<Desc/Clms Page number 1>
Zweitaktbrennkraftmasehine.
Bei Zweitaktbrennkraftmaschinen ist es sehr wichtig, dass die Verbrennungsgase aus dem Zylinder am Ende des Ausdehnungshubes gründlich entfernt werden und der Zylinder mit frischer Ladung oder mit Frischluft aufgefüllt werde. Eine derartige Ausspülung des Zylinderraumes soll möglichst so verrichtet werden, dass hiezu nur wenig frische Ladung oder Luft benötigt wird, einerseits, damit das Spülorgan und sein Kraftbedarf nicht übermässig gross wird, anderseits, damit nicht ein Teil der frischen Ladung durch die Auslassöffnungen entweichen kann, ohne den Arbeitsprozess der Maschine mitgemacht zu haben.
Es ist bereits versucht worden, diese Aufgabe nach folgendem Grundgedanken zu lösen : Die frische Ladung oder Frischluft wird in der Weise in den Zylinderraum eingelassen, dass sie dort eine geordnete kreisende Bewegung ausführt. Hiebei werden die Gasteile von grosser Geschwindigkeit, d. h. die frisch einströmende Ladung dann zufolge der Fliehkraft von der Achse des Wirbels möglichst weit entfernt, die sich im relativen Ruhezustand befindende Zylinderladung (Verbrennungsgase) wird dagegen in die Achse des Wirbels zurückgedrängt. Dementsprechend sollen die Auslassöffnungen so angeordnet werden, dass sie möglichst in die Achsriehtung der Wirbelbewegung fallen, damit hier zuerst die Verbrennungsgase austreten und die frische Ladung oder Frischluft die Auslassöffnungen nur dann erreichen kann, wenn sie die Verbrennungsgase bereits verdrängt hat.
Mit diesem Spülverfahren darf ein unter dem Namen Umkehrspülung"bekanntes Spülverfahren nicht verwechselt werden, bei welchem die Spülluft keine eigentliche Wirbelbewegung ausführt, vielmehr eine von den Einlassöffnungen zu den Auslassöffnungen führende Schleifenbahn beschreibt. Bei Maschinen mit Umkehrspülung liegen also die Auslassöffnungen nicht in der Richtung der Wirbelachse, sondern im primären Stromweg, so dass durch die Auslassöffnungen nicht die in der Wirbelmitte liegenden, sondern die vor dem spiralförmigen Spülstrom, als Gaskolben, befindlichen und von der Frischluft weniger scharf getrennten Abgase verdrängt werden.
Bei den bekannten Ausführungen von Maschinen mit in die Wirbelachse verlegten Auslassöffnungen werden die vom Kolben gesteuerten Einlassöffnungen an der Zylinderwand in der äusseren Kolbentotpunktlage derart angeordnet, dass die Achse des sich bildenden Wirbels mit der Zylinderachse zusammenfällt ; als Folge hievon müssen dann die Auslassöffnungen am Zylinderkopf bzw. im Kolbendeckel in die Zylinderachse verlegt werden. Diese Ausführungsweise ist mit verschiedenen Nachteilen verknüpft, da die Anbringung der Auslassorgane am Zylinderkopf, z. B. bei Vorkammermaschinen mit Rücksicht auf die Vorkammer, oder im Kolbendeckel nicht immer erwünscht oder nicht ohne konstruktive Schwierigkeiten möglich ist.
Ausserdem wird die für die Kreiselbewegung zu beschleunigende Gassäule an ihrem einen Ende einseitig gefasst, so dass der entlang der Zylinderachse schraubenförmig aufsteigende Wirbel am Ende seines Weges, d. h. beim Auslass, sicherlich geschwächt und weniger scharf ausgebildet, somit auch die Trennung der frischen Ladung von den Abgasen weniger vollkommen ist.
Die Erfindung beseitigt diese Mängel, indem sie eine derartige Anordnung für die Einlassöffnungen an der Zylinderwand vorsieht, dass die Wirbelachse mit der Zylinderachse grundsätzlich nicht mehr zusammenfällt. Durch Wahl einer die Zylinderwand durchstechenden Wirbelachse und Anbringung der Auslassöffnungen an der Zylinderwand selbst wird man von den in bezug auf den Zylinderkopf oder Kolben gestellten Forderungen vollkommen unabhängig. Ausserdem kann man die Einlassöffnungen
<Desc/Clms Page number 2>
derait anordnen, dass der einströmende Gasstrahl nicht nur am Ende, sondern nach Belieben auch in mittleren Höhen der zu beschleunigenden Gassäule, u. zw.
mit einer gewissen auf die Wirbelachse bezogenen Verteilungsbreite angreift, wodurch die Bedingungen für die Bildung eines kräftigen Wirbels in viel höherem Mass erfüllt werden.
Die Fig. 1, 2, 4,6, 8 und 10 stellen Längsschnitte der Zylinder von verschiedenen Ausführungsformen der gemäss der Erfindung ausgestalteten Maschine, die Fig. 3,5, 7 und 9 zugehörige Querschnitte dar.
In den Fig. 1, 2 und 3 gibt der im Arbeitszylinder 1 bewegliche Kolben 2 in der Nähe seiner unteren Totpunktlage die Einlassschlitze 3 frei, die an einem kleineren Teil des Zylinderumfanges als dessen Hälfte derart angeordnet sind, dass die einströmenden Gase untereinander parallel oder in bezug auf eine Diametralebene des Zylinders symmetrisch angeordnet sind. Die Auslassöffnung 4 befindet sich in der mittleren Zone des Zylindermantels, an einem zur vorerwähnten Symmetrieebene senkrechten Durchmesser. Hinter der Auslassöffnung 4 ist der z. B. mittels Ventils 6 gesteuerte Querschnitt. ? angeordnet ; der Auslass kann jedoch auch mit Hilfe anderer Masehinenelemente, z. B. mittels eines den Kolben konzentrisch umgebenden Schiebers gesteuert werden.
In den Fig. 1, 2 und 3 ist nur ein einziger Auslassquerschnitt und ein einziges Ventil ersichtlich ; es können aber auch mehrere Auslässe, z. B. an der der Auslassöffnung 4 gegenüberstehenden Seite noch einer angeordnet werden.
Die Wirkungsweise dieser Ausführungsform ist die folgende :
Beim Abwärtsgang des Kolbens 2, noch bevor dieser die Einlassöffnungen 3 freimachen würde, öffnet sich das gesteuerte Ventil 6 und die Zylinderfüllung expandiert durch die Öffnungen 4 und. 5 nahe bis zum Atmosphärendruck. Erst jetzt erreicht der Kolben die Einlassöffnungen 3, die er freigibt, worauf der Spülvorgang beginnt.
Die durch die Öffnungen 3 einströmenden Gase strömen entlang der Kolbenoberfläche, steigen an der den Öffnungen gegenüberliegenden Mantelseite bis zum Zylinderdeckel empor, werden an diesem auf die Seite der Öffnungen zurückgelenkt, wo sie nach abwärts strömend die Einlassöffnungen wieder erreichen. Diese Gasströmung ist eine kreisende (wirbelnde) Bewegung, in der die mit grosser Geschwindigkeit strömenden frischen Gasteilchen das Bestreben haben, sich von der Achse der Strömung möglichst zu entfernen.
Die sich im Ruhezustand befindenden, in der Wirbelachse zurückbleibenden Verbrennungsgase werden daher durch die in derselben Achsrichtung angeordneten Auslassschlitze in dem Masse nach aussen verdrängt, in welchem das frische Gas in den Zylinderraum einströmt. In dieser Weise ist eine Vermischung des frischen Spülgases und der Verbrennung- gase untereinander nicht möglich, so dass eine sehr gute Spülung erzielt wird. Das Ventil 6 kann früher geschlossen werden, als der Kolben die Einlassschlitze verdeckt, und der Zylinderraum kann so auf den Druck der Spülgase aufgeladen werden.
Die Fig. 4 und 5 stellen eine von der beschriebenen etwas abweichende Ausführung dar. Bei dieser besitzt der Kolben 2 zwecks guter Führung der einströmenden Gase die Vertiefung 7, welche die Streuung des einzuführenden Gasstrahles verhindert. Das Ventil 6 ist bei diesem Beispiel senkrecht zur Zylinderachse angeordnet ; statt des Ventils kann aber auch hier irgendein anderes gesteuertes Absperrorgan verwendet werden. Die Wirkungsweise dieser Ausführung ist identisch mit jener der in den Fig. 1, 2 und 3 dargestellten Bauart.
In den Fig. 6 und 7 sind die am Zylindermantel 1 angebrachten und durch den Kolben gesteuerten Einlassschlitze 3 angenähert nur an einem Viertel des Zylinderumfanges, u. zw. derart angeordnet, dass das in den Zylinderraum eintretende Frischgas parallele Ströme bildet und möglichst nur die eine Hälfte der Kolbendeekeloberfläche streift. Die Einlassöffnungen liegen deshalb angenähert nur an der einen Seite jenes Zylinderdurchmessers, zu dem die Richtung der durch die Öffnungen eintretenden Strömung parallel ist. Die Mittellinie des in dieser Weise eintretenden frischen Gasstromes trifft die gegenüberstehende Zylinderwand im Punkte A und wird von hier in einer schraubenförmigen Kurve nach dem Punkt B geführt, wo der Zylinderdeckel erreicht wird.
Die Strömung gelangt am Zylinderdeckel von B wieder auf die Seite der Einlassöffnungen zum Punkt C und von hier in einer andern Schraubenlinie zum Kolben zurück. Die Einführung der frischen Ladung in der beschriebenen Weise erzeugt im Zylinderraum eine in bezug auf die Zylinderachse schiefliegende Wirbelbewegung. Angenähert in der Achse x-x dieses Wirbels sind die gleichfalls vom Kolben gesteuerten Auslassschlitze 4 angebracht, wodurch der Spülvorgang gemäss dem vorstehend dargelegten Grundgedanken vor sich gehen wird.
Die Fig. 8 und 9 zeigen dieselbe Anordnung, nur mit der Abweichung, dass der Kolbendeckel an der Seite der Auslassschlitze (Teil 8 des Kolbens) höher ist als an der Seite der Einlassschlitze. Zwischen beiden Deckelteilen bildet die Fläche 9 den Übergang, die auch zur Führung der einströmenden Gase dient. Durch diese Ausbildung kann erreicht werden, dass die Auslassöffnungen besser in die Achse des Wirbels gelegt werden können, als dies bei den Ausführungen gemäss den Fig. 6 und 7 der Fall ist.
In Fig. 10 ist eine Abänderung des in den Fig. 8 und 9 gekennzeichneten Kolbens ersichtlich. Der zu den Einlassöffnungen 3 näher gelegene, tiefere Teil 10 dieses Kolbens ist hohl geformt, da diese Flächenform den Strömungslinien der Wirbelbewegung besser entspricht als die ebene Fläche. Die Einlasskanäle sind parallel zu den in den entsprechenden Punkten der oberen Kolbenkreiskante gelegten Tangentialebenen dieser hohlen Fläche M.
<Desc/Clms Page number 3>
Die beschriebenen Ausführungen können im Rahmen der Erfindung abgeändert werden. In erster Linie kann die Ausbildung der Kolbenoberfläche, dann aber auch die der gesteuerten Auslassöffnungen je nach der Beschaffenheit des Absperrorgans verschieden sein.
Die den Erfindungsgegenstand bildende Zweitaktbrennkraftmaschine ist geeignet als Vergasermaschine, bei der dem Zylinder fertige Mischung zugeführt wird, oder als Gasmaschine, bei der Luft und Gas gesondert eingeführt werden, oder als Einspritzmaschine, bei der die Verbrennungsgase nur mittels frischer Luft ausgespült werden. Sie eignet sich weiter auch zum Verbrennen von stabförmigem Brennstoff. Bei Gasmaschinen werden die Spülöffnungen gewöhnlich in besondere Gas-und Luft- öffnungen geteilt, deren Form und Grösse verschieden ist.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Zweitaktbrennkraftmaschine, bei der die am Ende des Ausdehnungshubes eingeführte frische Ladung im Zylinder eine kreisende Bewegung erzeugt, in deren Aehsenrichtung die Auslassöffnungen verlegt sind, gekennzeichnet durch eine derartige Anordnung der Einlassschlitze (3) an der Zylinderwand (1), dass die im Zylinder entstehende Kreisbewegung eine die Zylinderachse kreuzende Achse aufweist.