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Viertakt-Brennkraftmaschine Die Erfindung bezieht sich auf eine Doppelkolbensteuerung
und ein Zweikanalsystem zum Spülen und Aufladen im Gleich- und Gegenlauf mittels
Einspritzverfahren und mit Vergaseranordnung. Derartige Steuerungen sind bisher
im Fahrzeugbau selten ausgeführt worden, weil sie eine große Baulänge wegen der
Pleuelstangen und vieler weiterer Bauteile erfordern. Diese Ausführungen sind daher
nachteilig teuer. Versuche, die Ventilsteuerung zu vereinfachen, führten zum Flach-,
Rohr- und Drehschieber. Aber auch diese haben den Nachteil eines hohen Kraftstoffverbrauches
und großen Verschleißes. Fernerhin ist bei Brennkraftmaschinen mit Doppelkolbensteuerung
und Zweikanalsystem zum Spülen und Aufladen, bei welcher die Umwandlung der hin
und her gehenden Kolbenbewegung in die drehende Bewegung der Kurbelwelle dadurch
erfolgt, vorgeschlagen worden, daß die Kurbelzapfenlager derart über kulissenartige
Bewegungswandler mit den Kolben verbunden sind, daß sie kreisende Bewegungen ausführen.
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Nach der Erfindung hat dieser Gedanke dadurch eine Abwandlung erfahren,
daß zu beiden Seiten der gegenläufig beweglichen Kolben je ein Paar Kurbelwellen
angeordnet sind, deren Kurbelzapfen, mit je einem kulissenartigen Bewegungswandler
verbunden sind, die in Form von stufenartig ausgebildeten Gleitführungen in entsprechende
Gleitführungen an den Kolben eingreifen und die Kolben aus dem Verbrennungsraum
des Zylinders weitgehend in die Kurbelräume bewegen.
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Die Abb. I bis IV zeigen im Schnitt eine zweizylindrige Viertakt-Brennkraftmaschine
mit Doppelkolbensteuerung und Zweikanalsystem zum Spülen und Aufladen im Gleich-
und Gegenlauf durch Einspritzung. Jeder Zylinder wird durch Kreiselgebläse
luftgekühlt.
Abb. V zeigt die Kurbelstellungen mit den einzelnen Steuerungstakten und die Taktanordnung
in den Zylindern I und II. Der Hubraum der beiden Zylinder beträgt 1 1 und die verhältnismäßig
kurze Baulänge etwa .Ioo min.
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Die Kraftübertragung von den Kolben 4 und auf die Kurbeln 8 erfolgt
über Bewegungswandler 7, die mit den Kolben .I, 5 stufenförmig, 13, durch geradlinige
Gleitrollen 6 und Rollflächen 14 miteinander verbunden sind und von zwei oder mehr
Kurbelkröpfungen getragen «-erden. Durch Zwischenschaltung von Rollenkettenrädern
9 und Rollenketten io oder Zahnrädern wird eine zentrale Antriebswelle i i angetrieben.
Die Zylinder sind entsprechend den Bewegungswandlern und Kurbeln an beiden Seiten
einseitig geschlitzt 15 (Abb. 11I) und zungenförmig, 16, gestaltet, wobei so gleichzeitig
die Kolbenführung gebildet wird.
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Die Zylinderschlitze 15 sind tief und abschließend im Kurbeldeckel
2 gelagert. Sie bilden mit dem Gehäuse i fest verbunden eine Kurbelkammer. Weitere
Spülschlitze 17 (Abb.IV) sind am Zylindermantel 3 vorgesehen. Die Schlitze 15 und
17 sind zwecks Verteilung der Luft bzw. des Brennstoffes miteinander durch Ouerkanäle
i8 verbunden. Bei der Erfindung fällt das sonst übliche Einlaßventil und der Überströmkanal
fort. Nur der Einlaßkanal i9 (Abb. II) und der Auspuffkanal 20 bleiben bestehen.
Der Spülvorgang verläuft bei dem neuen Motor folgendermaßen: Die Spülluft wird durch
die Einlaßkanäle i9 für den Arbeitskolben 5 und durch den Einlaßkanal 22 für den
Steuerkolben .I in die Kurbelkammern 2i und 23 angesaugt. Beim Auseinandergehen
der Kolben in Richtung der Pfeile a werden die Einlaßkanäle i9, 22 geschlossen.
Die Luft wird verdichtet. Durch die vollkommene Hubbewegung der Kolben in den Kurbelkammern
wird die verdichtete Luft an den Zylinderschlitzkanten 15 direkt in die Verbrennungsräume
gespült, ohne daß Überstromkanäle -vorgesehen sind. Dadurch wird ein direktes Zuleiten
in- den Verbrennungsraum gesichert.
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Das Arbeiten und Steuern der Doppelkolben in dem Zylinder geschieht
mit ungleichen Kolbengeschwindigkeiten. Der Kolben mit der größeren Geschwindigkeit
wird als Arbeitskolben 5, der andere mit der kleineren Geschwindigkeit als Steuerkolben
4 bezeichnet. Die Kurbeidrehzahluntersetzungen zwischen dem Arbeitskolben 5 und
dem Steuerkolben 4 sind durch zwei Teiluntersetzungen verwirklicht, und zwar vom
Arbeitskolben 5 zur Abtriebswelle i i in einem Verhältnis von i : 1,6 über die Kette
io und die Kettenräder 9. Von der Abtriebswelle zum Steuerkolben :I ist das Übersetzungsverhältnis
über die Kette 24. und die Kettenräder 25 wie 1 : 1.25. Die Gesamtübersetzung ist
demnach 1 :2, d.11. die Kurbeln der Arbeitskolben 5 drehen sich zweimal vollständig
herum, während die Kurbelumdrehuilg des Steuerkolbens d. in der gleichen Zeit nur
einmal erfolgt (s. Abb. V).
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Die beiden Arbeitskolben 5 arbeiten parallel in einer Kurbelstellung.
Die Kurbeln der Steuer-Kolben d. sind um i8o° versetzt und mit einer Voreilung gegenüber
dem Arbeitskolben 5 von etwa 4.o° gekoppelt. Für den :Massenausgleich der hin und
her gehenden Kolben und der Bewegungswandler sind alle Kurbeln mit Gegengewichten
12,:26 versehen. Durch das Versetzen der Steuerkolben um i8o° wird in geschickter
Weise das Viertaktprinzip verwirklicht. Durch einfaches Auswechseln der Übersetzung
9, io einerseits und 24,25 andererseits kann ein und derselbe 1Zotor entweder im
Zweitakt oder im Viertakt gefahren werden.
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Das `Fesen der Erfindung besteht darin, daß das Arbeiten, Steuern,
Spülen und Aufladen gemeinsam durch einen einzigen Arbeitskolben 5 und Steuerkolben
4. erfolgt, die zwangsläufig in einem Übersetzungsverhältnis von i : 2 miteinander
verbunden sind und im Gleich- und Gegenlauf eine zentrale Abtriebswelle i i antreiben.
Der große wirtschaftliche Vorteil der Erfindung liegt in der einfachen Konstruktion,
Montage, Demontage und in dem Fortfall der Zylinderdichte, ferner darin, daß für
das Viertaktsteuern nicht ein einziges zusätzliches Bauelement benötigt wird.
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In Abb. V sind die Kurbelstellungen mit den einzelnen Steuerungstakten
dargestellt. Der erste Takt stellt (las Ansaugen dar. Die Arbeitskolben 5 und die
Steuerkolben d. bewegen sich hier im Gleichlauf. Die Auspuffkanäle 20 werden durch
die Steuerkolben 4 geschlossen. Die darin befindliche restliche Spülluft wird in
Richtung des Pfeiles b (Abb. II) mitbewegt. Da die Arbeitskolben 5 sich schneller
bewegen als die Steuerkolben .1, so wird das Zylindervolumen größer, und es entsteht
ein kleiner Unterdruck. Im weiteren Verlauf geben die Arbeitskolben die Zylinderschlitzkanten
1 j frei. Die verdichtete Luft in den Kurbelräumen wird aus den Verbrennungsräumen
hineingesaugt und von den Kurbelräumen hineingedrückt. Es findet eine Doppelwirkung,
und zwar ein Saugen und Drücken, statt. Durch diesen Vorgang erfolgt eine vollkommenere
Aufladung. Bei den bisher bekannten Zweitaktmotoren mit Kurbelkammerspülung findet
demgegenüber nur ein Drücken statt, Der nunmehr zu beschreibende zweite Takt stellt
das Verdichten dar. Die Arbeitskolben und Steuerkolben bewegen sich zuerst im Gegenlauf.
Hierbei durcheilen die Kurbeln 8a der Steuerkolben ,4 einen Weg von 5o' (28) und
stehen in waagerechter Linie 29. In dieser Kolbenstellung, die der Kurbelstellung
31 entspricht, hat die erste Vorverdichtung stattgefunden, weil die Kurbel 8b den
Arbeitskolben 5 bereits wieder zurückbewegt hat in Richtung des Pfeiles c in die
Stellung 30. Der Einspritzvorgang erfolgt etwas später. Die zweite Verdichtung erfolgt
im Gleichlauf, indem die Kurbel 8a aus der Stellung 31 bis in die Stellung 32 gelangt
ist, während die Kurbel 8v aus der Stellung 30 sich in die Stellung 33 bewegt
hat. Die höchste Verdichtung wird in der Stellung 33 erreicht, wo die Steuerkolben
die Kurbelvoreilung von ,4o° durchlaufen haben (Stellung der Abb. VII). Durch den
Gleichlauf der beiden Kolben wandert auch der Verdichtungsraum in Richtung des Pfeiles
c mit.
Hierdurch wird etwas Zeit gewonnen, was für die vollkommene
Verbrennung des Dieselkraftstoffes sehr wertvoll ist.
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Bei dieser zweiten Verdichtung wird Arbeit auch durch die Steuerkolben
geleistet. Daher brauchen die Schwungmassen für die Verdichtung nicht so groß zu
sein.
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Während des dritten Arbeitstaktes (Abb. VII) bewegt der Verbrennungsdruck
der entzündeten Gase die Arbeitskolben und Steuerkolben im Gegenlauf (Stellungen
33, 32 und Stellungen 34, 35). Die Steuerkolben geben zuerst die Auspuffkanäle 2o
frei. Die verbrannten Gasgemische können entweichen. Kurz darauf geben die Arbeitskolben
5 die Zylinderschlitzkanten 15 frei. Die vorher angesaugte Luft wird in den Kurbelräumen
bewegt und aus diesen in die Verbrennungsräume gespült.
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Beim vierten Takt des Auspuffens (Abb. VIII) bewegen sich die Arbeitskolben
und Steuerkolben zuerst im Gleichlauf aus den Stellungen 34, 35 in die Stellungen
36,37. Die Arbeitskolben drücken die Spülluft weiter bis in den Auspuffkanal.
Bevor die Kurbeln der Steuerkolben einen Weg von 50° aus der Stellung 34 bis in
die Stellung 38 durcheilt haben, geben auch die Steuerkolben die Zylinderschlitzkanten
15 frei. Die vorher durch die Steuerkolben angesaugte Luft in den Kurbelräumen wird
nunmehr auch in die Verbrennungsräume gespült. Diese Luftgegenstromspülung aus beiden
Kurbelkammern verhindert das Ansammeln der heißen verbrannten Gasgemische im Zylinderraum.
Dadurch wird eine besondere gute Spülung erreicht. Der weitere Auspuffvorgang durch
die Arbeitskolben und Steuerkolben geschieht im Gegenlauf aus der Stellung 38 bis
36. Die neue Maschine ist auch mit Vergaseranordnung ausführbar, bei der der Verdichtungsraum
vergrößert werden muß. Die Kurbeln der Steuerkolben bekommen einen größeren Voreilungswinkel.
Die Auspuffkanäle am Zylindermantel sind entsprechend der Steuerung nach außen zu
versetzen. Eine weitere Regulierbarkeit ist durch eine geringfügige Hubverkleinerung
der Steuerkolben 4 möglich. Die Arbeitskolben saugen bei jedem Hub ein Gasgemisch
durch i9 ein. Bei den Steuerkolben bleibt hierbei die Luftgegenstromspülung bestehen.
Der vierte Takt des Auspuffens ist mit dem gleichen Takt beim Zweitaktmotor vergleichbar.
Es wird mit Gasgemisch nachgespült.
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Die Luftgegenstromspülung der Steuerkolben sowie die abgestimmte Zylinderschlitzsteuerung
sorgen dafür, daß kein Gasgemisch verlorengeht, wobei der Staudruck in der Auspuffleitung
fortfällt. Das durch die Luftgegenstromspülung verdünnte Gasgemisch wird durch die
Steuerkolben eingeschlossen und beim ersten Takt des Ansaugens durch ein fettes
Gasgemisch aufgeladen.
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Eine weitere Ausführung mit Vergaseranordnung besteht im Vorsehen
eines Drehschiebers an den Einlaßkanälen. Die Arbeitskolben 5 saugen bei jedem Hub
abwechselnd einmal Gasgemisch und das andere Mal Luft an. Das Aufladen mit Gasgemisch
erfolgt beim ersten Takt, das Nachspülen mit Luft beim vierten Takt. Die neue Brennkraftmaschine
läßt sich z. B. für Motorräder, Automobile und als stationäres Antriebsaggregat
verwenden.