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Zweitakt-Brennkraftmaschine Die Erfindung betrifft eine Zweitakt-Brennkraftmaschine,
bei der nach Patent 846 632 jedem Arbeitszylinder ein Spülpumpenkolben bzw.
eine Spülpumpen'kolbenseite zugeordnet ist und jeder Spülpumpenkolben sowohl Spülluft
von niedrigem Druck über eine Spülluftleitung als auch Nachladeluft von höherem
Druck über eine Nachladeluftleitung fördert. Dabei kann der Spülpumpenkolben mit
einer Pleuelstange von dem Kurbelzapfen eines Arbeitszylinders, durch Anlenkung
von der Pleuelstange eines Arbeitskolbens oder von einem gesonderten Kurbelzapfen
bzw. Exzenter angetrieben werden. Die Kolbenspülpumpen können eine beliebige Lage
haben, beispielsweise alle in der vorderen. Motorhälfte angeordnet sein. Sie können
auch in V- oder Sternform oder in einer Reihe unter einem Winkel zu der Reihe
der Arbeitszylinder oder dieser entgegengesetzt angeordnet werden. Es besteht auch
die Möglichkeit, die Spülpumpenkolben von einer besonderen Kurbel- oder Exzenterwelle
anzutreiben.
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Die Erfindung besteht im wesentlichen darin, daß der Spülpumpenkolben
als Stufenkolben ausgebildet ist und mit seiner größeren Kolbenfläche Spülluft und
mit seiner kleineren Kolbenfläche Einblaseluft für den Kraftstoff zu dem zugeordneten
Arbeitszylinder fördert, wobei der Kraftstoff dem Einlaßorgan für die Einblaseluft
vorgelagert ist.
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Eine besonders einfache Ausführungsform der vorliegenden Erfindung
besteht darin, daß der Stufenkolben dem zugeordneten Arbeitskolben 9o° vorauseilt
und seinen oberen Totpunkt erreicht, wenn der zugehörige Arbeitskolben in seinem
Verdichtungshub 9o° vor seinem oberen Totpunkt sich befindet. Dadurch erfolgt das
Einblasen des Kraftstoffes in den Arbeitszylinder nach Auslaßschluß. Verluste an
Kraftstoff- und Einblaseluft bzw. Nachladeluft
durch den Auslaß
sind daher nicht vorhanden. Das Einblasen des Kraftstoffes durch Luft von erhöhtem
Druck bewirkt eine besonders gute Zerstäubung, so daß der Motor auch bei niedrigsten
Drehzahlen ein großes Drehmoment abgibt und jederzeit gut angelassen werden kann.
Die N achladeluft als solche erhöht ebenfalls noch das Motordrehmoment.
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Im folgenden werden verschiedene Ausführungen der Erfindung an Hand
von Abbildungen beschrieben. Es zeigt Abb. i einen Querschnitt durch Arbeitszylinder
und. Pumpenzylinder mit der äußeren Einblasestellung des Stufenkolbens, Abb. 2 ein
von einer oben liegenden Nockenwelle gesteuertes Eimblaseventil, Abb. 3 ein Steuerdiagramm
des Motors, Abb. 4 ein Druck-Weg-Diagramm der Einblaseluft im Einblasepumpenzylinder,
Abb. 5 und 6 einen Querschnitt durch Arbeits- und Pumpenzylinder mit dem Stufenkolben
in Abb. 5 im Saughub und Abb. 6 im Förderhub, Abb.7 einen Querschnitt durch Arbeits-
und Pumpenzylinder mit Steuerung des Einblasens durch einen Drehschieber, wobei
der Drehschieber und der Stufenkolben in der Einblasestellung sind, Abb. 8 einen
Teilschnitt durch den Einiblasedrehschieber nach Abb. 7 in der Stellung für den
Abschluß der Einblaseöffnung, Ahb. 9 ,einen Querschnitt durch den Arbeits- und Pumpenzylinder
mit einem Einblaseventil mit unten liegender Nockenwelle, wobei das Einblaseventil
und der Stufenkolben in der Ein.blasestellung sind, Abb. io einen Querschnitt durch
Arbeits- und Pumpenzylinder mit nach innen gerichtetem Förderhub des Stufenkolbens
für das Einblasen, wobei der Stufenkolben am äußeren Ende seines Saughubes für die
Einblaseluft ist, Abb. i i einen Teilschnitt durch den Spülluftdrehschieber des
Motors nach Abb. io in der Einlaßstellung, Abb. 12 einen Querschnitt durch den Motor
nach Abb. io mit Stellung des Stufenkolbens in der inneren Einblasestellung, Abb.
13 einen Teilschnitt durch den Spülluftdrelischieber des Motors nach Abb. io in
der Auslaßstellung.
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Im folgenden wird zunächst die Motorausführung nach Abb. i, 5 und
6 beschrieben. Es handelt sich dabei um eine Ausführungsform des Stufenkolbens,
dessen Förderhub für die Einblaseluft nach außen gerichtet ist.
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In Abb. i ist i der Arbeitszylinder, 2 der Spülpumpenzylinder, 3 der
Einblasezylinder, 4 der Stufenkolben. Der Drehsinn der Kurbelwelle ist durch einen
Pfeil angegeben. 5 ist die Einblasedruckleitung vom Einblasezylinder zum Einblaseventil
6 des Arbeitszylinders. 7 ist die Kraftstoffpumpe, die den Kraftstoff jedem Arbeitszylinder
für jede Motorumdrehung je nach der Belastung zumißt und ihn durch die Kraftstoffdruckleitung
8 dem Einblaseventil vorlagert. Der Stufenkolben fördert mit seiner äußeren Kolbenfläche
mit dem kleineren Durchmesser die Einblaseluft und mit der Ringfläche mit dem größeren
Außendurchmesser die Spülluft. Beide Kolbenflächen haben Kolbenringdichtung.
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In Abb.5 ist ein Motor gezeigt, bei dem der Stufenkolben durch einen
Vergaser ein Kraftstoff-Luft-Gemisch in den Einblasezylinder 3 ansaugt und dieses
dem Arbeitszylinder zudrückt. Der Stufenkolben befindet sich im Saughub. 9 ist wieder
ein Ausschnitt eines von der Kurbelwelle angetriebenen Drehschiebers für die Steuerung
des Einlasses der Spülluft. Der Weg der vom Stufenkolben 4 angesaugten Spülluft
ist durch einen Pfeil dargestellt. Gleichzeitig wird in dem Einblasepumpenzvlirrder
3 durch den Saughub der kleineren Kolbenfläche des Stufenkolbens ein Unterdruck
erzeugt. Bei dem weiteren Saughub des Stufenkolbens nach innen legt erden Saugkanal
io vom Vergaser i i frei. Der Einblasepumpenzylinder füllt sich mit einem Kraftstoff-Luft-Gemisch
auf.
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Die Abb. 6 zeigt denselben Motor beim Förderhub der beiden Kolbenflächen
des Stufenkolbens. 12 ist wieder ein Ausschnitt des Spülluftdrehschiebers zum Steuern
des Austritts der Spülluft aus dem Spülpumpenzylinder. Der Weg der vom Stufenkolben
geförderten Spülluft in den Spülluft@aufnehmer 13 ist durch einen Pfeil dargestellt.
Die Ein- und Auslaßzone des Spülluftdrehschiebers liegen wieder in dessen Längsrichtung
nebeneinander.
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Im ersten Teil des Förderhubes überfährt und schließt der Stufenkolben
den Saugkanal io, der vom Vergaser kommt, und beginnt damit die Verdichtung des
angesaugten Gemisches, das er bei seinem weiteren Förderhub dem Arbeitszylinder
zudrückt. Kurz ehe der Stufenkolben seinen äußeren Totpunkt nach Abb. i erreicht,
hat er die Ein.blaseluft so hoch verdichtet, daß der rasch ansteigende Druck der
Einblaseluft das Eimblaseventil 6 gegen die Kraft seiner Ventilfeder 14 öffnet und
das Einblasen des Kraftstoffes oder des Kraftstoff-Luft-Gemisches beginnt.
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Die Abb. 3 zeigt wieder ein Steuerdiagramm des Motors. In diesem Diagramm
ist 23 der Kurbelkreis, 24 der Kurbelwinkel für den Vorauslaß, wobei nur die Auslaßkanäle
aufgesteuert sind, 25 der Kurbelwinkel für die Spülung, 26 der Kurbelwinkel für
den Nachauslaß, wobei die Spülkanäle, aber noch nicht die Auslaßkanäle geschlossen
sind, und 27 der Kurbelwinkel für das Nachladen bzw. für das Einblasen des Kraftstoffes
nach Abschluß aller Spül-und Auslaß'kanäle. Abb. 4 zeigt wieder ein Druck-Weg-Diagramm
des Einblaseluftdruckes im Einblasezylind'er.
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Im Gegensatz zu der Ausführung nach Abb. 5 und 6 legt der Einblasepumpenkolben
nach Abb. i kurz vor dem inneren Ende seines Saughubes einen Saugkanal von der Höhe
21 zum Ansaugen von Luft aus dem Spülpumpen.zylinder frei. Die Einblaseluftmenge
wird hier somit zusammen mit der Spülluftmenge durch den Spülluft,drehscliieber
angesaugt. 22 in Abb. i ist .der nutzbare Hub des Einblasepumpenkolbens.
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Nach der Bewegungsumkehr des Stufenkolbens nach seiner äußeren Einblasestellung
fällt der Druck der Einblaseluft im Einlilasezvlinder und in der Einblasedruckleitutig
durch
Entspannung wieder rasch ab, so daß das Einblaseventil von seiner Feder geschlossen
wird. Das Einblaseventil wird somit wieder durch den Druck der Einblaseluft und
damit von der Beweguni` des Stufenkolbens gesteuert.
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Der Drehschieber der Spülptimpenzylirnder für die Steuerung der Spülluft
ist bei Mehrzylindermotoren für alle Spülpumpenzvlinder gemeinsam und geht längs
des -Motors über den Spülpumpenzylindern durch.
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Die `"entilfeder 1d des von dem Druck der Einblaseluft gesteuerten
Einblaseventils 6 ist so stark vorgespannt, daß das Einblaseventil erst nach Abschluß
der Auslaßkanäle durch den Arbeitskolben von dein ansteigenden Einblaseluftdruck
aufgesteuert wird und die Kraftstotfeinblasung beginnt. Dadurch werden Verluste
an Kraftstoff und Einblaseluft vermieden. Die Einblaseluft bzw. das Einblasegeniiscli
wirkt somit als Nachlademenge zur Steigerung der Leistung und des Drehmomentes des
Motors.
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Um den Einblasungs- Lind Zerstäubungsvorgang besonders wirkungsvoll
zu gestalten, beginnt das Einsblasen erst einige Zeit, nachdem der Einblasepumpenl,ollien
die Saugkanäle des Einblasepumpenzylinders überfahren und die Einblaseluft verdichtet
hat. Diese Verdichtung wird durch eine erhöhte Spannung der Ventilfeder erreicht.
Bei durch Nocken gesteuerten Einblaseventilen wird diese Verdichtung dadurch erreicht,
daß das Einblaseventil erst einige Zeit nach Überfahren der Einblasepumpenzylinderkanäle
durch den Einblasepurnpenkolben vom :Nocken geöffnet wird.
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Durch den Winkel von 9o° zwischen beiden Zylindern und die Anlenkung
des Stufenkolbens am Kurbelzapfen eilt der Stufenkolben dem Arbeitskolben um 9o°
voraus. Dabei findet beim Förderhub des Stufenkolbens für die Spülluft im Arbeitszylinder
der Spülvorgang statt. Dieser Vorgang, daß der zugeordnete Stufenkolben dem Arbeitszylinder
die Spülluft während der Spülung zuschiebt, ist für Einzylindermotoren von Bedeutung,
kann aber auch bei llehrzylin<lermotoren stattfinden, so daß jeder Spülliumhenzylin(ler
zu dem zugeordneten Arbeitszylinder die Spülluft und die Einblaseluft fördert. liei
@lclirzylinderinotoren können mit Vorteil alle Spülpumpen die Spülluft in einen
gemeinsamen Spülluftaufnehmer fördern, während die Einblasepumpen die Einblaseluft
ihren zugeordneten Arbeitszylindern zudrücken.
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Die Anordnung des lfotors nach Abb. i, 5 und 6 mit einem \\'inkel
von 9o° zwischen beiden Zylindern ergibt wieder die -Möglichkeit des -Massenausgleichs
der hin und her gehenden -?assen des Arbeitszylinders und des Pumpenzylinders in
Verbindt:ng mit Gegengewichten der Kurbelwelle.
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In Abb. 2 ist 6 wieder ein von einer oben liegenden Nockenwelle i,5
betätigtes Einblaseventil.
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Die Abb. 7 und 8 zeigen einen i\-lotor mit Steuerung der Einhlaseluft
durch einen Drehschieber. Der Dreliscliiel)er 1ö wird mit der Untersetzung i : 2
von der Kurbelwelle angetrieben. In Abb. 7 ist der Drehschieber t6 und der Sttifenkollien
4 in der Einblasestellung gezeichnet. Die Abb. 8 zeigt den Einblasedrehschieber
16 in seiner Stellung beim Abschluß der Einblaseöffnung 17 des Arbeitszylinders.
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Die Abb. 9 zeigt einen Motor mit einem seitlich am Arbeitszylinder
angeordneten stehenden Einblasevetitil 18, das von einer unten liegenden Nockenwelle
i9 betätigt wird.
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Im Gegensatz zu den bisher beschriebenen Ausführungen des Stufenkolbens
zeigt die Abb. io einen Stufenkolben 2o, bei dem der Förderhub für die Spülluft
nach außen gerichtet ist, während der Förderhub des Stufenkolbens für die Einblaseluft
nach innen gerichtet ist. Die Ein- und Auslaßsteuerung der Spülluft erfolgt durch
einen Drehschieber 28. Durch denselben Drehschieber erfolgt auch die Steuerung des
Eintritts der Einblaseluft bzw. des Einblasegemisches in den Einblasepumpenzylinder
29 mit Hilfe eines durch den Drehschieber gehenden Steuerkanals.
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Die Abb. i i zeigt in einem Teilschnitt den Spülluftdrehschieber 28
des Motors nach Abb. io in der Einlaßstellung für die Spülluft. Der Weg der Spülluft
durch den Steuerd-reh,schieber in den Spülpumpenzylinder ist durch einen Pfeil dargestellt.
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Die Abb. 12 zeigt den Motor nach Abb. io, wobei jedoch der Stufenkolben
2o sich in seiner inneren Einblasestellung befindet. Der Druck der Einbla.seluft
hat das Einblaseventil 6 geöffnet.
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Die Abb. 13 zeigt den Spülluftdrehschieber des Motors nach
Abb. 1o bzw. 12 in der Auslaßstellung. Der Weg der Spülluft vom Spülpumpenzylinder
durch den Spülluftdrehschieber in den Spülluftaufnehnier ist durch einen Pfeil dargestellt.
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Auch hierbei ist es von großem Vorteil, wenn beim Antrieb des Stufenkolbens
vom Kurbelzapfen aus der Hub des Arbeitskolbens und damit auch der des Stufenkolbens
kleiner als die Bohrung des Arbeitszylinders gemacht wird. Dadurch wird die Einblasedruckleitung
wesentlich kürzer. Infolgedessen wird die in den Arbeitszylinder einströmende Einblaseluftmenge
größer und die Steuerung der Einblaseventile durch den Druck der Einblaseluft besser.
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Der Kraftstoff wird durch eine Kraftstoffpumpe jedem Arbeitszylinder
für jeden Arbeitshub entsprechend der Belastung zugemessen und vor dessen Einblaseluftventil
vorgelagert oder in der Saugleitung des Ein,blasepumpenzylinders der Einblaseluft
zugesetzt und mit dieser als Kraftstoff-Luft-Gemisch vom Stufenkolben angesaugt
und in den Arbeitszylinder gefördert. Da die Kraftstoffpumpe gegen nur niedrigen
oder gar keinen Druck oder sogar gegenüber Unterdruck arbeiten muß, so kann sie
von einfachster Bauart sein.
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Die Bildung eines Kraftstoff-Luft-Gemisches in der Saugleitung der
Einblasepumpe kann bei Ein-und Mehrzylindermotoren für jeden PumpenzYlinder getrennt
oder mit Hilfe einer gemeinsamen Saugleitung für alle gemeinsam erfolgen.
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Bei Verwendung eines Vergasers wird die Kraftstoffmenge beispielsweise
durch Betätigung einer Drosselklappe vom Gashebel oder Regler aus eingestellt. Dadurch
wird eine größere oder kleinere
Gemischmenge mit einem größeren
oder kleineren Kraftstoffüberschuß eingeregelt. Wesentlich dabei ist die Regelung
der Kraftstoffmenge, während die Einblaseluftmenge nur für das Ansaugen und Einblasen
des Kraftstoffes ausreichen muß.
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Das richtige Mischungsverhältnis der Ladung des Arbeitszylinders wird
dadurch hergestellt, daß sowohl die Kraftstoffmenge als auch die Spülluftmenge in
Abhängigkeit von der Belastung geregelt wird.
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Es ist auch möglich, alle Einblasepumpen die Einblaseluft für den
Kraftstoff bzw. das Einblasegemisch in eine gemeinsame Einblasedruckleitung fördern
zu lassen, von wo aus die Einblaseluft beispielsweise durch von \;ockengesteuerte
Einblaseventile in die einzelnen Arbeitszylinder bei lfe@irzylindermotoren gesteuert
wird. Die einzelnen Einblasedruckleitungen müssen dabei ein Rückschlagventil erhalten.
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Bei Diesel- oder Benzinmotoren mit rein hydraulischer Einspritzung
des Kraftstoffes in den Arbeitszylinder durch Verwendung einer Kraftstoffeinspritzpumpe
für höhere Drücke und einer gesonderten Einspritzdüse kann es ebenfalls von Bedeutung
sein, die Einblaseluft als Nachladeluft zur Erhöhung der Leistung und des Drehmomentes
eines solchen Zweitaktmotors insbesondere bei Fahrzeugmotoren zu verwenden.