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Schlitzgesteuerte Zweitakt-Brennkraftmaschine
Die Erfindung bezieht sich auf eine schlitzgesteuerte Zweitakt-Brennkraftmaschine mit mindestens einer, durch den Kolben während des letzten Abschnitts des Verbrennungshubes nach dem Brennraum hin freigegebenen, mit einem vorzugsweise durch das Kurbelgehäuse gebildeten Spülluftbehälter in Verbin- dung stehenden Spülluft-Haupteintrittsöffnung und mindestens einer, ebenfalls durch den Kolben freigeb- baren Spülluft-Zusatzeintrittsöffnung, die mit einer nur während eines Teiles des Verbrennungshubes mit dem Spülluftbehälter verbundenen Spülluft-Speicherkammer in Verbindung steht. Unter"Spulluft"soll hiebei auch das in die Zylinder von Vergasermaschinen einzuführende Brennstoff-Luft-Gemisch verstan- den sein.
Bei bekannten Ausführungen mit dem Zylinderkopf entfernter als die Spülluft-Haupteintrittsöffnungen liegenden Spülluft-Zusatzeintrittsöffnungen zweigen die zu den Haupteintrittsöffnungen und zu den Zu- satzeintrittsöffnungen führenden Kanäle von einer gemeinsamen Spülluft-Zuführungsleitung ab.
Die Folge davon ist, dass bei durch den Kolben erfolgter Freigabe der dem Zylinderkopf näher liegenden Hauptein- trittsöffnungen nicht nur in diesen, sondern auch in den zu den Zusatzeintrittsöffnungen führenden Kanälen, und damit auch in den Zusatzeintrittsöffnungen selbst ein Druckabfall eintritt, so dass bei der im weiteren Verlauf des Kolbenhubes erfolgenden Freigabe der Zusatzeintrittsöffnungen durch diese nur mehr bereits beträchtlich entspannte Spülluft dem Zylinder zugeführt werden kann.
Dies ist insofern nachteilig, als dadurch eine Verminderung oder gar eine Aufhebung der nach erfolgter Freigabe der Auspufföffnungen auftretenden Unterdruckwelle nicht erzielbar ist, da Haupt-und Zusatzeintrittsöffnungen dann im wesentlichen wie eine einzige, nur etwas vergrösserte Eintrittsöffnung wirken, wobei sich übrigens grössere Querschnittsbemessungen schon deshalb als nachteilig erweisen, weil sie ein besonders kräftiges, den Wirkungsgrad der Maschine herabsetzendes Druckluftgebläse erforderlich machen. Bekanntlich ist aber die in den Auspuffkanälen hinter den austretenden Gasen vorübergehend zustandekommende Unterdruckwelle die Ursache dafür, dass bei Zweitaktmaschinen ein nicht unwesentlicher Teil des frisch zugeführten Brennstoff-Luft-Gemisches verloren geht.
Eine Ablenkung der eintretenden Spülluft bzw. des eintretenden Brennstoff-Luft-Gemisches nach oben hat sich für die Verhütung dieses Übelstandes an sich als unzulänglich erwiesen. Bei den bekannten Ausführungen mit Spülluft-Zusatzeintrittsöffnungen steht gerade dann, wenn der Druck in den Auspuffkanälen vorübergehend in Unterdruck umschlägt. Spülluft bzw.
Brennstoff-Luft-Gemisch von entsprechend hohem, eine ausgiebige Auffüllung ermöglichendem Druck nicht mehr zur Verfügung, da, wie bereits erwähnt, durch die Freigabe der Haupteintrittsöffnungen der Druck nicht nur in diesen, sondern auch in den darauffolgend freigegebenen Zusatzeintrittsöffnungen absinkt. Es sind übrigens auch Ausführungen bekannt, bei welchen die durch den Kolben freigebaren Spalluft-Zusatzeintrittsöffnungen mit einer nur während eines Teiles des Verbrennungshubes mit dem Spülluftbehälter, beispielsweise dem Kurbelgehäuse, verbundenen. Spülluft-Speicherkammer in Verbindung stehen, u. zw. bloss während der Vorverdichtung, so dass der Abschluss der Verbindungskanäle für die genannten Räume bereits etwas vor dem Erreichen der unteren Totpunktlage des Kolbens erfolgt, bei welcher bekanntlich die Spttlperiode eingeleitet wird.
Die bei diesen bekannten Ausführungen gegebene zeitweilige Abtrennung der Spi1Uuft-Speicherkammern vom Spülluftbehälter kann sich aber in keiner Weise im Sinne der Vermeidung eines Druckabfalls in Zusatzeintrittsöffnungen auswirken, da alle Eintrittsöffnungen in gleicher Höhe liegen, also keine Eintrittsöffnungen vorhanden sind, die erst nach Freigabe einer Haupteintrittsöffnung sodann vom Kolben freigegeben würden.
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trennt sind, die zwischen dem Beginn der von ihm bewirkten Freigabe der in an sich bekannter Weise dem Zylinderkopf näher als die Zusatzeintrittsöffnung liegenden Haupteintrittsöffnung und dem Beginn der Freigabe der Zusatzeintrittsöffnung liegen.
Von jenem Zeitpunkt an, in welchem die Haupteintritts- öffnung vom Kolben freigegeben und damit der Haupteintrittskanal nach dem Zylinderinnenraum hin ge- öffnet wird, ist also eine Abtrennung und damit Isolierung der darauffolgend durch die Zusatzeintritts- öffnung in den Zylinderinnenraum eindringenden Spülluft bzw. des betreffenden Brennstoff-Luft-Gemisches von der durch die Haupteintrittsöffnung einzubringenden Luft bzw. vom durch die Haupteintritts- öffnung einzubringenden Brennstoff-Luft-Gemisch bewirkt.
Diese Isolierung des zur Speisung des zusätzlichen Einlasskanals dienenden Teiles der Lademenge wirkt sich eben dahingehend aus, dass der im Spul- luftbehälter, beispielsweise im Kurbelgehäuse. bei Freigabe der Haupteintrittsöffnung stattfindende Druckabfall nicht auf den der Zusatzeintrittsöffnung zugeordneten Zusatzeinlasskanal übergreift. Die in diesem für den darauffolgenden Eintritt in den Zylinder bereitgestellte Spülluft bzw. das betreffende Brennstoff-Luft-Gemisch ist daher 1 {einem Druckverlust unterworfen, was zur Folge hat, dass im Zeitpunkt des Auftretens der sich nach Öffnen der Auspuffkanäle vorübergehend einstellenden Unterdruck-
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puffgase unterstützt, entsprechend hoch verdichtete Spülluft bzw.
hochkomprimiertes Brennstoff-LuftGemisch durch die Zusatzeintrittsöffnungen in den Zylinder eindringt, was, wie diesbezügliche Versuche ergeben haben, eine auffallende Leistungs- und Wirkungsgradsteigerung zur Folge hat.
Im Rahmen der Erfindung kana hiebei die in die Zusatzeintrittsöffnung ausmündende, in Form eines an sich bekannten Überströmkanals ausgebildete Spülluft-Speicherkammer eine die Zylinderwandung unterhalb der Zusatzeintrittsöffnung durchsetzende Öffnung aufweisen, die lediglich vor der Freigabe der Haupteintrittsöffnung über ein Kolbenfenster mit dem Kurbelgehäuse in Verbindung steht.
Es kann aber die Ausbildung auch so getroffen sein, dass die in die Zusatzeintrittsöffnung ausmündende Spulluft-Spei- cherkammer ansonst in an sich bekannter Weise geschlossen ist, wobei die Wand des Kolbens einen Durchlass aufweist, durch den die Spülluft-Speicherkammer über die Zusatzeintrittsöffnung lediglich vor der Freigabe der Haupteintrittsöffnung mit dem Kurbelgehäuse in Verbindung steht. Zweckmässig kann hiebei die Kolbenstirnfläche in an sich bekannter Weise konkav ausgebildet und sowohl die Haupteintritts- öffnung als auch die Zusatzeintrittsöffnung nach unten auf einen der Auspufföffnung gegenüberliegenden
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Diesamen, zur Zylinderachse senkrechten Ebene liegen.
In der Zeichnung sind zwei Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes wiedergegeben. Fig. 1 zeigt den Zylinder der Zweitakt-Brennkraftmaschine im Schaubild bei teilweise aufgebrochener Zylinderwandung, Fig. 2 einen Querschnitt durch den Zylinder in Höhe der Auspufföffnungen, der Haupteintritts- öffnungen und der Zusatzeintrittsöffnung, und Fig. 3 einen Vertikalschnitt durch den Zylinder. Fig. 4 zeigt im Vertikalschnitt ein zweites Ausführungsbeispiel, Fig. 5 einen Schnitt nach Linie V-V der Fig. 4, und Fig. 6 einen Schnitt nach Linie VI-VI der Fig. 5, wobei die rechte Hälfte der Fig. 6 den Kolben der Maschine in einer etwas angehobenen Stellung darstellt, wogegen ihn die linke Hälfte am Ende des Verbrennungshubes wiedergibt.
In Fig. 1 ist durch die ausgebrochene Zylinderwandung das Innere des Zylinders 10 mit dem Zylinderkopf 20 sichtbar. Der eine konkave Stirnfläche 11 aufweisende Kolben 21 befindet sich in seiner untersten Stellung. Mit 12 sind die beiden Auspufföffnungen, mit 13 die beidseits derselben befindlichen Haupteintrittsöffnungen bezeichnet. Zwischen den Auspufföffnungen 12 befindet sich die Zusatzeintritts- öffnung 14.
Die von der Aussenseite des Zylinders zu den Haupteintrittsöffnungen 13 führenden Haupteinlasskanäle 13a sind derart ausgebildet, dass sie das frische Gemisch nach unten auf die konkave Kolbenstirnfläche 11 richten, durch die es gegen die rückwärtige Wandung des Zylinders 10 abgelenkt wird, wie dies durch die Pfeile 15 angedeutet ist. Sodann wird die Spülluft oder das Gemisch in den oberen Zylinderteil gelenkt, wie dies die Fortsetzung 15a der Pfeile 15 zu erkennen gibt. Das durch die Zusatzeintritts- öffnung 14 zugeführte zusätzliche Gemisch wird ebenfalls nach unten gegen die konkave Kolbenstirnfläche gelenkt, um sodann gleichfalls entlang der rückwärtigen Zylinderwandung in den oberen Zylinderteil aufzusteigen.
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Die höhenmässige Anordnung der Auspuffkanäle 12, der Haupteinlassöffnungen 13 und der Zusatzeintrittsöffnung 14 ist dabei derart getroffen, dass die Öffnungen durch den sich während seines Arbeitshubes abwärtsbewegenden Kolben 21 in der Reihenfolge 12, 13, 14 freigegeben werden, u. zw. vorzugsweise derart, dass die Freigabe der Zusatzeintrittsöffnung 14 dann erfolgt, wenn der Druck in den Auspuff- öffnungen 12 in einen vorübergehenden Unterdruck umzuschlagen beginnt. Die Auspufföffnungen 12 gehen nach aussen in Auslassleitungen 22 über.
Die zu den Haupteintrittsöffnungen 13 führenden Haupt- einlasskanäle 13a stehen ihrerseits mit am unteren Zylinderteil vorgesehenen Kanälen 23 in Verbindung, wobei die Wand des Kolbens 21 Schlitze oder Fenster 23a aufweist, über welche die Kanäle 23 mit dem
Inneren des nur teilweise dargestellten Kurbelgehäuses 19 in Verbindung gesetzt werden können, u. zw. vor und während der Freigabe der Haupteintrittsöffnungen 13 durch den Kolben 21.
Der zur Zusatzeintrittsöffnung 14 führende, in Form eines Überströmkanals ausgebildete Zusatzeinlasskanal 14a dient ge- mäss vorliegendem Ausführungsbeispiel als Spülluft-Speicherkammer, die eine die Zylinderwandung unterhalb der Zusatzeintrittsöffnung durchsetzende Öffnung 24 (Fig. 3) aufweist, die lediglich vor der durch die Abwärtsbewegung des Kolbens bewirkten Freigabe der Haupteintrittsöffnungen 13 über ein Kolbenfenster 24a mit dem als Spülluftbehälter dienenden Kurbelgehäuse 19 in Verbindung steht.
Bei allen jenen Stellungen des Kolbens 21, die zwischen dem Beginn der von ihm bewirkten Freigabe der dem Zylinderkopf 20 näher angeordneten Haupteintrittsöffnungen 13 und dem Beginn der Freigabe der dem Zylinderkopf 20 entfernter angeordneten Zusatzeintrittsöffnung 14 liegen, sind jedoch der Spülluftbehälter 19 und die durch den Kanal 14a gebildete Luftspeicherkammer durch den Kolben 21 voneinander getrennt.
Die Innenfläche des Zylinderkopfes 20 ist, abgesehen von ihrem zentralen, zur Aufnahme der Zünd- kerze 25 oder aber einer Brennstoff einspritzdüse dienenden Bereich, konvex ausgebildet. Dadurch vermeidet man bei konkaver Kolbenstirnfläche einen grossen Totraum im Zylinder, wogegen sich die zur Aufnahme der Zündkerze bzw. der Brennstoffeinspritzdüse dienende Aussparung insofern als keineswegs ungünstig erweist, als durch den damit geschaffenen kleinen Totraum der Leerlauf der Maschine besser aufrechterhalten wird. Sowohl die Haupteintrittsöffnungen 13, als auch die Zusatzeintrittsöffnung 14 sind nach unten auf einen den Auspufföffnungen 12 gegenüberliegenden Teil der Zylinderwandung gerichtet (Fig. 2).
Die vom Zylinderkopf 20 abgewendet liegenden Kanten der Haupteintrittsöffnungen 13, der Zusatzeintrittsöffnung 14 und der Auspufföffnungen 12 liegen dabei in einer gemeinsamen, zur Zylinderachse senkrechten Ebene.
Es sei noch darauf hingewiesen, dass sich die beschriebene Ausbildung auch insofern als vorteilhaft erweist, als die durch die Zusatzeintrittsöffnung 14 zugeführte Spülluft in der durch die konkave Kolbenstirnfläche gebildeten Mulde verbleibt, so dass bei der Aufwärtsbewegung des Kolbens und bei der Kompression der Spülluft bzw. des Gemisches der in unmittelbarer Nähe der Brennstoffeinspritzdüse bzw.
Zündkerze befindliche Brennstoff durch nicht ausgestossene Verbrennungsrückstände eines vorhergehenden Arbeitshubes unbeeinflusst bleibt.
Gemäss dem Ausführungsbeispiel nach den Fig. 4 - 6 ist ein mit Aussenrippen versehener Zylinderblock 30 vorgesehen, an dessen oberem Ende ein mit Aussenrippen versehener Zylinderkopf 31 mit Zünd-
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ausgebildeten Zylinders hin-und herläuft.
Eine Auspufföffnung 38 führt vom Zylinder zu einer Auspuffleitung 39 (Fig. 5). Die beiden Haupteintrittsöffnungen 40 in der Zylinderwandung stehen über im Zylinderblock und im Kurbelgehäuseblock vorgesehene Kanäle 41 mit Öffnungen 42 in Verbindung, die ins Innere des Kurbelgehäuses münden. In der Zylinderwandung sind ferner zwei Zusatzeintrittsöffnungen 43 vorgesehen, über die der Zylinder mit zwei, ansonst in an sich bekannter Weise geschlossenen Spülluft-Speicherkammern 44 (Fig. 5) in Verbindung steht, die im Zylinderblock ausgebildet und an ihren von den Öffnungen abgewendeten Enden durch Stopfen 45 verschlossen sind.
Die Stirnfläche des Kolbens 37 ist konkav, und die Spülluft-Speicherkammern 44 sowie die unmittelbar an die Haupteintrittsöffnungen 40 anschliessenden Teile der Haupteinlasskanäle 41 sind nach unten gerichtet, so dass die in den Zylinder eintretende Spülluft bzw. das Brennstoff-Luft-Gemisch auf die Stirnfläche des Kolbens und, wie insbesondere aus Fig. 5 erkennbar, auf jenen Teil der Zylinderwandung gerichtet ist, der der Auspufföffnung 38 gegenüberliegt.
Das untere Ende der Kolbenwand ist bei 46 geschlitzt, so dass die Öffnungen 42 unabgedeckt bleiben, selbst wenn der Kolben 37 sich in seiner untersten Stellung befindet. Die Kolbenwand ist ferner mit zwei Durchlässen 47 versehen, wodurch während jenes Teiles des Kolbenhubes, in dem die Haupteintritts- Öffnungen 40 abgedeckt sind, die Zusatzeintrittsöffnungen 43 vom Kolben freigegeben werden und die
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Spülluft-Speicherkammem 44 nicht mit dem oberhalb des Kolbens befindlichen Verbrennungsraum, sondern mit dem Inneren des Kurbelgehäuseblocks 33 unter dem Kolben in Verbindung stehen, wie aus der rechten Hälfte der Fig. 6 ersichtlich ist.
Durch die in der Wand des Kolbens 37 vorgesehenen Durchlässe 47 stehen also die Spülluft-Speicherkammern 44 über die Zusatzeintrittsöffnungen 43 lediglich vor der Freigabe der Haupteintrittsöffnungen 40 mit dem Kurbelgehäuse 33 in Verbindung, wogegen sie vom als Spülluftbehälter dienenden Kurbelgehäuse durch den Kolben 37 in allen jenen Stellungen desselben getrennt sind, die zwischen der von ihm bewirkten Freigabe der Haupteintrittsöffnungen 40 und dem Beginn der Freigabe der Zusatzeintrittsöffnungen 43 liegen.
Bewegt sich der Kolben 37 aus seiner untersten Stellung aufwärts, dann werden die Öffnungen 43, 40 und 38 in der ihrer Aufzählung entsprechenden Reihenfolge geschlossen, und die Spülluft bzw. das Brennstoff-Luft-Gemisch wird innerhalb des Zylinders komprimiert und durch die Zündkerze 32 im richtigen Augenblick gezündet, worauf der Kolben nach unten geht. Während der Aufwärtsbewegung des Kolbens ist dabei in den hinter ihm befindlichen Raum entweder durch einen Einlasskanal oder ein nicht gezeichnetes Ventil oder aber von einem nicht gezeichneten Gebläse oder Kompressor her Luft eingebracht worden.
Bei der Abwärtsbewegung des Kolbens wird die Luft hinter ihm und in den Kanälen 41 zusammengedrückt. Wennnun die in der Wand des Kolbens 37 vorgesehenen Durchlässe 47 die Zusatzeintrittsöffnungen 43 passieren, dann werden die Spülluft-Speicherkammem 44 ebenfalls mit komprimierter Luft gefüllt, u. zw. bevor die Zusatzeintrittsöffnungen 43 wieder abgedeckt und damit die Spülluft-Speicherkammem 44 vom Spülluftbehälter 33 (Kurbelgehäuse) abgetrennt werden. Bei der weiteren Abwärtsbewegung des Kolbens 37 wird zuerst wegen ihrer höheren Lage die Auspufföffnung 38 freigegeben, so dass die verbrannten Gase austreten können. Dann werden die Haupteinlassöffnungen 40 freigegeben, so dass die in den Kanälen 41 und unter dem Zylinder komprimierte Luft in den Zylinder eindringen und die nach darin befindlichen Auspuffgase verdrängen kann.
Wie bereits erwähnt, erzeugen die austretenden Auspuffgase hinter sich einen vorübergehenden Unterdruck, wodurch sie durch die Auspufföffnung 38 etwas frisches Gemisch mit herausreissen oder aber selbst wieder zum Teil in den Zylinder zurückschlagen. Bei der weiteren Abwärtsbewegung des Kolbens, u. zw. vorzugsweise in jenem Augenblick, in dem der Gasdruck negativ wird, werden jedoch die Zusatzeintrittsöffnungen 43 freigegeben, wodurch die in den Spülluft-Speicherkammem 44 enthaltene komprimierte und bisher nicht entspannte Luft in den Zylinder eintritt und zufolge ihres von der Auspufföffnung weggerichteten Strömungsimpulses die Unterdruckwirkung wesentlich herabsetzt, wenn nicht vollständig beseitigt.
Dadurch erhält man einen im wesentlichen vollständigen Austritt der Auspuffgase und eine gleichmässige und vollständige Füllung des Zylinders mit Brennstoff-Luft-Gemisch. ohne dass dabei auch nur halbwegs nennenswerte Gemischverluste durch den Auspuffkanal zustandekämen.
Die Bewegungsrichtung des Kolbens kehrt sich nunmehr wieder um und das Arbeitsspiel wiederholt sich.
Es ist selbstverständlich, dass die Anzahl und die Anordnung der Auspufföffnungen sowie der Haupteintritts-und der Zusatzeintrittsöffnungen im Rahmen der Erfindung geändert werden können und dass der Spülluftbehälter nicht unbedingt durch das Kurbelgehäuse gebildet zu sein braucht. Die Erfindung ist sowohl auf Benzoin- axis auch auf Diesel-Brennkraftmaschinen anwendbar.
PATENTANSPRÜCHE : 1. Schlitzgesteuerte Zweitakt-Brennkraftmaschine mit mindestens einer, durch den Kolben während des letzten Abschnitts des Verbrennungshubes nach dem Brennraum hin freigegebenen. mit einem vorzugs- weise durch das Kurbelgehäuse gebildeten Spülluftbehälter. in Verbindung stehenden Spülluft-Haupteintrittsöffnung und mindestens einer, ebenfalls durch den Kolben freigebbaren Spülluft-Zusatzeintritts- öffnung, die mit einer nur während eines Teiles des Verbrennungshubes mit dem Spülluftbehälter verbundenen Spülluft-Speicherkammer in Verbindung steht, dadurch gekennzeichnet, dass Spülluftbehälter (19.
33) und Spülluft-Speicherkammer (14a, 44) durch den Kolben (21. 37) bei allen jenen Stellungen desselben voneinander getrennt sind, die zwischen dem Beginn der von ihm bewirkten Freigabe der in an sich bekannter Weise dem Zylinderkopf (20,31) näher als die Zusatzeintrittsöffnung (14,43) liegenden Haupteintrittsöffnung (13, 40) und dem Beginn der Freigabe der Zusatzeintrittsöffnung (14,43) liegen.