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Zweitakt-Brennkraftmaschine Die Erfindung bezieht sich auf eine Zweitakt-Gleichstrom-Brennkraftmaschine
mit mehreren Auslaßventilen im Zylinderkopf und mit nahe der unteren Totpunktlage
befindlichen Einlaßschlitzen, die über den ganzen Zylinderumfang mindestens annähernd
gleichmäßig verteilt und derart tangential angeordnet sind, daß die Luft im Zylinder
eine Drehbewegung ausführt.
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Der Zweck der Erfindung besteht darin, die Lebensdauer und den Nutzwirkungsgrad
einer bekannten Maschine der erwähnten Art zu vergrößern. Die Lösung dieser Aufgabe
besteht in einer Verbesserung der Spülung und Kühlung der Zylinderwände und der
Ventile und einer besseren Verteilung und Zerstäubung des Brennstoffs in der Aufladeluft.
Die Lösung der gestellten Aufgabe wird durch die Vereinigung an und für sich bekannter
Merkmale erreicht, welche Merkmale sich in überraschender Art und Weise ergänzen.
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Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß die Auslaßventile durch
zwei in an sich bekannter Weise zentral im Zylinderkopf befindliche, konzentrisch
zueinander und beweglich ineinander angeordnete Ventile, nämlich einAußenventil
mit Sitz im Zylinderkopf und ein imAußenventil geführtes Innenventil mit Sitz im
Außenventil, gebildet sind und daß die Gase hinter mindestens einem der Ventile
derart geführt werden, daß sie - wie an sich bekannt - die durch die Einlaßschlitze
hervorgerufene Luftdrehung im Zylinder unterstützen.
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Es wird dadurch eine einheitliche Drehbewegung der Luft im Zylinder,
beim Vetildurchtritt und nach demselben erreicht, was sowohl für den Auslaß, den
Spül- und Ladevorgang, die Kühlung der von der Spülluft berührten Wände und die
Brennstoffverteilung und Zerstäubung von Vorteil ist und zur Erhöhung des Wirkungsgrades
und der Lebensdauer der Maschine beiträgt.
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Weitere an und für sich bekannte Merkmale sind dazu geeignet, die
erfindungsgemäße Zweitakt-Brennkraftmaschine zu verbessern.
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Die Spül- und Ladelufteinströmung kann eine gegen eine Brennraumeinbuchtung
im Kolben gerichtete Bewegungskomponente aufweisen, sei es durch die Anordnung des
Luftzuleitraumes vor den Einlaßschlitzen oder durch die Ausbildung der Einlaßschlitze
selbst.
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Eine besondere Aufgabe der Maschine kann ihre Lösung darin finden,
daß getrennte übereinanderliegende Einlaßschlitze im Zylindermantel vorgesehen werden.
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Eine zweckmäßige Lösung zur Verstärkung der Drehbewegung kann auf
verschiedene Art und Weise erzielt werden. Es kann nach mindestens einem der Auslaßventile
mindestens ein Auslaßkanal im Zylinderkopf exzentrisch zur betreffenden Ventilachse
angeordnet sein. In besonders zweckmäßiger Art und Weise wird eine Verstärkung der
Drehbewegung mit einem spiralförmigen Sammelraum nach einem oder beiden Auslaßventilen
erreicht.
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Eine gute Kühlung, von der besonders die Lebensdauer der Maschine
beeinfiußt wird, kann dadurch erhalten werden, daß die Vorrichtung zur Lieferung
von Spül- und Ladeluft so bemessen und ausgeführt ist, daß die gelieferte Spülluftmenge
ausreicht, den Raum hinter dem- V etilauslaß zu spülen und nach Ventilschluß den
Raum oder die Räume vor der Abgassammelleitung mit verhältnismäßig kalter Spülluft
während der folgenden Verdichtungs-, Verbrennungs-und Expansionsperiode gefüllt
zu halten.
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In baulicher Hinsicht können folgende Ausbildungen des oder der Abgaskanäle
im Zylinderkopf besondereVorteile ergeben. Zum Beispiel können dieAbgase nach jedem
Auslaßventil durch einen besonderen Kanal im Zylinderkopf nach außen geführt werden,
oder es kann nach den Auslaßventilen für beide Teilkanäle ein gemeinsamer nach außen
geführter Kanal im Zylinderkopf vorgesehen sein. Im ersteren Falle können die Kanäle
im Zylinderkopf je an eine besondere Abgasleitung angeschlossen werden.
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In der Zeichnung sind beispielsweise Ausführungsformen des Erfindungsgegenstandes
dargestellt.
Gleiche Zahlen bzw. Buchstaben bezeichnen entsprechende
Teile oder Zustände.
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Fig. 1 zeigt einen Schnitt durch die Zylinderachse einer Zweitakt-Brennkraftmaschine
mit mechanisch angetriebenem Lader, Fig.2 den Zylinderabschluß im Schnitt durch
die Zylinderachse, Fig.3 einen Schnitt durch einen Zylinderabschluß entsprechend
dem Linienzug III-III von Fig. 2, Fig. -1 einen solchen entsprechend dem Linienzug
IV-IV von Fig. 2; Fig. 5 stellt einen Schnitt entsprechend dem Linienzug VI-VI von
Fig. 1 dar und Fig. 6 einen Schnitt VI-VI entsprechend der Fig. 1, bei einer anderen
Ausführungsart; Fig.7 zeigt einen Schnitt durch die Zylinderachse einer Zweitakt-Brennkraftmaschine
mit Abgasturboaufladung und Fig. 8 einen gleichen Schnitt einer Zweitakt-Brennkraftmaschine,
welche mit kombinierter Abgasturbo-und mechanischer Aufladung arbeitet.
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In Fig. 1 ist 1 der Zylinderblock, 2 die Grundplatte, 3 die Kurbelwelle,
4 eineZylinderbüchse, 5 dieSteuerwelle, 6 ein Arbeitskolben, 7 eine Schubstange
und 8 ein Zvlinderabschluß. Die Zv linderbüchse 4 weist in der -Nähe der inneren
Totpunktlage des Kolbens die Einlaßschlitze 9 auf. Im Zylinderabschluß 8 befinden
sich zwei konzentrisch zueinannder und ineinander beweglich gelagerteAuslaßventile
10 und 11. Die Spül-und Ladeluft wird den Zylindern 12 durch ein von der Maschine
selbst angetriebenes Gebläse, das im gezeigten Beispiel als rotierendes Gebläse
13 ausgebildet ist, durch Stutzen 35, den Raum 14 und die Einlaßschlitze 9 zugeführt.
Die Auspuffgase verlassen den Zylinder 12 zwischen den beiden Ventilen 10 und 11
durch den Raum 15 und durch den Raum 16 außerhalb des äußeren Auslaßv entils 10.
Von dort gelangen sie entweder gemeinsam, wie in Fig. 1, 2, 3, 4 und 7 dargestellt,
durch die Leitung 17 nach außen oder getrennt, wie in Fig. 8 dargestellt, durch
die Leitungen 17' und 17" zu der Gasturbine 37 eines Abgasturboladers 38. Das Auslaßventil
10 wird durch den Steuernocken 18, die Stange 19, den Hebel 20 und den Federteller
21, unter Mitwirkung der Feder 22, gesteuert. Das Auslaßventil 11 wird durch den
Steuernocken 23, die Stange 24, den Hebel 25, unter Mitwirkung der Haarnadelfeder
26 und des Bügels 27, betätigt.
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In Fig. 2 sieht man, wie sich die Auslaßräume 16 und 28 nach den Auslaßv
entilen 10 und 11 im Raum 29 vereinigen, um dann, wie in Fig. 1 dargestellt, gemeinsam
zur Abgasleitung 17 zu führen. 30 ist das Brennstoffeinspritzventil. Es geht durch
einen Stutzen 31 im Zylinderabschluß 8 und ist gegen die Vertiefung 32 im Kopf des
Kolbens 6 gerichtet.
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Fig. 3 zeigt die Weiterführung der Abgase nach dem inneren Auslaßv
entil 11 aus dem Raum 15 nach Durchtritt durch die Öffnungen 10' (Fig. 2) des äußeren
Auslaßventils 10 in eine spiralförmige Ausbildung des Raumes 28, der nachher in
den Raum 29 übergeht. Die Anordnung des Brennstoffventilstutzens 31 ist ebenfalls
dargestellt. Die Brennstoffeinspritzung erfolgt vorzugsweise in Richtung der Drehbewegung
der Spül- und Ladeluft im Zylinder und der Abgase und Spülluft im Raum 15 und 28
entsprechend den Pfeilen 33.
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Fig. 4 zeigt den Durchtritt der Abgase und der Spülluft durch den
ebenfalls spiralförmig ausgebildeten Raum 16 in den Raum 29. Die Drehbewegung der
Luft im Zylinder und auch in diesem Auslaßventil erfolgt vorzugsweise in gleicher
Richtung, wie dies durch die Pfeile 34 angedeutet ist. In der gleichen Richtung
wird auch der Brennstoff durch den Stutzen 31 in den Brennraum tangential eingeführt.
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In Fig: 5 sieht man die Ausbildung der Einlaßschlitze 9 in der Zylinderbüchse
4.. Diese münden tangential an den Zylinderraum ein, um dort eine Drehbewegung zu
erzeugen, welche vorzugsweise in der gleichen Richtung erfolgt, wie dies die Pfeile
33 und 34 in Fig. 3 und 4 andeuten. Die Versteifungswände 1', 1", 1"' und 1"" im
Zylinderblock sind so gerichtet und geformt und die Eintrittsstutzen 35 für die
zugeführte Spül- und Ladeluft so angeordnet, daß die Drehbewegung der Spül- und
Ladeluft entsprechend der Drehrichtung, wie die Pfeile dies andeuten, noch unterstützt
wird.
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In Fig. 6, die einen Schnitt am gleichen Ort wie Fig. 5 zeigt, ist
die Ausbildung noch so getroffen, daß die in den Raum 14 (Fig. 1) eintretende Spül-
und Ladeluft vor Eintritt in die Einlaßschlitze in einen spiralförmig begrenzten
Raum 36 tritt und dann erst durch die tangentialen Schlitze 9 in die Zylinderbüchse
4 gelangt. Dadurch soll die Wirbelbildung im Zylinder noch verstärkt werden.
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In Fig.6 deutet 35 einen Eintrittsflansch für die vom Gebläse 13 in
den Raum 14 und weiter in den Raum 36 geförderte Spül- und Ladeluft an.
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In Fig. 7 ist eine ähnliche Ausbildung wie in Fig. 1 gezeigt, nur
mit dem Unterschied, daß die Abgase der Maschine aus beiden Auslaßventilen gemeinsam
in ein Abgasturbogebläse 37, 38 übergeleitet werden. Die Abgase gelangen deshalb
aus der Abgasleitung 17 in die Turbine 37 und von dort durch die Leitung 39 ins
Freie oder in einen Wärmeaustauscher od. dgl. Die Spül- und Ladeluft gelangt aus
dem Gebläse 38 durch die Leitung 40 und den Stutzen 35 in den Raum 14 und weiter
in den Raum 36 und durch die Einlaßschlitze 9 in den Zylinder 12.
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Fig. 8 zeigt hingegen eine Ausführungsform des Erfindungsgegenstandes,
bei welcher die Abgase und eventuell auch mindestens ein Teil der Spülluft durch
das innere Auslaßventil in die Leitung 17" getrennt zu einer besonderen Turbine
oder Stufe oder zu einem Segment einer Abgasturbine 37 geführt werden, wogegen die
durch das äußere Auslaßventil 10 und dann durch den Ringraum 16 austretenden Gase
bzw. auch Spülluft durch die Leitung 17' in eine andere Turbine bzw. Stufe bzw.
in ein anderes Einlaßsegment einer Turbine 37 einströmen. Bei einer solchen Ausführungsform
kann beispielsweise das innere Auslaßventil 11 zuerst geöffnet werden, und seine
Abgase können unter dem dann herrschenden höheren Druck in dem betreffenden Brennkraftmaschinenzylinder
durch den Raum 28 zu einer besonderen Turbine oder zu einer Stufe oder zu einem
besonderen Einlaßdüsensegment der Turbine 37 geleitet werden. Die durch das äußere
Auslaßv entil austretenden Gase können erst später, d. h. bei niedrigerem Druck
im Zylinder, durch die Leitung 17' zu einer besonderen Turbine oder Stufe oder zu
einem anderen Düseneintrittsegment einer Turbine 37 geführt werden. Auf diese Weise
wird der Öffnungsdruck des inneren Auslaßventils kleiner, als wenn beide Ventile
gleichzeitig öffnen würden, aber auch der Öffnungsdruck des äußeren Auslaßventils
ergibt sich dadurch niedriger, weil in seinem späteren Öffnungszeitpunkt der Druck
im Zylinder 12 bereits, z. B. sogar bis auf den Spüldruck, gefallen ist.
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Ferner ist die Ausbildung entsprechend Fig. 8 so getroffen, daß zwei
Reihen von Einlaßschlitzen 9 bzw. 9' in der Zylinderbüchse 4 angeordnet sind. Die
unteren Einlaßschlitze 9 dienen hauptsächlich zur
Spülung des Zylinders
und die oberen, 9', hauptsächlich zur Einführung der Ladung unter erhöhtem Druck.
Da die Ladeschlitze 9' für eine wirksame Nachladung möglichst spät durch den Kolben
6 geschlossen werden müssen, und zwar wenn der Auspuffvorgang mindestens teilweise
beendigt ist - aber andererseits der Auspuffvorgang schon beginnt, wenn diese Schlitze
schon offen sind -, müssen mindestens im Zutrittraum 41 zu den Schlitzen 9' Rückschlagorgane
42 angeordnet sein, welche verhindern, daß Auspuffgase in das Nachlädegebläse 43
gelangen. Die Eintrittsschlitze 9' für die Nachladung können auch nur auf einem
Teil des Zylinderumfanges angeordnet sein, aber dort auch zur Unterstützung der
Drehbewegung im Zylinder 12 tangential in denselben einmünden. Im gezeichneten Beispiel
wurde als Na chladegebläse eine von der Steuerwelle 5 durch eine Kette 43' oder
sonstwie angetriebenes Rotationsgebläse 43 angenommen. Dieses Gebläse kann mit Vorteil
aus dem Raum 14 bzw. 36 vor den Einlaßschlitzen 9 durch die Leitung 44 ansaugen,
erhält also seine Luft aus der Förderleitung 40 des Abgasturbogebläses 38. Dadurch
erübrigt sich eine besondere Ansaugvorrichtung mit Luftfilter und Geräuschdämpfer
für das Gebläse 43, und bei großen Drehzahlen des Abgasturboladers kann der Nachladedruck
im Gebläse 43. dadurch stark über den Spülluftdruck gesteigert werden. In der Förderleitung
des Gebläses 38 kann selbstverständlich auch ein Ladeluftkühler 45 vorgesehen sein,
ebenso, wie aber nicht gezeichnet, ein solcher zwischen dem Gebläse 43 und dem Einlaßraum
41 zu den Nachladeschlitzen 9'. Es kann aber auch irgendein anderes Gebläse, z.
B. ein Zentrifugalgebläse, als 'L\Tachladegebläse 43 verwendet werden. Ferner kann
aber auch durch die unteren Einlaßschlitze 9 von einem mechanisch oder sonstwie
angetriebenen Gebläse Spülluft zugeleitet und von einem Abgasturbolader durch die
oberen Schlitze 9' in der Hauptsache nur Ladeluft zugeführt werden. Je Maschine
können natürlich in bekannter Weise mehrere Abgasturbolader und auch mechanisch
oder sonstwie angetriebene Gebläse vorgesehen sein.
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Die Spül- sowie auch die Nachladeschlitze 9 bzw. 9' sowie ihre Zuleiträume
36 bzw. 41 können so geformt sein, daß im Zylinder ein in die Kolbenvertiefung gerichteter
Lufteinlaß erfolgt, um den dortigen Kolbenraum auch gut- zu spülen und den Kolbenkopf
zu kühlen. Die Steuerung der Auslaßventile kann entweder so ausgebildet sein, daß
dieselben gleichzeitig öffnen oder vorteilhafterweise das innere Auslaßventil früher
geöffnet wird. -Die Ausbildung kann auch so getroffen sein, daß das innere Ventil
erst auf dem äußeren Ventil abschließt, wenn das letztere bereits geschlossen ist.
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In Fig. 2 wird bei geschlossenen Auslaßventilen 10 und 11 die Spülung
und Füllung mindestens der Räume 15 und 16 hinter den Auslaßventilen durch die Punktierung
A und B dieser Räume dargestellt. In Fig. 3 und 4 ist auch die Füllung
der Räume 28 und 16 imAuslaßkanal hinter den Ventilen ebenfalls durch Punktierung
C und D veranschaulicht. In Fig. 3 und 4 ist durch die Linien e und f angedeutet,
daß auch die Abgaskanäle 29 gespült und mit kalter Luft gefüllt werden und daß auch
beim Rückprallen von Abgasen, z. B. von einer Turbine her, mindestens die Räume
15 und 16 zwischen und außerhalb der Auslaßventile 10 und 11 und die Abgaskanäle
28, 29 während des Spülvorganges mit verhältnismäßig kalter Spülluft gespült werden
und auch während der Verdichtungs-, Verbrennungs- und Expansionsperiode z. B. bis
zum Querschnitte damit gefüllt bleiben.