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Schlitzspülverfahren nnd-einrichtung fiir Zweitaktbrennkraftmaschinen.
Bei den bekannten Zweitaktbrennkraftmasehinen mit Schlitzsteuerung durch den Kolben erfolgt das Austreiben der Verbrennungsgase aus dem Zylinder und das Füllen desselben mit frischer Ladung durch ein Spülmittel, z. B. Luft oder Brennstoffluftgemisch.
Damit die Entfernung der Abgase aus dem Zylinder bei geringstem Aufwand dieses Spülmittels und möglichst vollständig erfolgt, d. h. der Wirkungsgrad der Spülung günstig wird, ist es notwendig, sowohl den Auspuffgasen als auch dem Spülmittel eine bestimmte Strömungsriehtung zu erteilen.
Sollen diese Maschinen auch mit Überladung arbeiten, d. h. soll nach vollzogener Ausspülung der Abgase der Arbeitszylinder mit Luft oder Brennstoffluftgemisch von höherer als Atmosphärenspannung gefüllt werden, so kann das nur geschehen, wenn das Schliessen der Auspuffkanäle früher als der Spül-oder Ladekanal erfolgt.
Es sind Spülverfahren bekannt, bei denen das Spülmittel durch entsprechende Anordnung der Spülkanäle auf einem Teil des Zylinderumfanges eine kreisende, gegen den Zylinderboden gerichtete, schraubenförmige Bewegung erteilt wird und die Auspuffgase durch Kanäle abströmen, die von einem Teil des Zylinderumfanges gegenüber den Spülkanälen ausmünden. Bei diesen Maschinen erfolgt die Strömung des Spülmittels und der Auspuffgase in bezug auf die Zylinderaehse unsymmetrisch. Da ferner die Auspuffschlitze später als die Spül- oder Ladeschlitze geschlossen werden, ist eine Überladung nicht möglich.
Ferner sind Spülvorrielitungen bekannt, bei denen die am ganzen Umfang des Zylinders verteilt in diesen einmündenden Spülkanäle über den ebenfalls am ganzen Umfang verteilt einmündenden Auspuffkanälen angeordnet sind, so dass letztere früher geschlossen werden als erstere und demnach eine Überladung möglich ist. Sowohl die Spül-als auch die Auspuffkanäle sind aber dabei radial gegen die Zylinderachse gerichtet. Die Strömung der Gase erfolgt derart, dass das Spülmittel in einzelnen geraden Strahlen gegen den Zylinderboden strömt, während die Auspuffgase aus der Mitte des Zylinders in der Richtung gegen den Kolbenboden den Zylinder verlassen. Dieses Spülverfahren ist in bezug auf die Zylinderachse symmetrisch.
Diese bekannten Spülverfahren sind jedoch unvollkommen, denn es ist nicht zu vermeiden, dass durch Wirbelbewegungen Mischungen des Spülmittels mit den Auspuffgasen entstehen, so dass deren Entfernung aus dem Zylinder nur unvollständig erfolgt und Spülmittelverluste auftreten. Ausserdem bilden sich namentlich beim zweiten angeführten Fall sogenannte"Spülschatten", d. s. Stellen, die nicht im Strom des Spülmittels liegen, so dass daher Auspuffgase zurückbleiben können.
Durch die Erfindung werden alle diese Nachteile dadurch vermieden, dass das Spülmittel in Form eines geschlossenen sich drehenden Mantels gegen die eine Stirnfläche, insbesondere den Zylinderboden, strömt, während die Auspuffgase aus der Mitte des Zylinders in der Richtung gegen die gegenüberliegende Stirnfläche, insbesondere des Arbeitskolbens, strömen und am ganzen Zylinderumfang in zur Zylinderachse symmetrischen Strömen abgeleitet werden.
Die Zeichnung zeigt in den Fig. 1 und 2 eine zur Ausführung des Verfahrens dienende Einrichtung der Maschine im Längs-und Querschnitt, in Fig. 3 eine zweite Ausführungsform im Längsschnitt und in Fig. 4 eine Einzelheit.
In Fig. 1 bedeutet 1 den Arbeitszylinder, 2 die Auspuffkanäle, die am Zylinderumfang gleichmässig und zur Zylinderachse symmetrisch verteilt sind und bei radialer Anordnung zur Zylinderachse zu dieser unter einem beliebigen spitzen Winkel geneigt (Fig. 1) oder senkrecht (Fig. 3) angeordnet sein können.') sind die Spülkanäle, die über den Auspuffkanälen ebenfalls am Zylinderumfang gleichmässig verteilt angeordnet sind.
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am Zylinderumfang (Fig. 2), so dass das Spülmittel gezwungen wird, schraubenförmig an der Innenwand des Arbeitszylinders nach aufwärts zu strömen.
Der Auspuff-, Spül- und Ladevorgang ist nun folgender : Der dem inneren Totpunkt zueilende Arbeitskolben 4 deckt zunächst die SpülscMitze a auf, die Abgase expandieren vorerst in den Raum 6.
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den Zylinder verlassen, die um seine Mittelachse herum lagern. d. s. die Teile aus dem Kern 8. Der Druckabfall in diesem Kern hat zur Folge, dass auch Gase der Mantelzone 9 dem Kern 8 zuströmen.
Die aus dem Raum 6 wieder herausexpandierenden Gase werden durch die Anordnung der Spül- kanäle-3 gezwungen, an der Zylinderwand schraubenförmig nach aufwärts zu strömen, um erst im oberen Teil des Zylinders die Strömungsrichtung des Kernes 8 anzunehmen. Dieser Vorgang findet so lange
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gleichkommt. In diesem Augenblick wird das Steuerorgan 5 entweder selbsttätig oder durch eine
Steuerung 10 zwangläufig geöffnet, und es beginnt der eigentliche Spiil- und Ladevorgang, d. h. das Austreiben der Restgase aus dem Zylinder und gleichzeitig das Füllen desselben mit frischer Luft oder frischem Brennstoffluftgemiseh, wobei die Auspuffsehlitze 2 offen sind. Das Spülmittel beschreibt nun denselben Weg wie die Auspuffgase.
Infolge der Fliehkraft des eintretenden Spülmittels wird dieses an die Zylinderwand gepresst und als geschlossene Masse schraubenförmig gegen den Zylinderboden strömen.
Am Zylinderboden wird es sich stauen und ein sieh drehendes Kissen bilden, das mit zunehmender Spülmittelzufuhr an Dicke gewinnt. Die Auspuffgase werden daher aus der Mitte, d. i. dem Kern 8 des Zylinders in der Richtung zur Kolbenstirnfläehe am ganzen Umfang des Zylinders und symmetrisch zu dessen Achse durch die Auspuffkanäle 2 abströmen (s. strichlierte Pfeile in den Fig. 1 und 2). Es wird daher eine vollständige Ausspülung in einem Zug und ohne plötzlichen Richtungswechsel erzielt. Der Kern 8 der Auspuffgase wird immer niedriger werden, bis er endlich ganz verschwindet, in welchem Augenblick die Spülung und Ladung beendet ist und der Kolben die Auspuffschlitze abschliesst.
Wenn Spülluft oder Spülgemisch von höherer als Atmosphärenspannung zur Verfügung steht, kann jetzt der Zylinder nachgeladen werden, so dass beim Abschluss der Spülschlitze der Zylinder mit Luft oder Brennstoffluftgemisch von über einer Atmosphäre Spannung gefüllt ist, wodurch das Arbeitsvermögen der Maschine erhöht wird.
Will man ein vollkommen aehsensymmetrisches Auspuff-bzw. Spülbild erhalten, dann müssen sowohl die Auspuffgase als auch das Spülmittel durch alle zugehörigen Schlitze nicht nur in der gleichen Richtung, sondern auch mit gleicher Geschwindigkeit strömen. Es ist also notwendig, dass alle Spülorgane und Kanalgruppen untereinander gleichen Reibungswiderstand aufweisen. Es müssen also alle Spülkanäle untereinander und alle Auspuffkanäle untereinander in der Richtung, im Querschnitt und in der Länge möglichst gleich sein.
Die Zuleitung des Spülmittels erfolgt entweder durch selbsttätige oder gesteuerte Ventile 5, u. zw. in an sich bekannter Weise durch je eines für jeden Spülkanal 3, oder durch einen gemeinsamen Schieber 1 (Fig. 3). Zweckmässig wird der Schieber um den Arbeitszylinder derart angeordnet, dass die Drehachse des Schiebers mit der Achse des Arbeitszylinders zusammenfällt.
Der in Fig. 3 gezeigte zylindrische Drehschieber 11 ist in Fig. 4 sehaubildlieh dargestellt ; er wird entweder schwingend hin-und herbewegt oder sieh drehend durch eine Welle 12 (Fig. 3) mit Zahn- ritzel 13 und Verzahnung 15 angetrieben, so dass die Schlitze 14 des Schiebers mit den Ansaugschlitze < zeitweise zur Deckung gelangen. Durch relative Verdrehung des Schiebers zu den Spülkanälen @ 3 bzw. zu seiner Antriebsvorrichtung und damit in bezug auf den Kolbenweg kann der Öffnungszeitpunkt und damit der Beginn des Spülvorganges auch während des Betriebes geregelt werden.
Da sowohl die Auspuff-als auch die Spülschlitze am ganzen Zylinderumfang gleichmässig verteilt sind, können mit Leichtigkeit die notwendigen Querschnitte dieser Schlitze geschaffen werden. Dieser Umstand ist namentlich bei rasehlaufenden Maschinen, bei denen sich die Auspuff-, Spül-und Ladevorgänge in sehr kurzer Zeit abspielen, von ausserordentlicher Bedeutung.
Die dem Arbeitsmittel durch die besondere Anordnung der Spülschlitze erteilten Drehbewegung bleibt auch während der Verdichtungs-und Verbrennungsperiode erhalten, verbessert und beschleunigt die Verbrennung.
Ferner findet durch die Verteilung der Auspuffsehlitze am ganzen Zylinderumfang und die regelmässige Anordnung der Kanäle eine vollständig gleichmässige Erwärmung und Ausdehnung des unteren Zylinderteils statt, so dass ein Verziehen des Arbeitszylinders nicht eintreten kann. Hiedurch werden Wärmerisse im Zylinder oder zumindest Reibungsverluste des Arbeitskolbens, hervorgerufen durch Unrundwerden des Zylinders, verhindert.
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