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Spül- und Ladeverfahren für Zweitaktverbrennungsmotoren. Es ist bekannt,
am Ende der Expansion, während des üblichen Auspuffvorganges, der sich gewöhnlich
auf l/" bis % des Kolbenhubes erstreckt, die auspuffenden, hochgespannten, verbrannten
Gase zum Absaugen des Zylinderinhaltes zu verwenden.
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Gemäß dem Spül- und Ladeverfahren für Zweitaktverbrennungskraftmascliinen
nach der Erfindung werden die verbrannten Gase während des Ausdehnungshubes vor
Öffnung der Auspuffkanäle unter Druck dem Zylinderinnern entnommen, in einen Behälter
übergeführt und in diesem aufgespeichert, so daß der im Zylinder verbliebene Rest
der verbrannten Gase nach erfolgtem Druckausgleich mit der freien Luft mittels der
durch eine Düse aus dem Behälter strömenden Gase abgesaugt, der Zylinder gespült
und mit einer neuen Ladung gefüllt wird.
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Zweckmäßigerweise werden die verbrannten Gase aus mehreren Arbeitsräumen
in einen Behälter übergeführt und strömen durch eine in die Auspuffleitung mündende
Düse ständig ab.
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Der Übertritt der verbrannten Gase in den Behälter erfolgt zweckmäßig
durch besondere Organe bzw. Schlitze in der Zylinderwand. Wird nur frische Luft
angesaugt, wie z. B. bei Dieselmaschinen, so kann diese unmittelbar aus der freien
Luft in den Zylinder treten, oder es kann ein Teil dieser Luft durch über den Eintrittsöffnungen
für das Brennstoff-' Luftgemisch in der Zylinderwand angeordnete Schlitze angesaugt
werden.
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Ein Arbeitsdiagramm einer nach diesem Spül- und Ladeverfahren arbeitenden
Maschine wird durch Abb. z der Zeichnung dargestellt. Abb. 2 bis 5 zeigen in schematischer
Darstellung verschiedene Ausführungsbeispiele von Maschinen, die nach dem Verfahren
arbeiten und an Hand deren dasselbe im folgenden beispielsweise beschrieben wird.
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In Abb. r stellt das ausgezogene Diagramm den Druckverlauf während
einer Umdrehung bei einer Zweitaktdieselmaschine dar. Während des Ausdehnungshubes
beginnt bei a das Überströmen in einen größeren Behälter, was z. B. bis zur Kolbenstellung
b andauert. In diesem Zeitpunkt wird im Zylinder wie im Behälter der gleiche Druck
herrschen. Von der Kolbenstellung b ab expandieren die im Zylinder zurückgebliebenen
verbrannten Gase bis zur Kolbenstellung c weiter. In der Stellung c öffnen nun die
eigentlichen Auspufforgane, und es tritt bis zur Stellung d Druckausgleich mit der
freien Luft ein. In der Nähe der Kolbenstellung d beginnt nun der Austritt der während
der Hubstrecke u-b in clen Behälter übergetretenen Gase. Diese Gase v-erden unter
großer Geschwindigkeit durch eine Düse in die Auspuffleitung der Maschine geführt.
Der Gasstrahl reißt die in der Aus-
Puffleitung befindlichen Gase
finit, saugt den Zylinderinhalt ab, so daß sich der Zylinder mit neuer Ladung füllt.
Diese letztere tritt durch besondere Öffnungen in den Zylinder ein, welche sich
ebenfalls erst nach erfolgtem Druckausgleich mit der freien Luft, also in der Nähe
der Kolbenstellung d, öffnen. Der Schluß dieser Öffnungen erfolgt nach beendetem
Ladevorgang.
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Das punktiert gezeichnete Diagramm stellt ein Leerlaufdiagramm dar.
Der Zeitpunkt des Überströmens in den Behälter ist noch weiter gegen den Zündtotpunkt
verlegt und beginnt dasselbe bereits in der Kolbenstellung a1. Nach Erreichung der
Kolbenstellung b1 ist die Überströrnung beendigt, und es setzt sich auf dem Kolbenwege
b1, cl die Expansion der im Zylinder verbliebenen Gase «-eiter fort. In der Stellung
cl öffnen die Austrittsöffnungen, -,vorauf sich bis dl Druckausgleich mit der freien
Luft einstellt und alsdann das Absaugen des Zylinderinhaltes durch die nunmehr mit
großer Geschwindigkeit aus dem Behälter tretenden Gase beginnen kann. Der Übertritt
der verbrannten Gase in den Behälter beginnt in diesem Falle so früh, damit bei
den bei Leerlauf verminderten Drücken im Arbeitszylinder noch eine genügende Energiemenge
zum Absaugen des Zylinderinhaltes im Behälter aufgenommen wird. Ganz ähnlich kann,
um noch eine genügende Spülwirkung zu erzielen, beim Anlassen mit Druckluft, wo
die Druckenergie im Zylinder ebenfalls klein ist, verfahren werden.
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Je nach der Drehzahl der Maschine und ihrer Belastung wird eine bestimmte
Wirkung der Spülung und eine bestimmte Größe der neuen Ladung notwendig sein. Die
Überströmperiode in den Behälter wird deshalb zweckmäßig den Erfordernissen des
Betriebes gemäß jeweils an eine andere Stelle des Hubes verlegt; des ferneren kann
die Austrittsöffnung aus dem Behälter derart geregelt werden, daß mit der vorhandenen
Energie der Behältergase die höchste Wirkung beim Absaugen erzielt wird. Das Überströmen
kann aber auch für alle Belastungen und Drehzahlen an der gleichen Stelle des Hubes
stattfinden, und es kann der Querschnitt des Behälteraustrittkanals unverändert
bleiben, was beides die Ausführung der Maschine vereinfacht.
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Die Zuleitung der neuen Ladung zu den Eintrittsorganen kann zwecks
Einstellung eines bestimmten Druckes im Zylinderinnern ' mit einer Regelvorrichtung
versehen sein.
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Die Abb. a stellt eine einzylindrige Dieselmaschine dar. a ist der
Arbeitszylinder, in dem sich der Kolben b bewegt. c sind die Eintrittsschlitze für
die Ladung und d die Austrittsöffnungen. Ferner ist im Zylinder ein Brennstoffventil
e und ein Anlaßventil f angeordnet. Zur Durchführung des Spülverfahrens ist im Zylinderdeckel
ein Ventil eingebaut. Durch dieses Organ treten die gespannten Gase in den Behälter
h ein. Dieser Behälter la hat eine Austrittsöffnung i, welche durch das Ventil h
beherrscht werden kann. Die Austrittsöffnung i mündet in die Auspuffleitung 1, welche
durch die Schlitze d mit dem Zylinderinnern verbunden ist. Gegen 'Litte des Ausdehnungshubes
oder nachher wird das Ventil g geöffnet, und es strömt dann ein Teil der verbrannten
Gase in den Behälter 1z, wobei das Ventil k geschlossen ist. Das Überströmen datiert
so lange, bis sich im Arbeitszylinder a und im geschlossenen Behälter h Druckausgleich
eingestellt hat. Das Organ g wird nach erfolgtem Druckausgleich vor Öffnen der Auspuffschlitze
geschlossen. Nachher findet beim weiteren Niedergang des Kolbens Ausdehnung der
verbrannten Gase im Zylinder allein statt. Später legt der Kolben die Auspuffschlitze
d frei, und es stellt sich Druckausgleich mit der Auspuffleitung 1 her. Kurz nach
diesem Zeitpunkt beginnt der Spül- und Ladevorgang. Zu diesem Zwecke wird das Ventil
k geöffnet, und der Behälterinhalt strömt mit großer Geschwindigkeit durch die Düse
i in die Auspuffleitung 1 ab. Die aus dem Behälter h austretenden Gase üben eine
Saugwirkung auf den Raum um die Düse i, die .-'iuspuffschlitze d und das Zylinderinnere
aus, so daß beim Öffnen der Einströmschlitze c Lurch den Kolben b der Zylinderinhalt
abgesaugt und mit neuer Ladung gefüllt wird. In der Zuleitung zu den Eintrittsschlitzen
c ist zwecks Regelung der eintretenden Luftmenge eine Klappe m eingebaut.
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Die Eintrittsschlitze c öffnen erst nach erfolgtem Druckausgleich
der Gase mit der freien Luft, d. h. nach dem bestimmten öff-
nen 'der Austrittschlitze
d, um zu verhindern, daß die gespannten Auspuffgase durch die Eintrittsschlitze
c ii1 die Zuleitung übertreten. Deshalb reichen die Eintrittsschlitze c nicht so
hoch hinauf wie die Austrittsschlitze d. Dies bedingt nun aber, daß beim Kolbenrückgang
die ersteren sich wieder zuerst sohließen, und erst später wird der Schluß der Auspuffschlitze
d erfolgen.
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Abb. 3 zeigt die Artwendung des Verfahrens an einer Gegenkolbenmaschine.
a ist der Zylinder, b sind die Kolben, c die Eintritts-und d' die Austrittsöffnungen.
Die Entnahme der verbrannten Gase aus dem Zylinder geschieht hier durch in der Zylinderwand
angeordnete Öffnungen e, welche gegen den Behälter La durch den Schieber
g abgeschlossen werden. Der Austritt aus dem Behälter La
erfolgt durch ein
Ventil k und die Austrittsöffnung
i in die Auspuffleitung
1. Der Zutritt der Ladung durch die Schlitze c kann durch verschiedene Einstellung
der Drossel in, beeinflußt -%-"erden.
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In einer Gegenkolbenmaschine können durch bestimmte Kurbelversetzung
die Einlaßschlitze gleichzeitig oder erst nach den Auspuffschlitzen durch den Kolben
b abgeschlossen werden, trotzdem die Eröffnung der Einlaßschlitze c erst nach erfolgtem
Druckausgleich des Zylinderinnern mit der freien Luft beginnt.
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Die Abb. d. zeigt eine doppelt wirkende -Maschine. a. ist ihr
Zylinder und b ihr Kolben; c sind die Eintritts- und d die Austrittsöffnungen.
Für beide Zylinderseiten ist nur ein Behälter h angeordnet, in welchen ein Teil
der verbrannten Gase, gesteuert durch die Schlitze e und die Organe g, hinüberströmt.
Der Austritt aus dem Behälter geschieht durch die Düse i, welche in die für beide
Zylinderseiten ebenfalls gemeinsame Auspuffleitung 1 mündet. In diese Auspuffleitung
1
ist noch ein Organ n eingebaut, durch welches die Querschnitte der Auspuffleitung
1 und diejenigen der Düse i geregelt werden können.
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Die Abb. 5 und 6 zeigen eine Vierzylindermaschine, und zwar eine Verpuffungsmaschine.
Die Anwendung auf eine Gleichdruckverbrennungskraftmaschine, z. @B. Diesel-, Glühkopfmaschinen
u. dgl., ergibt sich hieraus von selbst, da alle diese Maschinen hinsichtlich des
Spül- und Ladevorganges sich nur dadurch unterscheiden, daß bei Explosionskraftmaschinen
brennbares Gemisch und bei Gleichdruckverbrennungskraftmaschinen nur Luft in den
Zylinder eingeführt wird.
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a sind die vier Arbeitszylinder der Maschine, b die Kolben; c sind
die in jeder Zylinderwand angeordneten Eintrittsöffnungen und d die gegenüberliegenden
Öffnungen für den Austritt der expandierten verbrannten Gase in die für alle Zylinder
gemeinsame Auspuffleitung 1. Die Entnahme von verbrannten Gasen während der Expansion
in den für sämtliche Zylinder gemeinsamen Behälter h geschieht durch in der Zylinderwand
angeordnete Schlitze e, welche durch den Kolben und einen Drehschieber g gesteuert
werden. Der Antrieb des Drehschiebers g erfolgt durch ein Getriebe o von der nicht
dargestellten Steuerwelle aus. Zwecks Änderung des Zeitpunktes der Überströmung
kann, in auf der Zeichnung nicht ersichtlicher Weise, der Schieber g mittels der
Vorrichtung o zeitlich verschieden gesteuert werden. Die im Behälter li unter Druck
aufgenommenen Gase strömen ständig durch die Düse i in die Auspuffleitung 1 und
saugen die dort und in den Zylindern befindlichen Auspuffgase ab, so daß sich die
Zylinder wieder mit neuer Ladung füllen. Zur Regelung des Absaugvorganges ist noch
ein Organ n in die Auspuffleitung 1 eingebaut. Es sind zwei Reihen von Eintrittsöffnungen
c angeordnet. Durch die obere Reihe tritt nur Luft von außen ein, während durch
die untere, später öffnende Kanalreihe .nur Zutritt von Gemisch oder ausschließlich
von Brennstoff, wie Benzin-Benzoldämpfen u. dgl., stattfindet. Diese Anordnung soll
verhindern, daß zu Beginn des Spülvorganges das eintretende brennbare Gemisch sich
vorzeitig entzündet. Die Höhe der Öffnungen c und damit die Menge der vorerst eintretenden
Luft wird zweckmäßig derart gewählt, daß vor Eintritt von brennbarem Gemisch die
Temperatur des Zylinderinnern dadurch genügend herabgemindert wird. Zum Abschluß
der Öffnungen e können namentlich bei einfachen Maschinen auch Rückschlagklappen
Verwendung finden.