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Zweitakt-Brennkraftmaschine mit Querspülung durch kolbengesteuerte
Schlitze Die Erfindung betrifft eine Zweitakt-Brennkraftm.aschine mit Querspülung
durch kolbengesteuerte Schlitze, bei der der Zylinder mit einer bogenförmigen Reihe
von I_ufteinlaßschlitzen versehen ist, die sich über einen erheblichen Teil des
Umfanges erstreckt und bei der die an den seitlichen Enden dieser Reihe liegenden
Schlitze so gerichtet sind, daß ihre Luftströme nach der Einlaßwandseite des Zylinders
gerichtet sind.
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Ein Zweck der Erfindung ist die Vergrößerung der- Nutzleistung der
Maschine, ,derart, daß bei gegebener Größe der Maschine die höchstmögliche Kraftleistung
und eine sehr hohe Gesamtleistung erzielt wird.
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Zur Erreichung dieses Zweckes ist es wesentlich, daß die Zufuhr von
Frischluft für die wirksame Verbrennung ohne zu hohen Aufwand an Spülluftdruck und
ohne Durchblasen einer zu großen Menge von Spülluft vor sich geht.
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Da jede Anbringung von L ufteinlaßschlitzen notwendigerweise die notwendige
Hubhöhe und damit die in dein Zylinder erhältliche Kompression verringert, ist es
zur Erreichung, der höchstmöglichen Kraftleistung erforderlich, daß die Höhe der
Einlaßschlitze auf das geringste mit einer wirksamen Spülung noch verträgliche Maß
reduziert wird. Da die Gesamtleistung der Maschine durch wirksame Spülung mit der
geringstmöglichen Luftmenge und bei dem geringsten eine wirksame Spülung noch ermöglichenden
Druck gesteigert wird, ist es von hoher Wichtigkeit, daß die Spülluft beim Durchstreichen
des Zylinders derart gerichtet wird, daß ein wirksames Spülen ohne unnötigen Luftverbrauch
erhalten und dabei die Richtung der den Zylinder durchstreichenden Strömung im Hinblick
auf ihren Einfluß auf Luftmenge und -druck so geleitet wird, daß keine oder doch
so wenig wie möglich Wirbel in dein Spülluftstrom entstehen.
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Es ist bereits vorgeschlagen worden, bei Ou.erspülung die Spüllufteinlässe
einander zugeneigt und außerdem in der Richtung nach dem Zylinderkopf schräg aufwärts
gerichtet anzuordnen, um auf diese Weise ein Strömen der einlaufenden Luft nach
dem Zylinderkopf zu erzielen. Bei derart schrägen Einlässen ist jedoch bei gegebenem
Querschnitt eine größere Höhe der öffnungen erforderlich als bei Anordnung der oberen
und unteren Wandungen in waagerechten Ebenen,
und eine gröbere Höhe
der Üttnungen vermindert, wie schon gesagt, die Nutzlänge des Kompressionshubes
der Maschine. Werden dagegen die Einlässe mit geringer Neigung ausgeführt, so besteht
die Gefahr, daß die Luft mehr quer durch den Zylinder strömt als nach dem Zylinder
zu, und daraus ergibt sich eine Beeinträchtigung der Spülwirkung.
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Durch die ebenfalls bekannte Anordnung der oberen und. unteren Wandungen
der Lufteinlaßkanäle in zu der Zylinderachse senkrechten Ebenen, also ohne Neigung,
wird hiernach zwar für eine gegebene Höhe der Einlaßöffnungen ein größerer Leitungsquerschnitt
erhalten, die Möglichkeit, daß die Luft über den Kolbenboden hinweg mit geringer
Spülwirkung abströmt, aber gesteigert.
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Durch Versuche wurde nun gefunden, daß folgende Kombination alle diese
Nachteile beseitigt, nämlich wenn die oberen und unteren Wandungen der Lufteinlaßkanäle
in der bei Maschinen mit ausschließlich radialen Einlaßschlitzen bekannten Weise
in waagerechten Ebenen angeordnet sind, wenn weiter die in der Mitte der Reihe gelegenen
Einlaßschlitze radial und die an den seitlichen Enden der Reihe gelegenen Einlaßschlitze
so gerichtet sind, daß die Strömungen der durch die Endschlitze eintretenden Luftstrahlen
den Strömungen der durch die mittleren Schlitze radial eintretenden Luftstrahlen
entgegenwirken, wenn weiter die bogenförmige Reihe von Lufteinlaßschlitzen so wenig
wie möglich unterbrochen ist in dem Sinn, daß die gesamte lichte Breite der Schlitze
im Verhältnis zu dem von der Reihe eingenommenen Bogen mindestens ebenso groß ist
wie die Gesamtbreite der zwischen den Schlitzen liegenden geschlossenen Wandteile,
und wenn schließlich ein Kolbenkopf von einfach konvexem Profil verwendet wird.
Durch diese kombinierte Anordnung werden nämlich die konvergierenden Luftströme
zu einer zusammenhängenden Luftsäule vereinigt, die einen großen Teil der Einlaßs.eite
des Zylinders einnimmt und hauptsächlich auf dieser Seite aufsteigt. Dadurch wird
eine außerordentlich wirksame Spülung erzielt, ohne daß von der nutzbaren Zylinderlänge
irgend etwas geopfert werden muß und ohne daß unnötig Spülluft verbraucht wird.
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Die Erfindung ist in den Zeichnungen beispielsweise dargestellt, und
zwar zeigt Abb.- i einen senkrechten Schnitt durch eine doppeltwirkende Brennkraftmaschine,
im allgemeinen einen Dieselmotor, geschnitten nach der Linie 1-I der Abb. 2; Abb.
2 zeigt einen Schnitt nach der Linie II-II der Abb. i, welcher die Kanalöffnungen
zeigt; Abb. 3 ist ein Schnitt durch die Kanalöffnungen einer Abänderung, bei welcher
die Endkanäle der Reihe von Einlaßkanälen größer sind als die anderen Kanäle; sonst
ist die Einrichtung wie in Abb. 2; Abb. 4 zeigt in Grundriß und Aufriß einen Kolbenkopf
mit aufgesetztem Konus; Abb. 5 zeigt in Grundriß und Aufriß einen Kolbenkopf in
Gestalt eines schiefen Kegelstumpfes; Abb.6 zeigt Grundriß und Aufriß eines Kolbenkopfes
in Gestalt eines gewöhnlichen Kegelstumpfes; Abb. 7 zeigt Grundriß und Aufriß eines
auf der Einlaßseite mit einer besonderen Prallfläche versehenen Kolbenkopfes; Abb.
8 zeigt Grundriß und Aufriß eines im allgemeinen konischen Kolbenkopfes, der nur
für die mittleren Einlaßöffnungen eine Prallfläche besitzt; Abb. 9 und io' zeigen
die Anordnung von an sich bekannten Nachladeschlitzen, die durch Ventile geregelt
werden, und zwar Abb. 9 für einen einfachwirkenden und Abb. io für einen doppeltwirkendenMotor.
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In Abb. i ist ii der Zylinder, welcher oben und unten mit den gewöhnlichen
Zylinderköpfen 12 und 13 versehen ist. Der Kolben 14 ist mit einer Kolbenstange
13 versehen und hat oben und unten Köpfe 16, 16, die als Kugelabschnitte ausgebildet
sind. Diese Form des Kolbenkopfes hat sich als gut geeignet zur Erzielung einer
wirksamen Spülung erwiesen. Ebenso ermöglicht auch jede der in Abb. 4 bis 8 gezeigten
Kolbenkopfformen eine wirksame Spülung in der weiter unten beschriebenen Weise.
Die gezeigten Kolbenköpfe sind frei von Vorsprüngen; denn solche sind in Hinsicht
auf die Wärmeverteilung zu beanstanden.
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Wie aus Abb. z und 3 ersichtlich, sind die in den Auspuffkanal 18
mündenden Auslaßöfnungen 17 auf der einen Seite des Zylinders in einem Bogen von
ungefähr einem Halbkreis angeordnet.
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Auf der anderen Seite des Zylinders, -egenüber den Auslaßöffnungen,
sind die Einlaßöffnungen ig, 1g angebracht, und zwar findet im wesentlichen der
ganze Bogen, der nicht für die Auslaßöffnungen benutzt wird, für diese Einlaßöffnungen
Verwendung. Die Einlaßöffnungen sind aber kürzer als die Auslaßöffnungen. Alle Einlaßöffnungen
zusammen genügen, um die erforderliche Menge Spülluft in der zur Spülung verfügbaren
,Zeit einzulassen. Die Einlaßkanäle stehen in Verbindung mit einer Luftkammer 2o,
der durch eine Leitung 2i die Spülluft unter einem oberhalb des Atmosphärendruckes
liegenden Druck zugeführt wird; sie sind so ausgebildet, daß .die von dem mittleren
Teil des Bogens
kommenden Luftstrahlen Geschwindigkeiiskomponenten
haben, die ihnen eine quer durch den Zylinder gehende Richtung zu geben suchen.
Die aus den Endkanälen des Bogens kommenden Luftstrahlen haben dagegen Geschwindigkeitskomponenten
von entgegengesetzter Richtung, wodurch unter Mitwirkung der Form des Kolbenkopfes
eine nach der Verbrennungskammer des Zylinders gerichtete resultierende Geschwindigkeit
erhalten wird und die einströmende Luft in der Hauptsache auf der die Einlaßöffnungen
tragenden Zylinderseite gehalten wird.
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In dem Zylinderkopf sind Düsen 22 zum Einspritzen des Brennstoffs
angebracht. Vermöge der Anordnung der Einlaßkanäle müssen die aus den an den Enden
des Bogens angeordneten Einlaßkanälen kommenden Luftstrahlen gegen die Strahlen
aus den in der Mitte des Bogens gelegenen Kanälen treffen, wodurch eine Ausbreitung
der Luft verhindert wird. Diese Wirkung kann noch dadurch erhöht werden, daß man
die Ouerschnitte der an den Enden des Bogens liegenden Einlaßkanäle vergrößert,
wie in Abb. 3 gezeigt ist. Die dargestellten Kolbenköpfe tragen dazu bei, den Luftstrom
gegen die am Ende des Zylinders liegende Verbrennungskammer hin zu richten und die
von den Endkanälen kommenden Luftstrahlen sanft mit den von den mittleren Kanälen
kominenden Strahlen zu vereinigen. Die Wirkung ist so, daß die einströmende Luft
im allgemeinen auf der Seite des Zylinders gehalten wird, die die Lufteinlaßkanäle
trägt, und hier ztt einer Luftsäule vereinigt wird. Diese Luftsäule wird mit ausreichender
Geschwindigheit auf der Einlaßseite nach oben geblasen und kommt nach Ausspülung
des Zylinderkopfes auf der anderen Zylinderseite wieder zurück: es wird also eine
wirksame Entfernung der Verbrennungsgase erreicht.
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Die Ein- und Auslaßkanäle sind, wie ersichtlich, waagerecht angeordnet,
so daß die Kanäle für eine gegebene Höhe in Richtung auf die Zylinderachse den höchstmöglichen
Ouerschnitt haben. In der Praxis hat sich herausgestellt, daß mit dieser Anordnung
eine ebensogute Spülwirkung erreicht wird, als wenn die Kanäle unter einem Winkel
in die Zylinderwandung eingeschnitten sind, der wesentlich kleiner als 9o° ist:
das heißt die nötige Querschnittsfläche für den Durchgang der Spülluft wird bei
Benutzung waagerecht angeordneter Kanäle mit geringerer axialer Höhe erreicht, und
dementsprechend ist die negative Kompressionsarbeit vermindert, die Kompression
der Luft beginnt also in einem früheren Stadium des Kompressionshubes, wodurch der
Gesamtwirkungsgrad der Maschine erhöht wird. Außerdem gestattet die waagerechte
Anordnung der Kanäle, beide Enden eines doppeltwirkenden Zylinders mit einem einzigen
Satz von Kanälen abwechselnd zu spülen.
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Der Kreislauf in einer solchen Maschine unterscheidet sich nicht von
dein der bekannten Zweitaktmascliinen und braucht daher nicht beschrieben zu werden.
Der Kolben gibt die Auslaßöffnungen früh genug bei seinem Hub frei, tun den Druck
auf oder unter den Spüldruck fallen zu lassen, bevor die Einlaßöffnungen wie bei
einer gewöhnlichen Zweital;tmaschine freigegeben «erden.
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In Verbindung mit der beschriebenen Anordnung der Spüllufteinlaßkanäle
kann sowohl für einfachwirkende als auch für doppeltwirkende Maschinen die Anordnung
zusätzlicher finit Ventilen versehener sogenannter \achladeöffnungen vorgesehen
«-erden, die sich in der Längsrichtung des Zylinders an die Einlaßöffnungen anschließen,
und zwar bei einer einfachwirkenden Maschine nur auf einer Seite, bei einer doppeltwirkenden
Maschine auf beiden Seiten der Haupteinlaßöffnungen. Je eine derartige Anordnung
ist in Abb. 9 für eine einfachwirkende und in Abb. io für eine doppeltwirkende Maschine
gezeigt.
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Bei ,der Ausführung nach Abb. 9 ist außer den Ein.laßschlitzen i 9
noch eine Reihe von mit Ventilen versehenen Nachladeschlitzen 1911 vorgesehen, die
über den Haupteinlaßschlitzen liegen. Die oberen und unteren Wandungen der Nachladeschlitze
liegen zweckmäßig in senkrecht zur Achse des Zylinders angeordneten Ebenen, während
die Seitenwände in der Auerrichtung des Zylinders schräg stehen, wie in den Abb.
2 und 3 gezeigt ist. Ein Teil der Kanäle der Reihe, beispielsweise die mittleren
Kanäle, kann fortgelassen werden. Auch können die oberen Wände der Kanäle igl schräg
aufwärts gegen die Achse des Zylinders gerichtet sein, In Abb. io ist ein Zylinder
einer doppeltwirkenden Maschine gezeigt, bei dem außer den Nachladeschlitzen i91
oberhalb der Haupteinlaßschlitze ig noch eine gleiche Reihe von Nachladeschlitzen
i92 für den unteren Teil des Zylinders vorgesehen ist. Die Schlitzreihen i91 und
192 kommen abwechselnd zur Wirkung, da stets eine von ihnen durch den Kolben verdeckt
ist, wenn die andere offenliegt. ' Wie aus den Abbildungen ersichtlich ist, liegen
die oberen Wandungen der Nacliladeschlitze näher an dem Verbrennungsende des Zylinders
als die entsprechenden Wandungen der Auslaßkanäle 17. Die Luftzuführung durch
die Nachladeschlitze setzt also zunächst die Spülwirkung am Zylinderende fort bis
zum Abschluß der Auslaßkanäle i; durch den
Kolben und bewirkt dann
eine Vergrößerung der Luftladung des Zylinders, also die bekannte l'berladung.
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An Stelle der in Abb. 9 und so gezeigten Federventile können selbstverständlich
auch Ventile anderer geeigneter Art, beispielsweise kolbengesteuerte Ventile, zur
Verwendung kommen.