Neuere doppeltwirkende Zweitakt-Dieselmotoren. Von Ingenieur Wilhelm Kreul, Elbing. KREUL: Neuere doppeltwirkende Zweitakt-Dieselmotoren. Inhaltsübersicht. Es werden die hauptsächlichsten Vorteile der doppeltwirkenden Zweitakt-Dieselmotoren (Spülventilmotoren) gegenüber den einfachwirkenden Motoren derselben Art erwähnt und auf die Schwierigkeiten hingewiesen, die die allgemeine Einführung dieser Motoren (besonders der stehenden Bauart) verzögern. Unter Berücksichtigung einiger in der einschlägigen Literatur in letzter Zeit erwähnten Motorkonstruktionen werden die Mittel besprochen, die zur Erzielung einfacherer Konstruktionen führen könnten. Im Anschluß daran wird eine Neukonstruktion eines derartigen Motors beschrieben, wobei besonders die Zylinder-, Ständer- und Deckelkonstruktion, Steuervorrichtung, Ventilkonstruktionen, Kühlvorrichtung und unter Berücksichtigung der direkt umsteuerbaren Motoren auch eine Anlaß- und Umsteuervorrichtung erwähnt werden. Zum Schluß wird auf die Verwendungsmöglichkeit dieser Konstruktionen an liegenden, doppeltwirkenden Zweitaktmotoren und doppeltwirkenden Viertaktmotoren hingewiesen. In dieser Zeitschrift und in der sonstigen einschlägigen Literatur wurde bereits mehrfach die Verwendungsmöglichkeit doppeltwirkender Zweitakt-Dieselmotoren besprochen, und man erwähnte zum Teil in den sonst allgemein gehaltenen Ausführungen die auf dem Versuchsstande namhafter Firmen befindlichen Motoren dieser Art, unter Benutzung von Skizzen und Photos der betreffenden Motoren. Eine eingehende Beschreibung und Darstellung eines doppeltwirkenden Zweitakt-Dieselmotors (Spülventilmotors) ist bis jetzt so gut wie nicht erfolgt, und es soll der Zweck dieser Zeilen sein, eine Neukonstruktion eines solchen Motors, dessen wesentliche Teile durch D. R. P. und D. R. G. M. geschützt sind, weiteren Kreisen bekannt zu geben. Die Vorteile dieser Motoren gegenüber einfachwirkenden Zweitaktmotoren bestehen hauptsächlich in der geringeren Raumbeanspruchung und dem geringeren Gewichte pro PS, der geringeren Beanspruchung der Grundplatten (Fundamente) und Kurbellager, dem besseren Gleichgange (wodurch geringeres Schwungradgewicht erforderlich) und bei umsteuerbaren Fahrzeugmotoren (besonders Lokomotiv- und Schiffsmotoren) die größere Manöverierfähigkeit und weitgehende Verringerung der Drehzahl. Gerade wegen dieser großen Vorzüge erscheint es auf den ersten Blick verwunderlich, daß nicht schon früher und von mehr Firmen der Bau dieser Motoren betrieben wurde. Die Schwierigkeiten in der Herstellung doppeltwirkender Zweitaktmotoren, die beim Viertaktverfahren zum Teil schon behoben sind, sind durch das Zweitaktverfahren (während jeder Umdrehung erfolgt zwischen Arbeits- und Verdichtungshub der Spül- bzw. Ladevorgang) und durch die Eigenart des Dieselmotors (hoher Anfangsdruck von etwa 35 bis 40 at mit hoher Temperatur von etwa 2000° C) begründet und machen Konstruktionen erforderlich, die wesentlich von den bisherigen abweichen. Will man nämlich nicht wichtige, wärmetechnische Vorteile preisgeben, so hat nach dem Arbeitshube die Versorgung des Zylinders mit frischer Luft möglichst von den Zylinderenden aus zu erfolgen. Aber schon bei den einfachwirkenden Zweitaktmotoren macht sich bemerkbar, daß die Unterbringung der Spülventile, des Brennstoffventils und des Anlaßventils in dem beschränkten Raume des Zylinderdeckels komplizierte Gußstücke mit ungleichmäßiger Materialverteilung und wenigen engen Kühlräumen ergibtCassiers Magazine, März 1913, S. 161, Abb. 14.. Bei der Doppelwirkung, wo der Zylinderdeckel der Kurbelseite schon wegen der notwendigen Verbindung mit dem Gestellbalken wenig Platz übrig last, kommt hinzu, daß außer den erwähnten Ventilen noch die Stopfbüchse für die Kolbenstange erforderlich ist. Man hat deshalb versucht, dem unteren Zylinderdeckel eine andere Gestalt zu geben und brachte die Spülventile in seitlichen Taschen des Deckels unter. Hierdurch entstand aber eine weitgehende Zerklüftung des Verbrennungsraumes und man gab somit einen wichtigen verbrennungstechnischen Vorteil preis, ohne indes eine einfachere Deckelkonstruktion erhalten zu haben. Aber auch die Steuerung der Ventile am unteren Zylinderdeckel wurde kompliziert, waren doch zur Betätigung der Ventile eines Dreizylindermotors drei Steuerwellen und zwei Zwischenwellen erforderlich, nämlich auf jeder Seite des unteren Zylinderdeckels eine Steuerwelle, für den oberen Zylinderdeckel eine Steuerwelle und für die Uebertragung der Bewegung von der Kurbelwelle zu den Steuerwellen zwei ZwischenwellenTechnische Rundschau Nr. 47, November 1912, S. 620, Abb. 20–22 und Cassiers Magazine, März 1913, S. 215, Abb. 18.. Die Konstruktionen der liegenden doppeltwirkenden Viertakt-Dieselmotoren, bei denen die Ventile teilweise liegend und stehend in der Zylinderwandung angeordnet sind und der Zylinder, obwohl die Zylinderwand mit dem Kühlwassermantel aus einem Stück besteht, sich als betriebssicher erwiesen hat, weisen einen Weg, einfachere und betriebssichere Zylinderdeckel für doppeltwirkende Zweitaktmotoren zu erhalten.Z. d. V. d. I. Nr. 32, August 1911, S. 1329, Abb. 29–30.Es sei gleich hier bemerkt, daß bereits mehrfach die Zylinder stehender und liegender einfachwirkender Zweitaktmotoren ebenfalls als ein Gußstück ausgeführt worden sind.Cassiers Magazine, März 1913, S. 216, Abb. 21 und Z. d. V. d. I. Nr. 32, August 1911, S. 1327, Abb. 21.Bei der Anordnung der Ventile in der Zylinderwand ist es aber erforderlich, daß eine möglichst gleichmäßige Materialverteilung in der Querschnittsebene des Zylinders und allseitige Kühlung der Wandungen erzielt wird, und daß Durchdringungen benachbarter Ventilstutzen vermieden werden. Versuche, die in neuerer Zeit an stehenden Motoren mit in der Zylinderwandung angeordneten Ventilen gemacht wurden, haben ergeben, daß derartige Zylinder wohl als betriebssicher bezeichnet werden können. Bei den erwähnten Versuchen in dieser Richtung war man sogar noch einen Schritt weiter gegangen, indem man nicht allein die Spülventile, sondern auch die Brennstoffventile und das Anlaßventil in der Zylinderwand teilweise sogar tangential anordnete, was allerdings die Zylinderform schon wesentlich komplizierter gestaltet und auch die Materialverteilung ungünstiger beeinflußt.Cassiers Magazine, März 1913, S 214, Abb. 15.Ordnet man dagegen nur die Spülventile gleichmäßig verteilt radial in der Zylinderwand an, so entsteht außer der vollständig gleichmäßigen Materialverteilung noch der Vorteil, daß der zur Verfügung stehende große Raum (der ganze Umfang des Zylinders) die Unterbringung einer größeren Anzahl Spülventile gestattet, deren Durchmesser man im Interesse einer geringen Ventilmasse und kleinen Oeffnung in der Zylinderwand möglichst klein wählen kann. Die Anordnung der Spülventile in der Zylinderwand würden beim stehenden Motor liegende Ventile erfordern, was aber keine bemerkenswerten Mängel ergibt, wie die ausgeführten Konstruktionen vieler Motoren bewiesen haben, wo nicht allein die Brennstoff- und Anlaßventile, sondern auch die Einlaß- und Anlaßventile liegend angeordnet sind.Z. d. V. d. I. Nr. 32, August 1911, S. 1335, Abb. 58–59.Bei den doppeltwirkenden Zweitaktmotoren, insbesondere bei dem stehenden Mehrzylindermotor (Reihenmotor), sind aber bei einer derartigen Anordnung der Ventile für die Betätigung der Ventile die üblichen Ventilsteuerungen nicht zu gebrauchen, will man nicht zu der bereits erwähnten komplizierten Ventilsteuerung gelangen. Auch für direkt umsteuerbare Motoren und für Schnelläufer ist es erforderlich, möglichst wenig Steuerungsteile zu benötigen, und es ist danach zu streben, beim doppeltwirkenden Mehrzylindermotor mit einer Steuerwelle für beide Zylinderseiten auszukommen. Die Schwierigkeit in der Wahl der Steuerungen für diese Motorbauart hat dazu geführt, die früher schon mehrfach versuchte Steuerung der Ventile mittels eines besonderen Kraftmittels (Druckluft, Oel usw.) wieder aufleben zu lassen. Sollte sich aber ein einfacher, direkter, mechanischer Steuermechanismus für die Betätigung der Ventile doppeltwirkender Zweitaktmotoren ermöglichen lassen, so wäre dieses im Interesse der Betriebssicherheit wohl als eine gute Lösung zu bezeichnen. Der Bau doppeltwirkender Motoren brachte es auch mit sich, daß die übliche, zentrisch im Verbrennungsräume angeordnete Brennstoffeinführung ersetzt werden mußte. Man fand den Ausweg, daß der durch die Kolbenstange entstehende, kreisringartige Verbrennungsraum mit zwei Brennstoffventilen versehen wurde. Um nun den Brennstoff möglichst in den Kern der verdichteten Luft einspritzen zu können, teilte man den einen großen Verbrennungsraum in zwei kleinere Verbrennungsräume, die in Aussparungen des Zylinderdeckels so untergebracht wurden, daß je eines der Brennstoffventile am Umfange des Zylinders bzw. unteren Deckels in den betreffenden Verbrennungsraum mündete. Auch setzte man die Brennstoffventile annähernd tangential in die Zylinderwandung, ähnlich, wie sie bei Ausführungen der Doppelkolben (gegenläufige Kolben) -Motoren angewandt sindZ. d. V. d. I. Nr. 32, August 1911, S. 1328–29, Abb. 30 und Cassiers Magazine, März 1913, S. 215, Abb. 18 und S. 214, Abb. 15.. Im übrigen zeigen letztere Anordnungen, daß eine Unterteilung oder Teilung des Verbrennungsraumes nicht unbedingt erforderlich ist. Die Anordnung zweier Brennstoffventile vergrößert aber die Kompliziertheit der Ventilsteuerung doppeltwirkender Motoren nicht unwesentlich und die Verteilung einer an sich schon geringen Brennstoffmenge (besonders bei mittlerer Zylindergröße) auf zwei Ventile bringt mit sich, daß eine größere Menge Einblaseluft eingeführt wird, wie bei einem Ventil zur Zerstäubung einer bestimmten Brennstoffmenge erforderlich ist. Hierdurch und durch die Unterteilung (Zerklüftung) des Verbrennungsraumes wird bekanntlich die Zündung ungünstig beeinflußt, was besonders bei Fahrzeugmotoren ins Gewicht fällt. Die Schwierigkeiten, den Brennstoff in geeigneter Weise vom Zylinderumfange aus in den Verbrennungsraum einzuführen, veranlaßte wohl auch, besondere Zündvorrichtungen vorzusehen. Bei den erwähnten stehenden, doppeltwirkenden Zweitaktmotoren suchte man die Schwierigkeiten dadurch zu verringern, daß man für den oberen Zylinderteil den bei einfachwirkenden Motoren erprobten, zylindrischen Verbrennungsraum und die bewährte zentrische Brennstoffeinführung beibehielt. Bestände die Möglichkeit, mittels eines Ventils eine der zentrischen gleiche Brennstoffeinführung zu erzielen und die zylindrische Form des Verbrennungsraumes beizubehalten, so wäre ein weiterer Uebelstand im Bau doppeltwirkender Dieselmotoren beseitigt. Eine bemerkenswerte Aenderung erfuhr durch den Bau doppeltwirkender Motoren die Kühlung der Maschinenteile, da außer Zylinderwand und Zylinderdeckel noch der Kolben und die Kolbenstange gekühlt werden müssen. Bei den liegenden Motoren, insbesondere bei den Großmotoren, ist nun die Kühlung der beweglichen Maschinenteile (Kolbenstange, Kolben) leichter durchzuführen, wie bei den stehenden Motoren, da man zur Zu- und Abführung des Kühlwassers den vorderen und hinteren und bei der Tandemanordnung sogar noch den mittleren Kreuzkopf benutzen kann. Bei der üblichen Kühlvorrichtung stehender, doppeltwirkender Motoren hat derselbe Teil der Kolbenstange die Kanäle für die Kühlwasser-Zu- und Abführung aufzunehmen. Da nun die Kolbenstange noch eine genügende Widerstandsfähigkeit gegen den bei Dieselmotor hohen Verbrennungsdruck aufweisen muß, so wird ihr Durchmesser ein ganz beträchtlicher, was das untere Hubvolumen des Zylinders, besonders bei Motoren mittlerer Größe, nicht unwesentlich verringert und große Stopfbüchsen erfordert. Ferner sind bei dieser Vorrichtung die für die Kühlwasserzuführung erforderlichen Posaunenrohre oder Gelenke vermöge ihrer vielen beweglichen Teile und schwierigen Anordnung sehr umständlicher Art. Die sonstigen Vorrichtungen und Maschinenteile doppeltwirkender Zweitaktmotoren, wie die Schmiervorrichtung und die Stopfbüchse, unterscheiden sich nicht wesentlich von den gleichen Teilen der doppeltwirkenden Viertakt-Dieselmotoren, so daß sie ohne Bedenken auf die Zweitaktmotoren übertragen werden können, zumal sie sich bereits seit längerer Zeit bewährt haben. (Fortsetzung folgt.)