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Zweitaktmotor mit einem rohrförmigen Einbau im Zylinder und dieses
Einbaurohr umgebenden Pumpen- und Verbrennungsräumen Die Erfindung betrifft einen
ventillosen Zweitaktmotor mit einem zentrischen, hohlen Einbau im Zylinder. Die
obere Einbauhälfte ist rohrförmig gestaltet und enger als die untere. Sie wird von
Pumpen- und Verbrennungsräumen umgeben, die infolgedessen ringförmigen Querschnitt
haben. Der Innenraum des Einbaus birgt lediglich ein Kühlmittel, das sowohl Luft
als auch Wasser sein kann, entgegen anderen Konstruktionen, bei denen durch das
Einbauinnere auch die den Kolben mit dem Triebwerk kuppelnde Kolbenstange hindurchführt
und daher auch das Einbaurohr nicht am Zylinderende zwecks Kühlmittelaustritts ins
Freie münden kann. Die Überleitung der vorverdichteten Ladung vom Pumpen- in den
Arbeitsraum geschieht bei den meisten Zweitaktmotoren über lange Verbindungskanäle,
die eine schnelle und glatte Überströmung stark hindern. Im Gegensatz dazu sind
zum Übertritt der vorverdichteten Ladung beim vorliegenden Motor im Einbaukörper
Nuten vorgesehen, durch welche das Gemisch unmittelbar und auf kürzestem Wege vom
Pumpen- in den Arbeitsraum gelangen kann. In einigen bekannten Bauarten haben diese
Nuten die Form von langgezogenen Kanälen, die zudem noch mit dem Kompressionsraum
dauernd in Verbindung stehen und dergestalt natürlich unvorteilhaft wirken; in anderen
ist der gesamte Hohlraum des Einbaus zur Spülmittelüberströmimg freigehalten; hierbei
entfällt die günstige, vorwärmende bzw. die Temperatur konstant haltende Wirkung,
die in vorliegender Erfindung das im Innern zirkulierende Kühlmittel auf das überströmende
Spülmittel ausübt.
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Der vom Kühlmittel durchflossene Einbau erstreckt sich durch die ganze
Länge des Zylinders und gewährleistet sehr vorteilhafte Kühlverhältnisse. Es sind
Konstruktionen bekannt, bei denen ein durchweg rohrförmiger Einbau den gesamten
Zylinder durchzieht und vom Kolben sowie der hohlen Kolbenstange umfaßt wird. Eine
Verbindung beider Zylinderenden findet bei dieser Bauart jedoch nicht statt, so
daß auch von einem gleichgerichteten Kühlmittelstrom nicht gesprochen werden kann.
Ein solcher ist aber Voraussetzung für günstige Kühlwirkung und ist bezeichnend
für vorliegende Erfindung.
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Der Kolben ist als zylindrischer Hohlkörper ausgebildet, dessen rohrförmiger
Mantel zwischen dem äußeren Zylindermantel und dem inneren Einbaukörper gleitet.
Das obere Ende des Kolbenmantels schließt sich um das Einbaurohr zusammen und bildet
eine Decke, die :denn Verbrennungsraum zwischen Kolbenmiantel und Einbiaurohr nmd
den Pumpenraum zwischen Kolben und Zylinderdeckel trennt. Diese Anordnung der Arbeitsräume
birgt
den wesentlichen Vorteil, daß die Explosion den Kolben von der Kurbelwelle fortzieht
und nicht, wie bisher üblich, auf die Kurbelwelle zu drückt. Die Schubstan dieses
Motors werden daher nicht mehr.' i Knickung beansprucht, sondern nur auf Zü':, und
können deshalb entsprechend schwäeli', ausgeführt werden. Dadurch wird das Ge= wicht
der hin und her gehenden Massen verringert und die Laufruhe des Motors verbessert.
Ferner werden alle Schrauben, die die Hälften geteilter Kurbelwellengrundlager sowie
Zylinderblock und Kurbelgehäuse- zusammenhalten, nicht explosionsdruckbelastet,
so daß hier auch keine gefährlichen Beanspruchungen auftreten können und somit eine
höhere Sicherheit die Konstruktion auszeichnet.
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Die obere rohrförmige Einbauhälfte, auch Steuerrohr genannt, ist oben
und unten offen und sitzt auf dem Vcrbrennungsraumboden auf. Dieser, auch Zündboden
genannt, da er die Zündmittel trägt, bildet eine schulterartige Verbindung zwischen
oberer engerer und unterer weiterer Einbauhälfte. Der Zündboden nimmt die Explosionsdruckbelastung
auf und wird von hohlen Säulen getragen, die ihn gegen das Kurbelgehäuse bzw. gegen
die Kurbelwelle abstützen. Die Säulen enthalten das gleiche Kühlmittel wie der übrige
Einbau und sind durch Aufspaltung der unteren Einbauhälfte bei der Pleuelbewegung
entstanden.
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Das Kühlmittel tritt am Zylinderfuß in die Säulen ein, fließt aus
diesen in gleichbleibender Richtung weiter in den sich darüber erhebenden Hohlraum
des Zündbodens, gelangt in das Steuerrohr und verläßt dieses am Zylinderkopfe. Die
Säulen können .zur Führung des Kolbens dienen und Kerzenkabel oder Brennstoffleitungen
zuführen.
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Der Motor vorliegender Erfindung kann sowohl einfachwirkend als auch
doppeltwirkend ausgeführt werden. Im letzteren Falle wird rings um den Zylinder
nochmals ein weiterer Pumpen- und Verbrennungsraum angeordnet, und zwar in umgekehrter
Folge wie innerhalb des Zylinders. Die überströmkanäle werden dabei am äußeren Umfang
im Kühlmantel des nunmehr innenliegenden Zylinders eingearbeitet. Dieser Innenzylinder
hat somit für den außenliegenden Pumpen- und Verbrennungsraum die gleiche Aufgabe
übernommen wie .der vorbesprochene Einbau für den innenliegenden Pumpen- und Verbrennungsraum.
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In den Zeichnungen ist der Gegenstand der Erfindung in zwei Ausführungsbeispielen
dargestellt.
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Abb. i und 2 sind Längsschnitte durch einen einfachwirkenden Motor
und zeigen den Kolben in zwei verschiedenen Totpunktlagen. Abb. 3 ist ein Querschnitt
in Richtung der Linie III-III nach Abb. i.
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Abb. 4 und 5 sind den Abb. i und 2 ent-^.echende Darstellungen eines
doppeltwirnden Motors.
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@x,Abb: 6 ist ein Querschnitt in Richtung der °@I; nie VI-VI nach
Abb. 4.
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In den Ausführungsbeispielen ist jedesmal nur ein einzelner Zylinder
dargestellt und beschrieben; jedoch sind Ausführungsmöglichkeiten mit beliebiger
Zylinderzahl und -anordnung besonders kennzeichnend für den Motor.
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Axial durch die obere Hälfte io des Zylinders verläuft, zentral angeordnet,
die obere rohrförmige engere Einbauhälfte i i, das Steuerrohr. Pumpen- und Verbrennungsraum
P und A haben daher riggförmigen Querschnitt, ebenso wie die Kolbendecke 12, an
die sich der Kolbenmantel 13 anschließt. Der Pumpenraum P ist an seinem oberen Ende
bei 14 erweitert, um den Grad der Vorverdichtung auf einen passenden Betrag zu bringen.
Er liegt oberhalb der Kolbendecke 12 und wird durch den Zylinderdeckel i 5 nach
oben abgeschlossen. Der Verbrennungsraum A liegt unterhalb der Kolbendecke i -q.
Seinen unteren Abschluß bildet der schulterartige Zündboden 16, in dem die Zündkerze
17 ihren Sitz hat. Das Steuerrohr ii reicht vom Zylinderdeckel 15 bis zum Zündboden
16, der sich auf die Säulen i9 abstützt. Die Öffnung 18 verbindet Steuerrohr ii
und @Iohlsäulen i g. Der gesamte Einbau, Säulen i9, Zündboden 16, Steuerrohr i i,
enthält dasselbe Kühlmittel, das durch Leitungen 2o, die am Fuße der Säulen einmünden,
zufließt und aus dem Steuerrohr über den Zylinderdeckel 15 hinaus abfließt. Dieses
innere Kühlsystem wird noch durch ein äußeres ergänzt, das in diesem Falle aus einem
üblichen Kühlmantel 21 besteht. Damit lassen sich die in einem Zweitaktmotor in
besonders starkem Maße sich entwickelnden Wärmemengen jederzeit zuverlässig beherrschen.
In den Säulen i9 ist eine offene Kammer 22 angeordnet, die die Zündkerze 17 isoliert
und zugänglich macht. Den Zugang von außen gestattet eine öffnung im Zylindermantel
23 und eine Aussparung im Kolbenmantel 13. Die untere Zylinderhälfte 23 übernimmt
die Führung des Kolbenmantels 13 und wurde in der Zeichnung durch Anordnung des
Kühlmantels 24 zur Verstärkung der Kühlwirkung herangezogen.
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Am Kolbenmantel 13 ist mittels Kolbenbolzen 25 die Pleuelstange 27
angelenkt. Die Explosion treibt über die Kolbendecke 12, über den Kolbenmantel 13,
über den Kolbenbolzen 25 und über die Pleuelstange 27, die den Kolbenbolzen 25 mit
dem Kurbelzapfen 28 verbindet, über die Kurbelwange 29 die Kurbelwelle 3o des Motors
an. Der Kurbeltrieb
wird von dem Gehäuse 31 umschlossen, an dem
in den Abbildungen die Zylinder durch Schrauben 3a befestigt sind.
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Eine Einschnürung 33 des Durchflußquerschnitts des Steuerrohrs i i
gestattet die Anordnung der Überströmnuten 32a in der nunmehr dickeren Rohrwandung.
Diese Nuten sind auf dem ganzen Kreisumfang des Steuerrohrs verteilt und verbinden
in oberer Kolbenstellung den Pumpenraum P und den Verbrennungsraum A. In der Zeichnung
verlaufen. die Nuten spiralförmig. über dem Zündboden 16 befinden sich im Zylindermantel
die Ansaugöffnungen 34 und darunter die Auspufföffnungen 35, die mit Ansaugleitungen
36 bzw. Auspuffleitungen 37 in Verbindung stehen und zur Erzielung möglichst großer
Durchflußquerschnitte auf dem ganzen Zylinderumfang verteilt sind.
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Um die Öffnungsdauer der Ein- und Auslaßöffnungen dem jeweiligen Füllungsgrad
anzupassen, ist in dem Motor der Zeichnung ein Ringschieber 38 mit Öffnungen 39,
40 vorgesehen, der zweckmäßig mit einem Drehzahlregler gekuppelt ist. Durch Verdrehen
dieses ringförmigen Drehschiebers überschneiden sich die dreieckigen Öffnungen in
Schieber, Zylinder und Kolben derart, daß z. B. bei geringer Drehzahl bzw. Belastung,
also geringer Füllung, kleinere Öffnungsquerschnitte freigegeben und so Gasverluste
vermieden werden.
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Die Abdichtung des Verbrennungsraumes A ist notwendig an der das Steuerrohr
umfassenden Kolbendeckenbohrung und an der auf dem Zündbodenrand gleitenden Kolbenmantelbohrung.
Die Abdichtung erfolgt einerseits durch nach innen spannende, das Steuerrohr i i
umfassende und in der Kolbendeckenbohrung angeordnete, 42, anderseits durch nach
außen spannende, gegen die innereKolbenmantelgleitfläche abdichtende und im Zündboden
angeordnete Dichtungsringe. In der Übergangskante von Kolbendecke und Kolbenmantel
angeordnete, nach außen gegen die Zylinderbohrung spannende Ringe übernehmen die
Abdichtung des Pumpenraumes P.
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Die Schmierung der Steuerrohrgleitfläche kann von innen oder durch
Führungen in der Kolbendecke von außen her erfolgen.
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Nachstehend ein vollständiger Arbeitshub des Motors an Hand der Abb.
i und 2: Nach Abb. i hat der Kolben seine tiefste Lage erreicht. Im Verbrennungsraum
A herrscht daher überdruck, im Pumpenraum P Unterdruck. Der Verbrennungsraum ist
vollständig abgeschlossen, während der Pumpenraum P über die Öffnungen 34 und 39
mit der Ansaugleitung 36 in Verbindung steht. In dieser Stellung erfolgt durch Zündung
der Kerze 17 eine Explosion, die den Kolben 12, 13 im Zylinder io nach oben bewegt.
Der Kolben zieht hierbei unter Vermittlung des Kolbenbolzens z5 die angelenkte Pleuelstange
27, die sich dabei zwischen den entsprechend geformten Säulen bewegt, und den Kurbelzapfen
28 mit. Der Explosionsdruck des Motors beansprucht somit weder die Pleuelstange
auf Knickung noch die Zylinder und Kurbelgehäuse verbindenden Schrauben 32 noch
die Schrauben hier nicht dargestellter, geteilter Kurbelwellengrundlager.
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Beim Aufwärtsgehen schließt der Kolben 12 bzw. 13 die Öffnungen 34
und 39 ab und bewirkt nunmehr im Pumpenraum P eine Vorverdichtung des darin vorher
angesaugten Gemisches. Am Ende des Hubes gelangen die Öffnungen 41 im Kolbenmantel
zur Deckung mit den Auslaßöffnungen 35 und 4o und ermöglichen dadurch den Auspuff
der verbrannten Gase aus dem Verbrennungsraum A in die Abgasleitungen 37. Diese
Kolbenstellung zeigt Abb. 2.
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Während die Abgase am Zündboden vorbei in den Auspuff wechseln, strömen
die Frischgase aus dem Pumpenraum P auf dem Wege über die Nuten 32a in den Verbrennungsraum
A, da die Kolbendecke 12 über die Nuten 32a bis zur Nutenmitte hinübergleitet und
so diese Verbindungswege von P nach A öffnet. Die in das obere Verbrennungsraumende
übertretenden, unter dem Vorverdichtungsüberdruck stehenden Frischgase dringen,
durch nichts gehemmt und aufgeteilt, als geschlossene Gasmasse in den Verbrennungsraum
weiter vor und drängen dabei die verbrannten Gase restlos in die Abgasleitung. Sind
die überströmnuten spiralig geformt, so wird die ursprünglich geradlinige Strömungsrichtung
der übertretenden Frischgase in eine Drehbewegung umgebogen. Die in den Verbrennungsraum
vordringenden Gase kreisen alsdann gleichzeitig um das Steuerrohr und besorgen dadurch
nicht die Säuberung des Verbrennungsraumes von Abgasen gründlicher, sondern fördern
auch die innige Vermischung und Verwirbelung der eigenen Luft-und Brennstoffbestandteile.
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Das jetzt den Verbrennungsraum anfüllende reine Gemisch wird bei dem
sich nun anschließenden Niedergang des Kolbens auf den zur Zündung geeigneten Druck
verdichtet, nachdem die Öffnungen 35 und 4o durch den Kolbenmantel 13 wieder abgeschlossen
und die Verbindung 32a von P nach A wiederaufgehoben wurde. Auf dem
gleichen Wege, auf dem sich der Verbrennungsraum A verkleinert, wird der Pumpenraum
P größer. Das in P sich bildende Vakuum saugt gegen Ende dieses Hubes durch die
Öffnungen 34, 39, die die Kolbendecke alsdann freilegt, frische Ladung an aus der
Vergaserleitung.
Nach Umkehr gelangt der Kolben wieder in seine
Lage nach Abb. i, und die beschriebenen Arbeitsvorgänge wiederholen sich.
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Wie ersichtlich, erfordert der Ablauf der Arbeitsvorgänge im ,Motor
keine Ventile, der Aufbau der Konstruktion zählt nur wenige bewegte Teile. Füllung
und Entleerung des Verbrennungsraumes findet im Gleichstrom statt; die Übergangswege
der Gase sind dabei außerordentlich kurz und hindernisfrei. Die Vorverdichtung der
Ladung geht in einem abgeschlossenen Pumpenraum vor sich. Das diesem Motor eigentümliche
Kühlsystem ist dadurch besonders gekennzeichnet, daß es nicht einer üblichen, nur
äußerlich wirksamen Kühlung des Zylinders den Hauptanteil an der Gesamtkühlung überläßt,
sondern eine zusätzliche innere Kühlung vorsieht, indem einem Einbau neben der Aufgabe
der Gassteuerung und Gasdruckaufnahme auch die Kühlhaltung des Motorinnern übertragen
wird. Dabei ist die Strömung des Kühlmittels genau so, nur entgegengesetzt, gleichgerichtet
wie der Wechsel der Gase. Für die weitere Verbesserung der Kühlwirkung wie auch
für die Festigung der betreffenden Bauteile kann die Anordnung von Kühlrippen beliebiger
Form, insbesondere innerhalb des Einbaus, von Nutzen sein.
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An Hand der Abb. q. bis 6 folgt die Beschreibung eines doppeltwirkenden
Motors nach vorbesprochenen Konstruktionsprinzipien. Die gleichen Bauteile der einfachwirkenden
und doppeltwirkenden Bauart sind mit den gleichen Bezugsziffern numeriert, tragen
jedoch zur Unterscheidung entsprechende einfache bzw. doppelte Zeichen.
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Der doppeltwirkende Motor !entstand aus dem einfachwirkenden dadurch,
daß der Zylinder des einfachwirkenden Motors mit einem weiteren Zylinder gleicher
Konstruktion umgeben wurde, in welchem der Pumpenraum P" und Verbrennungsraum A"
umgekehrt zueinander liegen wie Pumpenraum P' und Verbrennungsraum A'. Der Mantel
des inneren Zylinders iö wird dadurch zum Einbau ii" des äußeren Zylinders und trägt
dementsprechend auch die Überströmnuten 32a1, zur Verbindung des Pumpenraumes P"
mit dem Verbrennungsraum A". Die beiden Kolbenmäntel 13' und 13" sind durch Stege
44 miteinander verbunden, die in entsprechenden Längsschlitzen sich bewegen, welche
den Zylinder 1o' durchbrechen. Letzterer ist an seinem oberen Ende bis zum äußeren
Kolbenmantel 13" erweitert und bildet dadurch eine Schulter 45, welche zusammen
mit dem äußeren Kolbenmantel 13" den äußeren Arbeitsraum A" von den Einströmkanälen
36' für den inneren Pumpenraum trennt und dadurch ein Übertreten des angesaugten
Gemisches aus den Kanälen 36' in die vorerwähnten Längsschlitze und damit in den
inneren Pumpenraum P' ermöglicht.