von dem mehr
drehzahlabhängigen Wirkungsgrad des Einlasses in die Kurbelkammer von der Zylinderseite
her. Auch dieser Einlaßvorgang ist jedoch wesentlich dadurch verbessert, daß während
der gesamten Einlaßzeit in der Kurbelkammer Unterdruck herrscht, das Zurückdrücken
des gerade angesaugten Gemisches in den Vergaser also nicht mehr möglich ist.
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Die Unterseite des Pumpenkolbens 16 erzeugt also in Verbindung mit
der Kurbelkammer 13 und dem Motorkolben i i eine Unsymmetrie des Steuerdiagramms
und ersetzt damit voll einen Drehschieber für den Einlaß- und Überströmvorgang.
Die beiden Pleuel des Motorkolbens und des Pumpenkolbens sind entweder auf demselben
Zapfen gelagert, oder das Pumpenpleuel 1q. wird an das Motorpleuel, wie dargestellt,
kurz angelenkt. In diesem Fall wird auch noch eine Unsymmetrie des Einlasses in
die Ladepumpe erzielt, die etwa i i° beträgt, d. h. der Einlaß in die Pumpe öffnet
etwa 76° vor dem unteren Totpunkt, während er bereits etwa 65° nach dem unteren
Totpunkt wieder geschlossen wird. Aus den angesetzten Überschneidungen zwischen
den einzelnen Steuerzeiten ergibt sich wieder der Winkelbereich zwischen 3o und
go° zwischen Motor- und Ladepumpenachse. Darunter und darüber hinaus würde die durch
diese Anlenkung erzeugte Unsymmetrie des Kurbelkammerdruckdiagramms nicht mehr in
dem erforderlichen Maß erzielt werden können.
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Statt der Schlitzsteuerung für den Einlaß in den Ladezylinder kann
auch eine Ventil-, Klappen- oder Lamellensteuerung im Deckel der Ladepumpe angebracht
werden. Diese Anordnung hätte den Vorteil einer besseren Füllung durch Vergrößerung
des Ansaugwinkels der Ladepumpe bei gleichzeitiger Herabsetzung der Ansauggeschwindigkeit
und Verringerung des Arbeitsaufwandes für den Ansaugvorgang.
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In der beschriebenen Arbeitsweise des Motors sind nun noch ohne große
Änderungen folgende Variationen möglich: a) der Motorkolben saugt ein etwas überfettetes
Gemisch an, während der Pumpenkolben nur Luft pumpt; b) der Motor fördert Luft,
die Ladepumpe Gemisch. Diese Anordnung hätte den wesentlichen Vorteil, daß der Motorzylinder
zunächst mit Luft vorgespült, gekühlt und dann erst mit Gemisch aufgeladen wird.
Durch den überströmvorgang aus dem Pumpenraum in die Kurbelkammer wird außerdem
eine recht gute Gemischaufbereitung bewirkt, die bis in den höchsten Drehzahlbereich
hinein wirksam ist; c) die überströmkanäle im Motorzylinder können so angeordnet
sein, daß sie vor dem Auslaß von dem niedergehenden Kolben freigegeben werden.
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Die Vorteile der Erfindung können in folgende Punkte zusammengefaßt
werden: a) Unsymmetrie des Steuerdiagramms bis auf den Auslaß- und Überströmvorgang;
b) wesentlich erhöhte Unterdrücke und Spüldrücke in der Kurbelkammer und Aufladung
durch die Ladepumpe; c) sehr gute Gemischaufbereitung, gleichgültig ob die Zylinder
beide mit Gemisch oder der eine oder andere von ihnen mit Luft arbeitet; d) verbesserte
Schmierung und Kühlung durch erhöhten Gemischdurchsatz und erhöhten Druck in der
Kurbelkammer; e) besserer Massenausgleich als bei einer Einzylindermäschine; f)
keine Erhöhung der Anzahl der Kanäle und Steuerorgane im Motor.
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Die Erfindung ist auf Motoren mit Selbst- oder mit Fremdzündung anwendbar.