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Zweitaktbrennkraftmaschine mit kolbengesteuerten Ein- und Auslaßöffnungen
Die Erfindung betrifft eine Zweitaktbrennkraftmaschine mit kolbengesteuerten Ein-
und Auslaßöffnungen, die an dem dem Zylinderkopf abgewandten Ende des Zylinders
angeordnet sind, wobei mehrere Einlaßöffnungen einer Auslaßöffnung oder mehreren
Auslaßöffnungen gegenüberliegen und die tangential zum Zylinderumfang verlaufenden
Achsen der Einlaßkanäle untereinander verschiedene Neigungswinkel zur Zvlinderachse
aufweisen, die so groß sind, daß das einströmende Spülmittel oberhalb der Auslaßöffnung
bzw. den Auslaßöffnungen vorüberstreicht. Die Erfindung besteht darin, daß die Einlaßkanäle
um so steiler in den Zylinderraum einmünden, je weiter sie, in Strömungsrichtung
gesehen, von dem Auslaß entfernt liegen.
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Man hat schon bei bekannten Zweitaktbrenrtkraftmaschinen ähnlicher
Art vorgeschlagen, die Einlaßöffnungen tangential und teilweiseauchgeneigtgegeliüber
der Zylinderachse vorzusehen; jedoch wurde dabei entweder überhaupt nichts über
den einzuhaltenden Neigungswinkel gesagt, oder man wählte die Winkel so, daß die
Spülströme aus denjenigen Einlaßkanälen, die von den Auslaßöffnungen in Strömungsrichtung
der Luft im Zylinder gesehen, am nächsten liegen, sogar noch eine steilere Richtung
nach dem Zylinderkopf hin aufwiesen als die darauf in der Wirbelungsrichtung folgenden
Spülströme. Bei diesen bekannten Motoren divergierten deshalb die aus den Einlaßöffnungen
in den Zylinderraum eintretenden -Spülströme nach dem Zylinderkopf hin, wohingegen
sie nach der Erfindung konvergieren. Der Vorteil beim Konvergieren der Spülströme
liegt darin, daß die tangential aus den in Strörnungsrichtung der Luft im Zylinder
ersten Einlaßöffnungen eintretenden Spülströme eine starke Wirbelbewegung erhalten
und daß diese Strömungskomponente der Beewegung erst später mit einer stärkeren
axialen Komponente verbunden wird, die, weil sie näher an der in Wirbelungsrichtung
ersten Auslaßöffnung hinter der in Strömungsrichtung letzten Einlaßöffnung liegt,
das Vorüberstreichen der Frischgase oberhalb der Auslaßöffnungen erleichtert. Das
Ergebnis der besonderen Anordnung der Einlaßkanäle ist also, daß die neue Spüleinrichtung
wirksamer als die bisher bekannten die verbrauchten Gase aus dem Zylinderraum entfernt,
insbesondere dann, wenn die Wirbelungsgeschwindigkeit der Frischgase im Zylinder
sehr hoch ist. Außerdem zeichnen sich die neuen Motoren durch eine besonders einfache
Bauweise aus.
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Zum besseren Verständnis der Erfindung wird diese nun unter Bezugnahme
auf die Zeichnung erläutert.
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Fiba. 1 ist ein Schnitt durch einen Zylinder eines Zweitaktmotors
mit erfindtingsgemäß gestalteten und angeordneten Ein- und Auslaßkanälen in der
Ebene der Linie 14 nach Fig. 2; Fig. 2 ist ein Schnitt durch den in Fig.
1 gezeigten Motor in der Ebene der Linie II-II der Fig. 1;
Fib-.
3 ist ein Schnitt durch einen Zylinder eines Zweitaktmotors, der dem nach
Fig. 2 ähnlich ist und die übereinandergreifende Weise zeigt, in der die s1Dülende
Luft in den Zylinder eintritt; Fig. 4 ist ein Schnitt durch den in Fig.
3 gezeigten Motorenzylinder in der Ebene der Linie IV-IV der Fig.
3 und zeigt die in zunehmenden Maße geneigten Achsen der Einlaßkanäle.
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Bei der dargestellten Brennkraftmaschine sind in der Zylinderwandung
nahe dem unteren Totpunkt Einlaßkanäle vorgesehen, die so gerichtet sind, daß sie
das Frischgas tangential in den Zylinder leiten, wodurch es veranlaßt wird, um die
Achse des Zylinders zu kreisen. Die Einlaßkanäle sind außerdem nach oben geneigt,
um dem eintretenden Frischgas die geeignete Aufwärtsrichtung im Zylinder zu geben
und' den für eine Umkehrspülung erforderlichen schleifenförmigen Strömungsweg zu
erzeugen. Diese dein einströmenden Frischgas gegebene Aufwärtsrichtung verhindert
ferner, daß es unmittelbar durch die Anslaßkanäle wieder austrift, die in der Zylinderwandung
,u
(y. n ""e,e über den Einlaßkanälen in der bei TJmkehrspülung, üblichen Stellung
angeordnet sind. Hieraus ergibt sich, daß das einströmende Frischgas, das kälter
-und dichter ist als die Abgase, im äußersten Teil'des Zylinders kreist und an den
Zylinderwänden entlangstreicht, während es sich spiralförmig in Richtung auf da-,
obere Zylinderende zu bewegt. Die Verbrennungsprodukte, die heiß und infolgedessen
weniger dicht sind als die Frischgase, werden zur Mitte oder zum K-ern des Zylinders
hin gedrängt. Die Zuführung von -weiterem Frischgas verursacht dann, daß dieser
Kern oder diese Säule aus Verbrennungsgas fortschreitend durch die Auslaßkanäle
hindurch hinausgedrängt %vird. Die Auslaßkanäle sind so angeordnet, daß ihre jeweiligen
Mittellinien in der Mitte des Zylinders zusammentreffen, so daß sich für den Austritt
der Verbrennungsprodukte der bestmögliche Strömungsweg ergibt.
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Fig. 1 und 2 zeigen einen Zylinder 1 mit einem Kolben
3, durch die im Zylinder ein Hauptverbrennungsraum 5 begrenzt wird,
einen Kühlmantel 7 und eine Pleuelstange 9, die zu der üblichen nicht
gezeigten Kurbelwelle führt. Ein Zylinderkopf 11 schließt das obere Ende
des Zylinders 1 ab.
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Eine Brennstoffeinspritzdüse 13 ist in der Seitenwand des Zylinders
1 in solcher Stellung angebracht, daß sie den Brennstoff in den Zylinderraum
5 einspritzen kann; sie erhält den Brennstoff durch die Leitung
15 zugeführt. Wenn das in den Verbrennungsraum einströmende Frischgas vor
dem Ansaugen bereits mit Brennstoff vermischt worden ist, ist keine Brennstoffeinspritzdüse
mehr erforderlich.
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Im Zylinderkopf 11 ist in Strömungsrichtung hinter der Einspritzdüse
13 eine Zündkerze 21 angebracht. Die Zündkerze 21 ist durch das Kabel
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mit einem Zündstromkreis verbunden.
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Nahe dem unteren Totpunkt des Kolbens ist der Zvlinder mit Auslaßkanälen
31, 33, 35, 37 versehen, deren innere Enden in Abständen voneinander am Umfang
des Zylinders 1 angeordnet sind und in einen ringförrnigen Sammelauslaß
39 münden, der bei 41 mit einem (nicht gezeigten) Auspuffrohr in Verbindung
steht. Die Hin- und Rückbewegung des Kolbens 3 steuert so das Öffnen und
Schließen der Auslaßkanäle. Die Auslaßkanäle 31, 33, 35, 37 sind radial ,gerichtet,
so daß ihre Mittellinien an einem Punkt zusammenlaufen, der nahe der Achse 43 des
Zylinders 1
liegt.
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Der Zylinder 1 ist ferner mit Einlaßkanälen 51, 52,
53,
54, 55, 56 versehen, die in der Zylinderwandung unmittelbar über dem unteren
Totpunkt des Kolbens auf der den Auslaßkanälen 31, 33, 35, 37 gegenüberliegenden
Seite des Zylinders 1 angeordnet sind.
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Die Auslaßöffnungen reichen in der Zylinderwandung weiter nach oben
als die Einlaßöffnungen, um bei der nach unten gehenden Bewegung des Kolbens früher
freigegeben zu werden und ein Abziehen oder eine Entspannung der Verbrennungsprodukte
schon vor dein Öffnen der Einlaßkanäle zu ermöglichen.
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Die Einlaßkanäle verlaufen in der gleichen Uhrzeigerrichtung sämtlich
tangential zum Zylinderumfang, so daß das einströmende Frischgas im wesentlichen
tangential in den Zylinder 1 eintritt und dabei in eine rasche Drehung um
die Zylinderachse 43 versetzt wird. Die Einlaßkanäle 51, 52, 53, 54,
55, 56 sind außerdem schräg nach oben gerichtet, so daß dem einströmenden
Frischgas eine zusätzliche Geschwindi,-1,;eitslcoinponente axial zum Zylinder
1 in Richtunor e auf den Zylinderkopf 11 hin mitgeteilt wird. Infolgede-Len
bewegt sich die eingesaugte Luft auf einem im allgemeinen schnecken- oder spiralförmigen
Wege nach Art eines Schraubengewindes.
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Die Aufwärtsneigung der Einlaßkanäle ist derart bemessen" daß sie
ausreicht, um das Frischgas über die Auslaßkanäle hinwegzuführen, bis es auf die
Auspuffseite des Zylinders gelangt ist. Dies verhindert, daß das Frischgas unmittelbar
zu den Auslaßkanälen hinausfließt und der Spülungsvorgang »kurz,-eschlossen« wird.
Zu diesem Zweck sind erfindungsgemäß diejenigen Einlaßkanäle, die den Auslaßkanälen,
in der Drehungsrichtung des Frischgases gesehen, am nächsten liegen, am wenigsten
nach oben genei 'gt, während die weiter entfernten Einlaßkanäle mit zu-
nehmender
Entfernung steiler nach oben geneigt sind. Demnach besitzt der Einlaßkanal
51 die geringste und der Einlaßkanal 56 die größte Neigung zur Zylinderachse.
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Die Einlaßkanäle müssen in ausreichendem Maße nach oben geneigt sein,
um das Frischgas bei seiner Drehung an der Zylinderwand entlang über die Auslaßkanäle
hinwegzulenken; die Einlaßkanäle sollten jedoch nicht so stark nach oben geneigt
sein, daß die tangentiale Komponente der Geschwindigkeit des angesaugten Frischgases
übermäßig herabgesetzt wird, da hierdurch natürlich die Drehgeschwindigkeit zu sehr
zurückginge. Allgemein kann gesagt werden, daß diejenigen der Einlaßkanäle
511 52, 53, 54, 55, 56, die von den Auslaßkan2,ien31,33,35,37 in Drehungsrichtung
des Frischgases gesehen, am weitesten weg liegen und infolgedessen die steilste
Neigung nach oben zeigen, einen Neigungswinkel von 20 bis 40' gegenüber der Querschnittsebene
rechtwinklig zur Zylinderachse 43 besitzen. In bekannter Weise ist ferner vorgesehen,
daß der Grad der tangentialen Richtung bei allen Einlaßöffnungen 51, 52, 53,
54, 55, 56 gleich ist, und zwar so groß, wie zur Erreichung der erforderlichen
T-Tindrehungsgeschwindigkeit der Luft im Zy-
linder notwendig ist. Im allgemeinen
sollte dieser tangentiale Winkel vorzugsweise etwa 40 l;is 60' gegenüber
den durch den Mittelpunkt jeder Einlaßöffnung gehenden Zylinderradius betragen.
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Bei Zweitaktmotoren, bei denen eine hohe Wirbelungsgeschwindigkeit
der Gase während des Verbrennungsvorganges von Wichtigkeit ist, stellt die Erfindung
eine wirksame Lösung der - Aufgabe dar, eine sehr große Erhöhung der Wirbelungsgeschwindigkeit
bei möglichst geringer Einbuße an Spülungswirksamkeit oder Leistung sowie eine mit
steigender Motordrehzahl zunehmende Spülungswirksamkeit und Drehgeschwindigkeit
bei gleichzeitiger Benutzung einer Bauweise zu erreichen, die alle Vorteile der
außerordentlichen Einfachheit der üblichen Umkehrspülung beibehält.
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Offensichtlich sind Abwandlungen und Veränderungen der Erfindung möglich,
ohne daß dabei der Rahmen-der Erfindung verlassen wird.