-
Gaswechsel bei Zweitaktmotoren
-
Die Erfindung betrifft Zweitaktmotoren ohne Abgasturbine, deren Gaswechselvorgang
symmetrisch durch den Arbeitskolben gesteuert wird. Bei kleinen Motoren dieser Art
wird allgemein die Kurbelkammer als Spülpumpe benutzt. Diese einfache Bauweise führt
zu einer unvollkommenen Füllung des Arbeitszylinders und durch die zuletzt schließenden
Auslaßschlitze bei Vergasermotoren zu Frischgas- und bei Einspritzmotoren zu Verbrennungsluftverlusten.
Die Leistung und zum Teil der Wirkungsgrad werden dadurch vermindert.
-
Zahlreiche Maßnahmen zur Verbesserung dieser Mängel durch Zusatzorgane,
wie gesonderte Ladepumpen und Gebläse aller Art zur Füllungserhöhung sowie Ventile,
Dreh- und Flachschieber oder Doppelkolben zur wirksameren Steuerung des Gaswechsels
verteuern die Herstellung, so daß sie - bis auf Ausnahmen - nur bei großen Dieselmotoren
durchgeführt werden.
-
Zurzeit wird daher in der B.R.D. das Zweitaktverfahren bei Benzinmotoren
fast nur ein- oder zweizylindrig, vorwiegend mit Kurbelkammerspülpumpe und kleinem
Hubvolumen, eingesetzt, bei Dieselmotoren vorzugsweise größerer und sehr großer
Leistung mit gesonderten Ladevorrichtungen und zusätzlichen Ein- oder Aus-1 aßorganen.
-
Die nachfolgend beschriebene Erfindung soll mit nur unbedeutender
Steigerung der Fertigungskosten bzw. Bauvolumens den Zweitaktmotor
mit
symmetrischem Steuerdiagramm so verbessern, daß sein Einsatz auch für Gebiete vorteilhaft
wird, die bisher dem teureren Viertaktmotor gehören.
-
Die Verbesserung wird dadurch erreicht, daß kurz vor dem Schließen
der Einlaßschlitze durch den Arbeitskolben Spülluft oder gesondert verdichtete Frischluft
in den Auslaßstutzen des Motors geleitet wird, derart, daß der zu diesem Zeitpunkt
ausfließende bereits mit Spülmittel gemischte Abgasstrom abgestoppt und statt dessen
Frischluft in den Arbeitszylinder gedrückt wird. Dies erfolgt bei Einspritzmotoren
mit gesonderter Spülluftbereitung durch einen von der Spülluft abgezweigten Anteil,
der von Schiebern, Klappen oder Ventilen zeitlich gesteuert vor die Auslaßschlitze
geführt wird. Bei allen Motoren, deren Kurbelkammer das vorverdichtete Spülmittel
liefert, wird dieser eine großflächige, aber sehr kurzhubige Pumpe - vorzugsweise
Membranpumpe - zugeordnet, die bei jedem Arbeitshub einerseits die Frischluft vor
den Auslaß drückt und andererseits das normale Arbeitsvolumen der Kammer vergrößert.
Der Antrieb für die je-0 weils auf 90 Kurbelwinkel begrenzte Bewegung der Membranpumpe
sowie der Schieber, Klappen oder Ventile für die Spülluftzufuhr zu den Auslaßschlitzen
kann in bekannter Weise durch Nocken oder Exzenter erfolgen, aber auch, wie zeichnerisch
dargestellt, durch Mitnehmerzapfen, die am Pleuelschaft angebracht sind und an den
Kolbenstangentotpunkten kurzzeitig eingreifen.
-
Um die Mischung der eintretenden Frischladung mit den ausströmenden
Abgasen zu vermindern, wird ferner die als Umkehrspülung bekannte Spülmittelführung
dadurch verändert, daß die Höhe der Spülschlitze von den Auslaßschlitzen ausgehend
sich zunehmend verkleinert. Damit wird eine geschlossenere Frischladungsfront erreicht,
die aufsteigend durch eine ebenfalls geänderte Form des Kompressionsraumes
nicht
umgelenkt, sondern aufgestaut werden soll. Weiterhin ermöglicht es die Luftzufuhr
durch den Auslaß, den Abstand zwischen Auslaßöffnung und Einlaßöffnung um einige
Kurbelgrade zu vergrößern, wodurch der die Spülung störende Abgaseintritt in die
Spülkanäle ebenfalls vermindert werden kann.
-
Die Anwendung der Erfindungsmerkmale erbringt bei Einspritzmotoren
eine Leistungserhöhung und verbesserte Kolbenkühlung. Bei Vergaser-oder Gasmotoren
wird zusätzlich eine größere Wirkungsgradverbesserung erreicht.
-
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind dargestellt durch: Fig. 1
Zylinderabschnitt eines größeren Zweitaktmotors, der den Steuerungsteil für die
Spülluftzuführung zu den Auslaßschlitzen zeigt. Dazu ein halber Querschnitt in der
Schnittlinie I - II.
-
Fig. 2 Darstellung des Schnittes eines Einzylinder-Zweitaktmotors
mit Kurbelkammerspülung und Membranpumpe für die Frischluftzuführung zu den Auslaßschlitzen.
Die Zeichnungen werden wie folgt näher beschrieben: Die Fig. 1 zeigt den Teilschnitt
des Arbeitszylinders 1 mit dem Abgasstutzen 2 und Auslaßschlitzen 2, den Einlaßschlitzen
3, dem Spülluftkanal 3a, dem Arbeitskolben 4, dem Leitschieber für Frischluft 5,
der in Ruhelage den Spülluftkanal 3 gegen den Abgasstutzen abdichtet, mit den Dichtleisten
5 , Stoßstange 5b und Rückholfeder 6, dem 8 Antriebshebel 7 mit Kragende 7 am Bolzen
7 drehbar gelagert, dem a b Pleuelschaft 8 mit drehbarem Mitnehmerbolzen 9. Darunter
ist ein Halbschnitt des Arbeitszylinders 1 nach der Schnittlinie I bis II dargestellt.
Dort sind ebenfalls alle oben angeführten Konstruktionsteile von oben gesehen erkennbar.
-
Der Arbeitskolben 4 befindet sich im unteren Totpunkt. Der Mitnehmerbolzen
9 berührt bereits das Kragende 7 . Bei Beginn des Verdichtungsa hubes hebt der Mitnehmerbolzen
9 auf dem Kragende 7 gleitend den a Antriebshebel 7 und damit den Leitschieber für
Frischluft 5 mit etwa doppelter Kolbengeschwindigkeit an, so daß ein zunehmend dicker
werdendes Band von Spülluft in den Arbeitszylinder eintritt und am Kolbenboden entlang
fließend den aufsteigenden Spülstrom verstärkt. Bei Abschluß der Einlaßschlitze
3 hat der Leitschieber für Frischluft den gestrichelt eingezeichneten höchsten Stand
erreicht und beaufschlagt den restlichen Auslaßquerschnitt voll, bis der Arbeitskolben
4 die Auslaßschlitze 2 schließt. Gleichzeitig gibt das Kragende 7 den Mitnehmera
a bolzen 9 frei, und die Rückführfeder 6 bringt den Hebel 7 in die Ausgangslage
zurück.
-
In Fig. 2 ist der Arbeitszylinder 1, der Arbeitskolben 4 und die obere
Hälfte der Kurbelkammer 10 eines kleineren Motors mit Kurbelkammerspülung schematisch
dargestellt. Die zwischen Arbeitszylinder 1 und Kurbelkammer 10 angeordnete Membranpumpe
11 ist der Deutlichkeit wegen in Normzeichnung mit Halbschnitt nach Schnittlinie
III - IV ausgeführt. Die Membranfläche 12 zwischen zwei durch Schrauben oder Nieten
verbundenen Alublechen 13 mit kreisförmiger Aussparung für die Stahlbuchse 14 des
Arbeitszylinders 1 ist einerseits mit dieser Stahlbuchse 14 durch Spannring 15 druckdicht
verbunden und dient andererseits als Dichtung zwischen der äußeren Umrandung des
Arbeitszylinders 1 und der Kurbelkammer 10. Zu beiden Seiten des Arbeitszylinders
1 sind zur Führung der Pumpenfläche die Bolzen 16 angeordnet.
-
Sie sind über die Gleitbuchsen 16 und die beiden Stege 17 miteinan-8
der verbunden. Die Stege 17 umrahmen die Bewegungsebene des weitgehend nur schematisch
dargestellten Pleuels 18 und tragen die beiden Kragenden 7 und 7bX denen die Haltefeder
7 eine kleine Drehbewegung 8 c gestattet. Im Pleuel 18 sind die beiden Mitnehmerbolzen
9 und 9 gelagert.
Der Verbindungskanal 19 zwischen Membranpumpe
11 und Abgasstutzen 2 ist durch die federbelastete Klappe 20 verschlossen. Die Einlaßschlitze
3 sind durch die Kolbenfenster 21 mit der Kurbelkammer 10 verbunden. Der Einlaß
zur Kurbelkammer 10 und zur Membranpumpe 11 ist durch Membranventile gewährleistet.
-
Der Arbeitskolben 4 befindet sich im unteren Totpunkt, und der Mitnehmerbolzen
9 ist bereits in Kontakt mit dem Kragende 7 . Bei Aufwärts-8 gang des Arbeitskolbens
4 hebt der Mitnehmerbolzen 9 auf dem Kragende 7 gleitend über die Stege 17 und die
Gleitbuchsen 16 die Membranpumpen-8 8 fläche in die gestrichelt eingezeichnete obere
Stellung, wo der Kontakt zwischen Kragende 7 und Mitnehmerbolzen 9 endet. Der Weg
des Mitneh-8 merbolzens 9 ist durch vier Nullenzirkelkreise, von der Mittellinie
ausgehend, vom unteren Totpunkt bis 67,50 Kurbelwinkel nach unterem Totpunkt gekennzeichnet.
Die Federwirkung der Klappe 20 ist so bemessen, daß bei etwa 400 Kurbelwinkel nach
unterem Totpunkt die Klappe 20 den Verbindungskanal 19 freigibt und die Luftladung
der Membranpumpe 11 in den Auslaßstutzen 2 gedrückt wird. Während des restlichen
Kompressionshubes des Arbeitskolbens 1 wird die Klappe 20 durch Federzug wieder
geschlossen.
-
Im oberen Totpunkt erreicht der Mitnehmerbolzen 9 die Oberseite des
in 8 oberer Lage gestrichelt eingezeichneten Kragendes 7b und führt bei Beginn des
Expansionshubes die Membranpumpenfläche in die Anfangslage zurück.
-
Der Weg des Mitnehmerbolzens 9 von der Mittellinie aus bis 67,50 Kura
belwinkel nach oberem Totpunkt ist ebenfalls durch vier Nullenzirkelkreise angegeben.
Die Membranpumpe 11 kann auch an allen anderen Seiten der Kurbelkammer 10 der gegebenen
Konstruktionsform folgend so großflächig angeordnet werden, daß etwa 1/8 des Arbeitshubes
ausreicht, um eine Luftmenge von etwa 1/3 des Hubvolumens in den Abgasstutzen zu
fördern, ohne Gewicht und Raumbedarf des Motors merkbar zu erhöhen.
-
Aus Fig. 1 und Fig. 2 ist weiterhin ersichtlich, in welcher Weise
die Höhe der Spülschlitze abnehmen soll. Es wird dadurch erreicht, daß die Spülmittelbänder
der später öffnenden Spülschlitze nicht in Abgas. sondern in das durch die vorher
freigegebene Öffnung ausfließende Spülmittelband stoßen, und so die Mischung von
Spülmittel und Abgas vermindert wird.