DE1079887B - Zweitaktbrennkraftmaschine - Google Patents

Zweitaktbrennkraftmaschine

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DE1079887B
DE1079887B DEN12000A DEN0012000A DE1079887B DE 1079887 B DE1079887 B DE 1079887B DE N12000 A DEN12000 A DE N12000A DE N0012000 A DEN0012000 A DE N0012000A DE 1079887 B DE1079887 B DE 1079887B
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DE
Germany
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air
cylinder
internal combustion
combustion engine
engine according
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DEN12000A
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English (en)
Inventor
Hans Ulrich Lieberherr
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Nordberg Manufacturing Co
Original Assignee
Nordberg Manufacturing Co
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02BINTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B25/00Engines characterised by using fresh charge for scavenging cylinders
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02BINTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B2720/00Engines with liquid fuel
    • F02B2720/23Two stroke engines
    • F02B2720/233Two stroke engines with measures for charging, increasing the power

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
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  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
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Description

  • Zweitaktbrennkraftmaschine Die Erfindung bezieht sich auf eine Zweitaktbrennkraftmaschine mit einem abgasgetriebenen Überlader und einem Zwischenkühler zur Kühlung der vom Überlader gelieferten komprimierten Luft, bei der das Expansionsverhältnis im Zylinder größer gehalten wird als das Kompressionsverhältnis.
  • Eine derartige Betriebsart hat sich bei Viertaktmaschinen als sehr zufriedenstellend erwiesen, wobei das Lufteinlaßventil vorzeitig geschlossen wird, so daß sich die im Zylinder eingeschlossene Luft vor der Kompression ausdehnt.
  • Die Erfindung bezweckt die Anwendung dieser Betriebsart bei Zweitaktbrennkraftmaschinen. Hier ist nun aber ein vorzeitiges Schließen des Einlaßventils zwecks Ausdehnung der eingeschlossenen Luft vor der Kompression nicht möglich. Wollte man zu dem beabsichtigten Zweck einen Teil der eingeschlossenen Luftmenge, ebenso wie die Spülluft, durch die Auslaßöffnung des Zylinders ausführen, wie das bei Viertaktmotoren ausführbar ist, so ergäbe- das bei Zweitaktmaschinen folgende Nachteile: Die dem Zylinder der der Erfindung zugrunde liegenden Maschinenart zugeführte Luft ist komprimiert und gekühlt, so daß ein Herausführen dieser Luft in den Abgasstrom die Temperatur desAbgastromes wesentlich verringern würde, wodurch sich eine Leistungsverringerung der Abgasturbine des Überladers und damit des Gebläses des Überladers ergäbe.
  • Gemäß der Erfindung wird dieser Nachteil dadurch vermieden, daß zusätzlich zu den kolbengesteuerten Ein- und Auslaßöffnungen ein Ventil vorgesehen ist, durch welches in an sich bekannter Weise im ersten Teil des Verdichtungshubes ein Teil der gekühlten komprimierten Luft aus dem Zylinder in die Lufteirilaßleifiung zurückgeleitet wird.
  • Es ist an sich bekannt, durch ein Ventil gasförmiges :Medium wieder in den Lufteinlaß zurückzuleiten. Bei diesen bekannten Vorschlägen handelte es sich aber nicht um die erfindungsgemäße Aufgabe, sondern um das Zurückleiten einer brennbaren Mischung aus Luft und Brennstoff, während nach der Erfindung gekühlte und komprimierte, aus einem Zwischenkühler entnommene Luft zurückgeleitet wird.
  • Die Zeichnung zeigt verschiedene Ausführungbeispiele von Brennkraftmaschinen gemäß der Erfindung.
  • Fig. 1 ist ein senkrechter Schnitt durch eine Zweitaktbrennkraftmaschine mit Schlitzspülung; Fig. 2 ist eine Abänderung gegenüber Fig. 1, bei der zur Vereinfachung Teile fortgelassen sind; Fig.3 ist eine weitere Ausführungsform, ebenfalls mit zur Vereinfachung fortgelassenen Teilen; Fig. 4 bis 6 zeigen drei verschiedene schematische Maschinenanordnungen; Fig.7 bis 10 zeigen Ventil-Steuerungsdiagramme für verschiedene Betriebsweisen; Fig.11 ist ein schematischer Querschnitt einer Maschine mit gegenläufigem Kolben; Fig.12 und 13 sind Ventil-Steuerungsdiagramme für die Maschine nach Fig. 11; Fig. 14 zeigt teilweise im Schnitt eine schematische Maschinenanordnung; Fig. 15 ist ein Ventil-Steuerungsdiagramm für die Maschinenanordnung nach Fig.14; Fig. 16 ist ein senkrechter Teilschnitt einer anderen Maschine; Fig. 17 zeigt einen senkrechten Schnitt durch eine weitere Maschine.
  • Gemäß Fig. 1 hat die Zweitaktmaschine einen Zylinder 10 und einen Kolben 12, wobei der Zylinder eine Lufteinlaßleitung 14 hat, die mit -den Lufteinlaßöffnungen 16 in Verbindung steht, und Auslaßöffnungen 18, die mit einer Auspuffleitung 20 in Verbindung stehen.
  • Ein Kompressor oder Überlader 22 ist an eine Abgasturbine 24 angeschlossen. Der Überlader; saugt durch einen Einlaß 26 Luft an, die durch eine Leitung 28 einem Zwischenkühler 30 zugeführt wird, in dem die Kompressionswärme abgezogen wird. Von dem Zwischenkühler strömt die Luft durch ein Rohr 32 in die Einlaßleitung 14 und von dort in den Zylinder. Die Auspuffgase werden von der Auspuffleitung 20 durch ein kohr34 der Turbine24 zuggeführt und durch ein Auspuffrohr 36 abgeführt. Der Zylinderkopf ist mit einer Brennstoff-Einspritzvorrichtung 38 versehen und hat einen Hilfsauslaß 40 mit einem Hilfsventil 42. Der Auslaß 40 steht über ein Rohr 44 mit einem Hilfszwischenkühler 46 in Verbindung, von dem ein Rohr bei. 48 in die Lufteinlaßleitung 14 mündet. Das Hilfsventil 42 ist in üblicher Weise- federbelastet und wird von einem Nocken 50 über Schubstange 51 und Hebel 54 gesteuert. Der Nocken50 ist in beliebiger Weise an der Kurbelwelle der Maschine befestigt, so daß er sich in Abhängigkeit von der Umdrehungszahl der Kurbelwelle dreht. Eine Stößelrolle 56 der Schubstange 51 kann mittels eines Hebels 58 und Verbindungsstückes 60 verschieden eingestellt werden. DerHebe158 wird von einem in einem Zylinder 61 befindlichen Kolben 62 über einen Arm 64 gesteuert. Der obere Teil des Zylinders 61 steht über eine Zwischenleitung 66 mit der Leitung 44 in Verbindung. Der Luftdruck in der Leitung 44 versucht den Kolben 62 in einer Richtung zu bewegen, während eine Feder 67 auf den Kolben in entgegengesetzter Richtung wirkt. Der untere Teil des Zylinders 61 ist mit einem nicht dargestellten Entlüftungsloch versehen.
  • Während des Kompressionshubes des Kolbens 12 wird das Hilfsventil 42 vom Nocken 50 in Abhängigkeit von der Belastung der Maschine geöffnet bzw. geschlossen. Wie weiter unten ausgeführt, ist die Steuerung derart, daß ein Teil der in dem Zylinder 10 befindlichen Luft in die Lufteinlaßleitung 14 über das Rohr 44 und den Zwischenkühler 46 zurückgeführt wird, nachdem der Lufteinlaß 16 und der Auslaß 18 geschlossen sind.
  • Der Zwischenkühler 46 ist vorgesehen, weil die Spül- -und Überladeluft im Zylinder 10 sich mit den Abgasen mischt, so daß die vom Zylinder 10 durch den Hilfsauslaß 40 zurückgeführte Luft eine höhere Temperatur hat als die vom Zwischenkühler 30 kommende Luft. Die zurückgeführte Luft wird in dem Zwischenkühler 46 ungefähr auf die Temperatur der den Zwischenkühler 30 verlassenden Luft heruntergekühlt.
  • Fig.2 zeigt eine Abänderung einer Maschine nach Fig. 1. Bei dieser Maschine hat der Hilfsauslaß die Form von einer oder mehr Öffnungen 68, die über den normalen Lufteinlässen und Auslässen 69 bzw. 70 liegen. Die vom Zylinder 10 zurückgeführte Luft strömt durch einen Hilfsauslaß 68 in ein Ventilgehäuse 71, das innerhalb der Lufteinlaßleitung 14 angeordnet ist, und von diesem Ventilgehäuse strömt die Luft dann in die Lufteinlaßleitüng. Der Auslaß 72 wird von einem Hilfsventil 74 gesteuert, das seinerseits von einem Nocken 76 und Stößel 78 mittels eines Exzenters 80 veränderlich gesteuert wird. Der Exzenter 80 kann gedreht werden, um die Steuerungszeit des Ventils 72 in Abhängigkeit von der Belastung zu verändern. Hierfür kann eine ähnliche Anordnung, d. h. Zylinder 61, Kolben 62 und Leitung 66, benutzt werden, wie in Fig. 1 dargestellt, aber es können natürlich auch andere auf Belastungsänderungen ansprechende Anordnungen benutzt werden, um das Ventil 74 zu steuern bzw. um den Exzenter 80 zu drehen. Zu der in Fig. 2 gezeigten Maschine gehört ein Überlader 22 und ein Zwischenkühler 30, wie in Fig. 1 gezeigt.
  • Fig.3 zeigt eine weitere-schlitzgesteuerte Maschine gemäß der Erfindung. Diese- Maschine hat ein Ventilgehäuse 82 innerhalb der fufteinlaßleitung 14, das mit dem Zylinder 10 durch- einen oder mehrere Hilfsauslässe 84 in Verbindung steht, die oberhalb der normalen Luftein- und Auslässe;85.bzw. 86 liegen. Die durch die Auslässe 84 zurückgeführte Luft wird durch ein Hilfsventil 87 gesteuert, das seinerseits von einem Nocken 88 über Winkelhebel 90 gesteuert wird. Der Nocken 88 wird von der Kurbelwelle der Maschine über Ritzel 92, 94 und Kette 96 angetrieben. Die Steuerung des Ventils 87 kann verändert werden durch Veränderung der Kraftverbindung zwischen Kurbelwelle und Nocken 88, und zwar mittels eines in einem Zylinder 97 beweglichen Kolbens 98, der über eine Leitung 100 von der Luft in der Einlaßleitung 14 beeinflußt wird.
  • Der Kolben 98 hat eine Kolbenstange 102, die Leergetriebe 104 und 106 trägt, die durch eine Druckfeder 108 voneinander entfernt gehalten werden, so daß sie den Durchhang in der Kette 96 aufnehmen. Der Druck in der Lufteinlaßleitung 14 sucht den Kolben 98 in einer Richtung zu bewegen, während die Feder 110 in der entgegengesetzten Richtung wirkt. Auf diese Weise verändert der Druck der Luft in der Lufteinlaßleitung 14 den Phasenwinkel zwischen dem Nocken 88 und der Antriebswelle und damit die Steuerung des Hilfsventils 87.
  • Bei den drei in den Fig. 1 bis 3 gezeigten Maschinen ist also ein Hilfsventil angeordnet, dessen Steuerung in Abhängigkeit von der Belastung der Maschine verändert wird.
  • Die Fig. 4 bis 6 zeigen drei verschiedeneMaschinenanordnungen gemäß der Erfindung. In allen drei An7:. ordnungen ist eine Zweitaktmaschine 112 gezeigt mit einem Überlader 114, der von einer Abgasturbine 115 angetrieben wird und unter hohem Druck Luft über einen Zwischenkühler 116 der Lufteinlaßleitung 118 zuführt. Hilfsventile, wie sie in Fig. 1 bis 3 gezeigt sind, sind in den Zylinderköpfen 120 angeordnet, so daß von den Zylindern Luft über eine Rücklaufleitung 122 und über ein Filter 124 in die Lufteinlaßleitung 118 zurückgeführt wird.
  • Bei der Ausführung nach Fig.4 wird die zurückgeführte Luft bei 126 kurz vor dem Zwischenkühler 116 wieder der Einlaßleitung zugeführt. So wird also diese Luft wieder von dem Zwischenkühler 116 vor Eintritt in den Lufteinlaß abgekühlt. Bei der Ausführung nach Fig. 5 steht die Rücklaufleitung 122 mit dem Auslaß des Zwischenkühlers bei 128 in Verbindung und benutzt außerdem noch einen Hilfskühler 130, in dem die Luft vor Rückleitung in die Einlaßleitung 118 abgekühlt wird.
  • Bei der Ausführung nach Fig.6 wird die komprimierte Luft von dem abgasgetriebenen Überlader 114 einem von der Kurbelwelle angetriebenenGebläse bzw. Kompressor 132 zugeführt, wie sie üblicherweise zu einer Zweital;tmaschine gehören. Der Druck der Ladeluft wird also in dem Kompressor 132 weiter erhöht, und die Luft strömt dann durch den Zwischenkühler 116 in die Lufteinlaßleitung 118. Die aus den Zylindern über die Hilfsauslässe zurückgeführte Luft wird dann über die Rückführleitung 122 einem Hilfszwischenkühler 134 zugeleitet, von wo sie über ein Rohr 136 wieder dem Lufteinlaß zuströmt.
  • In den Fig. 4 bis 6 ist die Verbindung zwischen dem abgasgetriebenen Überlader 115 und der Auslaßleitung der Maschine fortgelässen, obwohl diese natürlich vorhanden sein muß. Bei allen in den Fig. 4 bis 6 gezeigten Anordnungen wird das Hilfsventil durch eine der in Fig. 1 oder 3 dargestellten Anordnungen gesteuert oder durch andersartige Anordnungen, die das Schließen des Hilfsventils in Abhängigkeit von der Maschinenbelastung zu verändern gestatten.
  • Die Fig. 7 und 8 zeigen zwei Ventil-Steuerungsdiagramme einer Kompressionszündungs- oder Dieselmaschine gemäß der Erfindung. - - Gemäß Fig. 7 überlagert die Steuerung der Auslaßöffnungen nach Linie 140 die Steuerung der Einlaßöffnungen nach Linie 142 in der üblichen Weise. Die Auslaßöffnungen werden bei a am Ende des Verbrennungshubes vor den Einlaßöffnungen, die bei b aufgesteuert werden, geöffnet und zu Beginn des Kompressionshubes bei c geschlossen nach dem Schließen der Einlaßöffnungen bei d. Die Steuerung des Hilfsventils wird durch die Linie 144 dargestellt. Das Hilfsventil öffnet bei e, nachdem der Kolben den unteren. Totpunkt X-X erreicht hat, und schließt bei voller Belastung der Maschine bei f, nachdem die Auslaßöffnungen geschlossen sind. Der Schließpunkt f entspricht ungefähr der Stellung des Kolbens in Fzg.1. Das Hilfsventil öffnet also nicht eher, bis der Kolben seinen Kompressionshub beginnt, und schließt nicht eher, bis die Auslaßöffnungen vom Kolben überdeckt sind. Ein Teil der Luft im Zylinder nach Schließen der Auslaßöffnungen bei c wird vom Zylinder in die Hilfsleitung zurückgeführt, bevor das Hilfsventil bei f schließt. Die Menge der zurückgeführten Luft wird veränderlich bestimmt von dem Betätigungsmechanismus für das Hilfsventil, der entsprechend den Belastungsänderungen der Maschinen anspricht.
  • Wenn die Belastung der Maschine sich vermindert, vermindert sich auch der Druck in der Lufteinlaßleitung. Gemäß Fig.1 teilt sich der Luftdruck dem Zylinder 61 und dem Kolben 62 über Leitung 66 und Leitung 44 mit. So wird also bei sich verringernder Maschinenbelastung und Schließpunkt f des Hilfsventils vorverlagert, und eine kleinere Menge Luft wird vom Zylinder zurückgeführt. Bei Leerlauf verschiebt --ich die Steuerung des Hilfsventils auf die gestrichelt in Fig. 7 dargestellte Linie, wobei der Punkt f ungefähr mit dem Punkt c zusammenfällt und der volle Zylinderinhalt komprimiert wird.
  • Die Dichte der vom Überlader gelieferten Luft vergrößert sich mit steigender Belastung, und obgleich der nach Schließen des Hilfsventils im Zylinder befindliche Luftinhalt mit steigender Belastung kleiner wird, ist das Gesamtgewicht der Luft im Zylinder größer. Es kann also mehr Brennstoff im Zylinder verbrannt werden, und es ergibt sich eine größere Maschinenleistung.
  • In Fig. 8 ist die Steuerung der Auslaß- und der Einlaßöffnungen wie in Fig. 7 dargestellt. Die Steuerung des Hilfsventils ist durch die Linie 146 dargestellt. Das Hilfsventil öffnet bei g und schließt bei h. Die Spülung erfolgt also über den Hilfsauslaß und über den Haupteinlaß. Während des Kompressionshubes bei voller Belastung wird das Hilfsventil offengehalten und erst bei h geschlossen, nachdem die Einlaß- und Auslaßöffnungen vom Kolben überdeckt sind. Ein Teil der im Zylinder eingeschlossenen Luft wird also zurückgeführt. Wie in Fig. 1 wird der Schließpunkt des Hilfsventils h in Abhängigkeit von der Maschinenbelastung verändert. Bei Leerlauf verschiebt sich die Steuerung des Hilfsventils auf die gestrichelt dargestellte Linie, so daß der Zylinder voll gefüllt ist.
  • Die Fig.9 und 10 zeigen zwei Ventil-Steuerungsdiagramme bei einer z. B. durch Kerzen zündenden Maschine mit gasförmigem Brennstoff. Bei einer solchen Maschine soll das Verhältnis Luft zu Brennstoff auch bei sich ändernden Belastungen ungefähr gleich gehalten werden. Die Luft wird in üblicher Weise den Zylindern durch die Einlaßöffnungen zugeführt, und der Brennstoff wird durch ein Gasventil im Zylinderkopf eingeführt. Das Hilfsventil kann so gesteuert werden, daß .der Zylinder eine .derart an die Belastung und an die Brennstoffmenge ängepaßte Luftmenge aufnimmt, daß das Verhältnis Luft zu Brennstoff des Gasgemisches im wesentlichen bei allen Belastungen -der Maschine gleichbleibt.
  • In Fig.9 ist die Steuerung der Ein- und Auslaßöffnungen mit 140 bzw. 142 bezeichnet. Bei voller Belastung öffnet das Hilfsventil nach Linie 144 bei i nach Erreichen des unteren Totpunktes und schließt bei j nach Abdeckung der Auslaßöffungen durch den Kolben bei c, wobei die Steuerung des Einlasses undAuslasses des Hilfsventils ungefähr der nach Fig.7 entspricht. Um jedoch ein konstantes Luft-Brennstoff-Verhältnis bei sich verringerndenBelastungen aufrechtzuerhalten, wird die Steuerung verzögert, bis die Öffnungs- und Schließzeiten des Ventils ungefähr die gestrichelte Linie gemäß Fig.9 einnehmen. Bei Leerlauf kommt also wesentlich weniger Luft in den Zylinder als bei Vollast, und die Steuerung des Hilfsventils hält das Luft-Brennstoff-Verhältnis im wesentlichen konstant.
  • Gemäß Fig.10 erfolgt die Öffnung des Hilfsventils nach Linie 146 bei h vor Erreichen des unteren Totpunktes, und der Hilfsauslaß unterstützt somit die Spülung des Zylinders. Das Schließen des Ventils bei L, bei Vollast, erfolgt nach Überdecken der Auslaßöffnungen durch denKolben bei c, so daß eineLuftmenge verdichtet wird, die wesentlich geringer ist als der Zylinderinhalt. Die Verhältnisse entsprechen im wesentlichen denen in Fig. B. Bei sich vermindernder Belastung wird jedoch die Steuerung des Hilfsventils bis auf die gestrichelt dargestellte Lage vergrößert. Die gestrichelte Linie stellt die Verhältnisse bei Leerlauf dar.
  • Die Erfindung kann für verschiedene Arten von Brennkraftmaschinen Anwendung finden. Fig. 11 zeigt beispielsweise eine Maschine gemäß der Erfindung mit gegenläufigem Kolben. Die Maschine 210 =hat einen Zylinder 212 mit Kolben 214 und 216, wobei der Kolben 214 die Einlaßöffnungen 218 einer Einlaßleitung 220 steuert, während der Kolben 216 die Auslaßöffungen 222 einer Auslaßleitung 224 steuert.
  • Die Ladeluft wird der Maschine von einem Überlader 226 zugeführt, der die durch einen Einlaß 228 zugeführte Luft verdichtet und diese über eine L eitung 230 einem Zwischenkühler 232 zuführt, wo die Kompressionswärme abgeleitet wird. Der Zwischenkühler hat einen Einlaß 234 bzw. Auslaß 236 für das Kühlwasser. Die komprimierte gekühlte Luft wird der Einlaßleitung 220 durch eine Leitung 238 zugeführt, und wenn der Kolben 214 die Einlaßöffnungen 218 freigibt, tritt die Luft in den Zylinder. Der Brennstoff wird durch eine Vorrichtung 240 zugeführt. In Fig. 11 ist eine Einspritzdüse für Dieselbrennstoff gezeigt, es kann aber ebensogut ein Gasventil mit Zündkerze vorhanden sein oder ein Gasventil und eine Einspritzdüse.
  • Nach Zuführung und Verbrennung des Brennstoffes strömen die Abgase durch die Auslaßöffnungen 222, nachdem der Kolben 216 diese Öffnungen freigegeben hat, in eine abgasgetriebene Turbine 242, die den Kompressor 226 für die Einlaßluft antreibt. Die Abgase werden durch einen Auslaß 244 ins Freie geführt.
  • Der Zylinder 212 hat ein Hilfsventil 246, das eine Hilfsleitung 248, die in die Einlaßleitung 230 bei 250 mündet, abschließt. Das Hilfsventil 246 ist in üblicher Weise federbelastet und wird durch einen Nocken 252 geöffnet. Der Nocken wird angetrieben von einer Welle 254 mittels Stößelrolle 256 und Hebel 258. Dieser Hebel liegt an einer -Rolle260 an, die das Hilfsventil 246 betätigt. Die Welle 254 dreht sich in der Richtung des Pfeiles.
  • Die Steuerung des Hilfsventils 246 erfolgt über eine druckabhängige Vorrichtung 262, die aus einem in einem Zylinder 264 laufenden Kolben besteht, dem Luft von der Auslaßseite des Überladers 226 durch ein Rohr 266 zugeführt wird. Eine Feder 268 wirkt diesem Luftdruck entgegen. Am Ende der Kolbenstange ist ein Hebel 270 befestigt, der eine Schubstange 272 mit zwei in einem Zylinder 275 bewegten Kolben 274 aufweist. Unter Druck befindliche Flüssigkeit, z. B. das Schmieröl, wird in den Zylinder geführt und so von den Kolben 274 gesteuert, daß die Flüssigkeit über Leitungen 278 auf beiden Seiten des Kolbens 280 zutritt. Der Zylinder 275 hat Auslaßleitungen 282. Der Kolben 280 bewegt eine Zahnstange 284, die in ein Zahnrad 286 eingreift. Dieses Zahnrad verstellt einen Exzenter 288 und damit den Hebel 258.
  • Auf diese Weise bestimmt der Druck der von dem Überlader 226 in Abhängigkeit von der Maschinenbelastung gelieferten Luft die Steuerung des Hilfsventils 246 j e nach der Lage der von dem Exzenter 288 verstellten Stößelrolle 256.
  • Fig.12 zeigt das Ventil-Steuerungsdiagramm des Hilfsventils 246 gemäß Fig. 11. Der Auslaßbereich ist mit 292 bezeichnet und überlagert den Einlaßbereich 294. Bei a' sind die Auslaßöffnungen 222 durch den Kolben 216 freigegeben, und zwar vor dem Punkt b.' der Einlaßöffnungen 218. Bei d' sind die Auslaßöffnungen überdeckt, nachdem, die Einlaßöffnungen 218 von dem Kolben 214 bei c' abgedeckt sind. Das Hilfsventil 246 schließt- bei e', nachdem die Auslaßöffnungen bei d' geschlossen sind, so daß zwischen d' und e' eine vorher bestimmte Menge von Luft aus dem Zylinder 212 in die Einlaßleitung230 zurückgeführt wird. Der Nocken 252 ist derart geformt, daß er das Hilfsventil 246 bei (',unmittelbar nachErreichen des äußerenTotpunktes, öffnet.
  • Fig.13 zeigt anderes Ventil-Steuerungsdiagramm für das Hilfsventil 246. Das Ventil wird wieder bei e' geschlossen, so daß zwischen d' und e' eine wesentliche Menge der normalen, zur Verdichtung zugeführten Luft aus dem Zylinder 212 in die Einlaßleitung 230 zurückgeführt wird. In diesem Falle öffnet aber das Ventil246 bei g' wesentlich vor Erreichen des durch die Linie Y-Y dargestellten äußeren Totpunktes der Kolben 214 und 216. Von g' bis d' strömt Spülluft in den Zylinder, und von d' bis e' wird Luft aus dem Zylinder 21,2 zurückgeführt. Durch schräge Anordnung des Ventils in der Zylinderwand kann. die Luft wirbelnd in den Zylinder eingeführt werden, wodurch sich die Verbrennung verbessert. In diesem Falle trägt also die Hilfsöffnung 248 dazu bei, die Spülung und die Verbrennung zu verbessern.
  • In Fig. 14 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung gezeigt. Die Maschine 10a hat einen Zylinder 12a und eine Zylinderbüchse 14a, einen Zylinderkopf 16a mit einer wasserführenden Ummantelung 17a. In dem Zylinder bewegt sich ein Kolben 18 a mit einer Kolbenstange20a. Der Zylinder hat eine Lufteinlaßleitung22a, die über eine Mehrzahl von Einlaßöffnungen 24a mit dem Zylinderinnern in Verbindung steht. Eine Auslaßleitung 26a steht mit dem Zylinder durch Auslaßöffnungen 28 a in Verbindung. Die gezeigte Maschine ist eine schlitzgesteuerte Zweitaktmaschine.
  • Ein abgasgetriebenes Überlader-Aggregat30a besteht aus einem Kompressor32a, der die durch den Einlaß 34a eintretende Luft verdichtet. Die Luft strömt dann über einen Zwischenkühler 36a, in dem die Kompressionswärme ganz oder zu einem wesentlichen Teil abgeführt wird, in die Einlaßleitung. Der Zwischenkühler hat einen Einlaß 38 a und einen Auslaß 40a für das Kühlwasser. Die Auslaßleitung steht mit einer abgasgetriebenen Turbine 42 a über eine Leitung 44a in Verbindung, die Turbine ist bei 46a an den Kompressor angeschlossen, und die Abgase werden bei 48a ins Freie geführt.
  • Eine Leitung 50a im Zylinderkopf wird von einem Hilfsventi152a gesteuert, das von einer Schubstange 54a und Heblarm 56a ähnlich Fig. 1 betätigt wird. Der Nocken 58 a, der dieses Ventil betätigt, kann ein besonderer, auf einer Nockenwelle befestigter Nocken sein. Die Leitung 50a führt bei 59a in die Einiaß-Leitung, und es ist ein Zwischenkühler 60 a vorgesehen, in dem die abgeleitete Luft vor Eintritt in die Einlaßleitung abgekühlt wird.
  • Fig.15 zeigt ein Ventil-Steuerungsdiagramm für die Zweitaktmaschine nach Fig.14, in dem die Auslässe bei 62a während des Krafthubes geöffnet und bei 64a während des Verdichtungshubes wieder geschlossen werden. Die Spül- oder Einlaßöffnungen werden bei 66a geöffnet und bei 68a wieder geschlossen. Der Nocken 58 a, der das Hilfsventil 52 a betätigt, ist derart geformt, daß das Ventil während des Verdichtungshubes in Punkt 70a geschlossen wird. Zwischen den Punkten 64a und 70a wird die eingeführte Luft teilweise durch die Leitung50a in die Einlaßleitung abgeleitet. Der Schließpunkt70a des Ventils. 52a bestimmt die wirksame Verdichtung in dem Zylinder und auch das wirksame Verdichtungsverhältnis der Maschine. Während des Ausdehnungs- oder Triebhubes des Kolbens öffnet der Nocken 58a das Ventil nach Freigabe der Aüslaßöffnungen. Zum Beispiel kann das Ventil bei 66 a im gleichen Augenblick geöffnet werden, in dem die Einlaßöffnungen freigegeben werden. Das Ausdehnungsverhältnis wird .durch den Punkt 62 a bestimmt, in dem die Auslaßöffnungen frei liegen. Beim Beispiel nach Fig. 15 ist das Verdichtungsverhältnis bzw. die wirksame Verdichtung in einem Zylinder wesentlich geringer als das Ausdehnungsverhältnis bzw. die wirksame Ausdehnung.
  • Bei der in Fig. 14 gezeigten Maschine ist die Steuerung des Hilfsventils 52a konstant. Ein Regler 72 a ist vorgesehen, der eine Brennstoffpumpe 74a und eine Zahnstange 76 a in üblicher Weise steuert. Die Brennstoffpumpe wird von einem Nocken 78a der Nockenwelle angetrieben und fördert den Brennstoff über eine Leitung 80a zur Einspritzdüse 82a. Eine weitere Pumpe84a wird von derselben Zahnstange angetrieben und ist an die Brennstoffleitung angeschlossen, so daß beide Pumpen mit der Einspritzdüse 82a in Verbindung stehen. Über die zweite Pumpe 84a wird ein besonderer Startbrennstoff gefördert, der bei wesentlich geringererTemperatur zündet alsDieselbrennstoff. Während des Startens der Maschine fördert die Pumpe 84a Startbrennstoff zur Einspritzdüse 82a. Nach dem Starten der Maschine wird die Pumpe 84a abgeschaltet, und die Pumpe 74a übernimmt die Förderung normalen Dieselbrennstoffes zur Einspritzdüse. Die Pumpe 84a kann auch Startbrennstoff fördern, bis. die Maschine eine vorbestimmte Belastung erreicht hat. Die Brennstoffleitungen jeder Pumpe sind mit einem Kontrollventil 86a und 88a versehen, so daß Brennstoff nicht von. einer Pumpe in die andere gefördert werden kann. Durch eine besondere Zähneanordnung auf der Zahnstange 76 a wird die Pumpe eingeschaltet, beispielsweise können die Zähne auf der Zahnstange teilweise weggelassen sein, oder ein Schlüpfen kann vorgesehen sein: Es kann auch statt zwei Pumpen nur eine Pumpe vorgesehen sein, die mittels eines vom Regler beeinflußten Ventils an zwei Brennstoffleitungen angeschlossen ist und entweder Startbrennstoff oder normalen Dieselbrennstoff fördert. Bei der in Fig. 16 dargestellten Maschine sind Mittel vorgesehen, um während des Startvorganges .den Zylinder zu beheizen. Dies ist eine elektrisch beheizte Zündspule 90 a, die über Leitungen 92 a an eine Stromquelle angeschlossen ist und von dem Regler oder in Abhängigkeit von der Belastung eingeschaltet wird, so daß die Erwärmung nur während des Startens oder während geringer Belastung wirksam wird.
  • Die in Fig. 17 dargestellte Maschine hat einen abgasgetriebenen Überlader mit einer Einlaßsteuerung 108 ca, die vom Regler 110 a mittels einer Anzahl radialer Schaufeln 112a in Abhängigkeit von der Maschinenbelastung beeinflußt wird. Diese Vorrichtung wirkt so, daß sich die Spülluftmenge mit Abnehmen der Last verringert, so daß der nach Spülung verbleibende Gasanteil größer ist und sich die Lufttemperatur im Zylinder erhöht.
  • Aus den vorgeschlagenen Beispielen von Maschinen gemäß der Erfindung geht hervor, daß in allen Fällen einTeil der dem Zylinder zugeführten Luftmenge über ein zusätzliches Ventil abgeleitet und wieder in die Einlaßleitung zurückgeführt wird. Der Vorteil dieser Maßnahme ist eine Leistungssteigerung der Maschine, ohne daß die maximalen Temperaturen und Drücke im Zylinder übersteigert werden. Das abgeleitete Luftvolumen kann veränderlich sein, so daß das im Zylinder verbleibende Luftvolumen .der Belastung der Maschine angepaßt ist, und es ergibt sich der weitere Vorteil, daß sich die Abgase nicht mit kühler Luft vermischen, was die Leistung der den Überlader antreibenden Abgasturbine vermindern würde. Dadurch ist auch für die Förderung der gleichen Luftmenge ein kleines Überladergebläse ausreichend.
  • Bei einigen Dieselmaschinen gemäß der Erfindung könnte das verringerte Verdichtungsverhältnis eine nicht genügende Kompressionstemperatur ergeben, besonders bei Start der Maschine. Wie bereits beschrieben, kann man diese Schwierigkeit in bekannterWeise beheben, beispielsweise dadurch, daß man einen Startbrennstoff einspritzt, der bei niedrigerer Temperatur zündet als Dieselbrennstoff.

Claims (1)

  1. PATENTANSPRüCHE: 1. Zweitaktbrennkraftmaschine mit einem abgasgetriebenen Überlader und einem Zwischenkühler zur Kühlung der vom Überlader gelieferten komprimierten Luft, bei der das Expansionsverhältnis im Zylinder größer gehalten wird als das Kompressionsverhältnis, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich zu den kolbengesteuerten Ein- und Auslaßöffnungen ein Ventil (42, 74, 87, 246, 52d) vorgesehen ist, durch welches in an sich bekannter Weise im ersten Teil des Verdichtungshubs ein Teil der gekühlten komprimierten Luft aus dem Zylinder in die Lufteinlaßleitung (14, 118, 220, 22m) zurückgeleitet wird. z. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die abgeleitete Luft vor ihrem. Eintritt in die Lufteinlaßleitung des Zylinders noch einmal den Zwischenkühler passiert. 3. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die abgeleitete Luft vor ihrem Eintritt in die Lufteinlaßleitung des Zylinders durch einen besonderen Hilfs-Zwischenkühler geleitet wird. 4. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Menge der abgeleiteten Luft in Abhängigkeit von der Maschinenbelastung verändert wird, so daß sich bei verringerter Brennstoffmenge über einem großen Belastungsbereich ein im wesentlichen konstantes Brennstoff-Luft-Verhältnis ergibt. 5. Brennkraftmaschine nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das zusätzliche Ventil zum Ableiten der Luft in der Lufteinlaßleitung des Zylinders angeordnet ist. 6. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis. 5, dadurch gekennzeichnet, daß die abgeleitete Luft vor Eintritt in die Lufteinlaßleitung des Zylinders einen Filter passiert. 7. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem abgasgetriebenen Überlader und dem Zwischenkühler ein von der Maschine angetriebenes Luftgebläse vorgesehen ist. B. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 7, gekennzeichnet durch die an sich bekannte Zuführung eines zweiten Brennstoffes, der bei niedrigerer Temperatur zündet als der Hauptbrennstoff. 9. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 8, gekennzeichnet durch Anordnung einer oder mehrerer Heizspulen zur zusätzlichen Erwärmung der Luft im Zylinder während des Startens oder bei Leerlauf. 10. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet durch eine Nebenleitung (94a) zwischen dem kolbengesteuerten Ein-und Auslaß des Zylinders, die durch ein in Abhängigkeit von den Belastungsänderungen ansprechendes Ventil gesteuert wird, so daß das Spülverhältnis in direkter Abhängigkeit von der Belastung geregelt werden kann. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschrift Nr. 353 238; französische Patentschriften Nr. 774 261, 971500; schweizerische Patentschriften Nr. 70 194, 298 626; USA.-Patentschrift Nr. 2 408 448; K. L ö h n e r, Die Brennkraftmaschine, Düsseldorf, 1953, S. 58; Motortechnische Zeitschrift (MTZ), 1952, S. 52.
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DE4242101A1 (de) * 1992-12-14 1997-09-18 Fickelscher Kurt G Dipl Ing Kolbenmaschine mit Wälzschlittengetriebe

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