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Zweitaktmotor mit besonders gesteuertem Auslaß Bekannt sind Zweitaktmotoren
mit Ein- und Auslaßschlitzen nahe dem unteren Hubende des Kolbens (s. Abb. i). Die
Auslaßschlitze sind höher als die Einlaßschlitze, so daß der Auslaß am Ende des
Expansionshubes vor dem Einlaß geöffnet wird, wodurch der Druckausgleich zwischen
den Gasen im Zylinderraum und der äußeren Luft annähernd bis zum Beginn der Öffnung
des Einlasses hergestellt wird, so daß für die Einführung der Spül- und Ladeluft
nur ein geringer Überdruck erforderlich ist. Der aufwärts gehende Kolben schließt
bei dieser Anordnung zu Anfang des Kompressionshubes zuerst die Einlaßschlitze und
nachher die Auslaßschlitze. Bei solchem Motor ist somit eine Nachfüllung nach erfolgter
Spülung der Arbeitszylinder durch das Einlaßorgan nicht möglich.
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Ebenfalls bekannt sind Zweitaktmotoren, welche am unteren Hubende
vom Arbeitskolben gesteuerte Auspuffschlitze besitzen und bei welchen die Spülung
durch Einlaßventile, die im Zylinderkopf angeordnet sind und durch Nocken gesteuert
werden (s. Abb. 2), derart, daß die Spülventile ebenfalls nach dem Auspuff öffnen,
jedoch etwa io ° nach dem Auspuff schließen, wodurch eine bessere Ladung bzw. Spülung
gewährleistet ist. Ein großer Nachteil dieser Ausführung ist -jedoch der große Füllungsverlust
durch die hohen Auspuffschlitze, welche nach Güldner etwa 2o% des Hubes betragen,
so daßdas Hubvolumen um 2o0/0 verringert wird. Ein anderer großer Nachteil besteht
darin, daß der sich aufwärts bewegende Kolben einen gewissen Druck erzeugt, so daß
das Laden bei Schluß der Auspuffschlitze höheren Druck der Spülluft erfordert. Diese
Motoren sind somit nur für eine gute Spülung und Ladung der Arbeitszylinder mit
Luft von atmosphärischer Spannung und für geringe Drehzahl zu gebrauchen, jedoch
nicht für eine Zylinderüberfüllung oder Nachladung von beispielsweise dem doppelten
Zylindervolumen, wie dies u. a. bei Höhenflugmotoren usw. nötig ist. Die Überdeckung
der Spülphase und der Auspuffphase um nur io bis 15' ermöglicht nicht annähernd
eine Nachladung um das Doppelte oder Dreifache des Zylindervolumens.
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Die Erfindung bezweckt, diese gekennzeichneten Nachteile zu beseitigen.
Um eine Überfüllung oder Nachladung des Zylinders, d. h. eine Ladung wesentlich
über Atmosphärendruck, bei Zweitaktmotoren zu ermöglichen, wird gemäß der Erfindung
der Auslaß in der Wise gesteuert, daß er bei der unteren Kolbentotpunkt läge oder
nahe derselben bereits - geschlossen wird, so daß die bisher übliche Spülung und
Ladung im wesentlichen kurz vor der unteren Totpunktlage des Kolbens beendet ist
und daß das Nachladen im wesentlichen kurz nach Überschreiten der unteren Totpunktlage
des Kolbens erfolgt.
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Die Arbeitsweise geht gemäß der Erfindung, wenn es sich z. B. um die
Nachladung des doppelten Zylindervolumens handelt, derart vor sich, daß die bisher
übliche Spülung und Ladung im wesentlichen nur vor dem unteren Totpunkt des Kolbens
erfolgt, während das Nachladen im wesentlichen nach Überschreiten der unteren Totpunktlage
bewirkt wird.
Bei doppelter Überfüllung, also bei Laden mit dem
dreifachen Zylindervolumen, muß gemäß der Erfindung das bisher übliche Spülen und
Laden so weit vor dem unteren Totpunkt beendet sein, daß das Überladen bei der gleichen
Winkelstellung der Kurbel hinter dem unteren Kolbentotpunkt beendet ist, bei welcher
die Spülperiode vor dem Totpunkte begonnen hat.
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Diese Nachfüllung gemäß der Erfindung kann mit geringem Druck der
Nachladeluft und daher mit geringem Kraftbedarf für den Ladekompressor erfolgen.
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Die gemäß der Erfindung verkürzte Auspuffperiode einerseits und die
für Flugzeug-, Kraftwagen und andere Motorenarten notwendige hohe Drehzahl anderseits
bedingt die Schaffung großer Durchtrittsquerschnitte für den Einlaß und. den Auslaß.
Dies führt dazu, die Zahl der Ventile für den Einlaß oder den Auslaß in an sich
bekannter Weise zu verdoppeln, zu verdreifachen oder in noch höherem Maße zu vervielfachen.
Statt der Vielfachanordnung der Ventile kann ein mit entsprechend großen Schlitzen
versehener, gegebenenfalls durch gegenüberliegende Durchtrittsschlitze entlasteter
Schieber verwendet werden.
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Der Erfindungsgegenstand ist auf der Zeichnung in einer Anzahl von
Ausführungsbeispielen in den Abb. 3 bis 8 im Längsschnitt veranschaulicht. Abb.4a
zeigt eine Einzelheit zur Abb. 4 in Ansicht, Abb. 9 eine weitere Einzelheit.
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In sämtlichen Ausführungsbeispielen bezeichnet i den Zylinder, 2 den
Kolben, 3 die Kolbenstange, 4 den Kurbelkreis mit dem Mittelpunkt 0, 5 den Wassermantel
des Zylinders und 6 das Kurbelgehäuse.
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Ferner ist bei allen Ausführungsformen der Einlaßkanal für die Ladung
mit E und der Auslaßkanal mit A bezeichnet. Die Kurbelstellung, bei welcher der
Auslaß sich öffnet, ist mit A l und die Kurbelstellung, bei der der Auslaß geschlossen
wird, mit A 2 bezeichnet; die Kurbelstellung, bei der derEinlaß sich öffnet, ist
mitEl und diejenige, bei der der Einlaß sich schließt, mit E2 bezeichnet.
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Bei der ' bekannten Ausführungsform der Abb. i wird der Auslaß A durch
den Kolben 2 vor dem Einlaß E geöffnet. Es liegt also A 1 vor El, in der Drehrichtung
der Kurbel betrachtet. Da Auslaß und Einlaß durch den Kolben gesteuert werden, muß
wiederum der Einlaß früher geschlossen werden als der Auslaß, so daß E2 vor A2 liegt.
Hieraus ergibt sich, daß eine Nachfüllung nach erfolgter Spülung des Arbeitszylinders
durch das Einlaßorgan nicht möglich ist.
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Bei der bekannten Ausführungsform der Abb. 2, bei der im Zylinderkopf
ein gesteuertes Einlaßventil angebracht ist, schließt zwar der Einlaß bei Kurbelstellung
E2 später als der Auslaß (Kurbelstellung A2). Der Winkel A2-E2 ist aber zu gering,
um eine genügende Nachladung zu erhalten; dazu kommt, wie oben ausgeführt, daß das
Laden bei Schluß der Auspuffschlitze einen verhältnismäßig hohen Druck der Spülluft
erfordert, weil der nach aufwärts sich bewegende Kolben bereits einen erheblichen
Weg zurückgelegt hat.
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Bei dem Ausführungsbeispiel der Abb. 3 ist der Auslaßstutzen 8 im
Zylinderkopf und die Einlaßkanäle E sind unten angebracht. Der Auslaßstutzen A wird
durch ein gesteuertes Ventil 8 beherrscht, während die Kanäle 9 des Einlasses E
von dem Kolben 2 gesteuert werden. Durch die Einlatschlitze 9 wird zunächst Spül-und
Ladeluft und darauf Brennstoffluftgemisch und Aufladeluft zugeführt. Bei der Kurbelstellung
0-A1 beginnt der Auslaß, bei 0-E1 der Einlaß unter niedrigem Druck. Der Auslaß
schließt in der unteren. Totpunktstellung der Kurbel 0-A2. Von dieser Stellung an
bis zum Schluß der Einlaßkanäle durch den Kolben kann aufgeladen werden, und zwar
mit beliebig hohem Druck, je nach den gegebenen Verhältnissen. Dabei sind die Bewegungsrichtungen
der Abgase des Kolbens und der Ladung dieselben; wodurch Spülverlust durch Wirbel,
Stauung und auch Energieverluste vermieden werden und eine gute Füllung erreicht
wird. Auch bei Verlängerung der Schlitze 9 zwecks Erhöhung der Auflademenge geht
vom Zylindervolumen nichts für die Füllung verloren, da bis zum Abschluß derselben.
durch den Kolben Luft oder Brennstoffluftgemisch nachgeschoben wird.
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Abb. 4 stellt einen gleichen Motor dar, nur mit dem Unterschied, daß
die Steuerung der Auslaßleitung 14 durch einen entlasteten Drehschieber ii für große
Querschnitte und hohe Drehzahlen bewirkt wird. Dieser steht durch die Kanäle io
mit dem Verbrennungsraum in Verbindung. Die Kanäle münden derart auf zwei gegenüberliegenden
Seiten des. Schieberumfanges, daß die dort ausgeübten Drücke sich gegenseitig aufheben,
wodurch eine starke Belastung des Schiebers und rasche Abnutzung sowie ein großer
Kraftbedarf vermieden wird. Die in die Bohrung des Rohrschiebers ix eintretenden
Gase können entweder durch diese Bohrung selbst in axialer Richtung nach außen geführt
werden oder -durch Schlitze 13, welche seitlich vom Kopf des betreffenden Zylinders
liegen (s. Abb. 4a), in den Auspuffstutzen 14 austreten. Bei Motoren mit einer Mehrzahl
von Zylindern können die Auslaßschlitze 12 des einen Zylinders an die Stelle der
Schlitze 13 eines anderen Zylinders treten, z. B. ; beim Sechszylindermotor, bei
dem diese in solcher Zahl und Verteilung vorhanden sind, daß immer eine genügende
Anzahl mit .Auslaßstutzen 14 zusammenfallen, so daß ein ausreichender Querschnitt
für den Auslaß zur Verfügung steht.
Eine ändere Lösung würde darin
bestehen, daß statt des Rohrschiebers ii eine größere Anzahl kleiner Ventile, die
im Zylinderkopf untergebracht sind, Verwendung findet.
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Abb. 5 stellt einen Motor dar, bei welchem die untenliegenden Auslaßkanäle
A außer durch den Kolben 2 noch durch einen mit Schlitzen versehenen, mittels Exzenter
15 gesteuerten Rohrschieber 16 beherrscht werden. Diese Anordnung hat gegenüber
bekannten Ausführungen nach Abb. 2 den Vorteil, daß der Auslaß durch das Hochgehen
des Schiebers beispielsweise schon in der unteren Totpunktstellung geschlossen sein
kann, wie z. B. aus der Stellung des Rohrschiebers 16 nach Abb. 6, die hinsichtlich
des letzteren mit Abb.5 übereinstimmt, ersichtlich ist. In Abb. 5 ist 14 die Exzenterstange,
15 der Exzenter des Schiebers 16. Bei dieser Anordnung kann das Nachladen unter
Druck in der tiefsten Stellung des Kolbens, also bei geringem Druck, beginnen und,
ohne daß etwas vom Hubvolumen verlorengeht, bis weit in den Aufwärtshub hinein fortgesetzt
werden. Das getrennt gesteuerte Einlaßventil8 ist im Zylinderkopf angeordnet.
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Abb.6 stellt eine gleiche Anordnung wie Abb. 5 dar, nur ist im Zylinderkopf
statt eines Tellerventils ein Drehschieber für den Einlaß wie beim Motor der Abb.
4 vorgesehen.
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Bei dem Ausführungsbeispiel der Abb. 7 ist sowohl der Auspuff A als
auch der Einlaß E im unteren Teil des Zylinders angeordnet. Hierbei wird der Auslaß
durch einen Drehschieber gesteuert. Die entsprechenden Kurbelstellungen sind wiederum
mit A1, E' bzw. A2, EZ bezeichnet.
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Der Drehschieber kann so eingerichtet sein, daß er gleichzeitig den
Auslaß A und den Einlaß EO steuert (s. Abb. 7). Bei dieser Ausführungsform beginnt
der Einlaß bei der Kurbelstellung E° im unteren Totpunkt sich zu öffnen, während
gleichzeitig der Auslaß A 2 sich schließt.
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Beirrt Motor der Abb. 8 liegen wiederum Auslaß und Einlaß einander
gegenüber im unteren Zylinderteil. Der Auslaß A wird wie bei Abb. 5 durch einen
Rohrschieber 16 gesteuert, wodurch gleichzeitig auch der Einlaß gesteuert wird.
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Bei sämtlichen Ausführungsformen kann die Nockenwelle der Ventile
bzw. die Antriebswelle der Drehschieber, wie bekannt, verstellbar gelagert sein.
Hierdurch wird ermöglicht, daß während des Betriebs nach Bedarf eine größere oder
kleinere Füllung bzw. eine größere oder kleinere Aufladung erfolgt, und daß Auspuff-
und Einlaßperioden von verschiedener großer Dauer erhalten werden, wie es allgemein
bekannt ist.
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Bei der Ausführungsform der Abb. g besteht der Rohrschieber in bekannter
Weise aus zwei konzentrischen Teilen, welche in entgegengesetzter Richtung sich
drehen. Der Vorteil dieser Anordnung besteht darin, daß ein besonders rasches Schließen
und Öffnen der Durchtrittswege erreicht wird; fernerhin brauchen beide konzentrische
Teile nur mit der halben Umlaufsgeschwindigkeit der Kurbel sich drehen, so däß der
Verschleiß ein geringerer ist. Dazu kommt fernerhin der auch bei dem Ausführungsbeispiel
der Abb. 4. bereits gekennzeichnete Vorteil des Druckausgleiches infolge der Anordnung
der einander gegenüberliegenden Schlitze, die sich an die Kanäle io anschließen.
Schließlich ist ein Vorteil dieser Ausführungsform darin zu erblicken, daß die Kanten
des gegossenen Zylinderkopfes bzw. des gegossenen Schiebergehäuses nicht besonders
zu bearbeiten sind, da nicht die Kanten des Gußkörpers das Öffnen und Schließen
bestimmen, sondern die Kanäle der beiden Schieber.
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Im folgenden ist an Hand der Abb. 3 und 4 die Arbeitsweise des Zweitaktmotors
erläutert, und zwar für den Fall, daß der doppelte Zylinderinhalt aufgeladen werden
soll.
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Nach erfolgter Explosion oder Zündung, etwa 7o' vor Ende der Expansionsperiode,
öffnen die oben imZylinderkopf (Abb.3und4) angeordneten Auspuffventile oder Drehschieber
bei der Kurbelstellung A1, so daß bei großem Querschnitt sofort ein Druckausgleich
stattfindet. Etwa 2o' nachher, also 50' vor dem unteren Totpunkt, öffnen
die vom Kolben oder anderweitig gesteuerten Spül- und Ladeschlitze bei der Kurbelstellung
El. Die nun eintretende Spül- und Ladeluft oder das eintretende Gemisch treibt im
Gleichstromverfahren die im Zylinder befindlichen verbrannten Gase vor sich her
zum Auspuffventil oder -schlitz. Bevor jedoch die frische Ladung zur Auspufföffnung
gelangt, wird diese bei der Kurbelstellung A 2 geschlossen, so daß der Zylinder
ohne Verluste gespült und geladen wird. Diese Spül- und Ladeperiode, welche beim
schnellaufenden Motor je nach der Drehzahl und Größe der Spül- und Auspuffschlitze
z. B. etwa 5o' beträgt, bedingt somit eine Schließung der Auspuffschlitze oder ventile
etwa am unteren Totpunkt. Die Schließung des Auspuffs ist auch von der Nachladung
und dem Druck der Spülluft abhängig. Nach erfolgter Schließung der Auspuffschlitze
am unteren Totpunkt bleiben die Spülkanäle für eine beispielsweise Nachfüllung von
ioo% des Hubvolumens bei Flugmotoren, somit für eine Flughöhe von 5 000 m,
weiter etwa 50' offen bis zur KurbelstellungE2, so daß bei großen Eintrittsquerschnitten
Zeit genug gegeben ist, auch bei höchster Drehzahl die gewünschte Überfüllung zu
erreichen, und zwar bei geringstem Druck des Ladekompressors und somit geringstem
Leistungsaufwande.
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Bei einer Überfüllung von 2oo°/o des Hubvolumens schließt der Auspuff
etwa 15 'vor dem unteren Totpunkt, so daß etwa 65', also die doppelte
Zeit für die Nachladung als für die Spülung und Ladung, zur Verfügung steht.