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Zweitaktbrennkraftmaschine Die Erfindung betrifft eine Zweitaktbrennkraftmaschine
mit in der gleichen Zone angeordneten Ein- und Auslaßschlitzen und einseitiger Umkehrspülung,
bei der zwei symmetrische Einlässe schräg zum Zylinderkopf hin gerichtet sind.
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Zweitaktbrennkraftmaschinen mit derartiger Lage der Ein- und Auslaßschlitze
sind an sich bekannt; bei den bekannten Maschinen ist jedoch die Anordnung so getroffen,
daß sämtliche Spülkanäle die Spülluft gegen die den Auslaßkanälen gegenüberliegende,
Zylinderwand leiten, wobei die Bewegung des Kolbens bei seinem Vorbeigang an den
Einlaßschlitzen ohne Einfluß auf die Richtung der Spülströme bleibt.
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Weiter ist bei einer Brennkraftmaschine mit flachem Kolben vorgeschlagen
worden, die Schnittpunkte einander gegenüberliegender Spülkanäle so anzuordnen,
daß sie im Gru.ndriß auseinandergelegt sind, wodurch die Möglichkeit ungleichmäßiger
Erwärmung des Kolbenbodens und der Zylinderwandung vermindert werden soll. Bei derartigen
Maschinen bleibt jedoch der Kolben durch seine flache Ausbildung an der Führung
der Spülströme während des Spülvorganges ebenfalls unbeteiligt. Die Gleichmäßigkeit
des Spülstromes soll hier vielmehr durch Aufteilung des Spülstromes in zahlreiche
Einzelströme erreicht werden, und hierzu sind über den ganzen Zylinderumfang angeordnete
Spülkanäle vorgesehen.
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Die Erfindung schafft eine Zweitaktbrennkraftmaschine mit in der gleichen
Zone angeordneten Ein- und.Auslaßschlitzen und einseitiger Umkehrspülung, bei der
zwei symmetrische Einlässe schräg zum Zylinderkopf hin gerichtet sind, und das Neue
besteht darin, daß die zu beiden Seiten der Auslaßkanäle angeordneten Spül- bzw.
Ladeschlitze, etwa gegen die Zylindermitte gerichtet sind und der Arbeitskolben
mit einer an den Spül- bzw. Ladeschlitzen beginnenden scheibenartigen Leitvorrichtung
von vorzugsweise glockenförmigem Umriß und in Richtung gegen die Auslaßschlitze
abnehmenden Höhe ausgestattet ist, die ihre Richtwirkung auf die Spülströme während
des Spülvorganges ändert, so daß die Spülströme bei Beginn der Spülung gegen die
hintere Zylinderwand gelenkt werden und bei fortschreitender Spülung Spülmittelteilströme
über die Leitvorrichtung hinweg und zum Zylinderkopf strömen und anschließend weitere
Spülmittelteilströme lediglich der Führung durch die Spülkanäle folgen. Diese während
der Bewegung des Kolbens erreichte Führung der Spülströme in dem Sinne, daß deren
Winkelrichtung sich beim Vorbeigehen des Kolbens an den Spülschlitzen
dauernd
ändert, bewirkt, daß sämtliche mit Restgas angefüllten Zonen vollends ausgespült
werden bei gleichzeitiger guter gleichmäßiger Kühlung des Kolbenbodens und der Zylinderwandungen.
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Die Erfindung schafft noch eine Reihe weiterer wertvoller Einzelheiten,
die sich insbesondere auf die Ausbildung der Leitvorrichtung beziehen und die später
näher beschrieben sind.
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Die Zeichnung veranschaulicht die Erfindung an mehreren Ausführungsbeispielen,
und zwar zeigt: Fig. i eine Zweitaktmaschine in denkbarer Ausführung, Fig. 2 bis
4 eine Zw eitaktmaschine bekannter Ausführung, Fig. 5 bis 7 Querschnitt von Zylindern
nach der Erfindung, Fig. 8 Zylinder im Längsschnitt, Fig. g Querschnitt durch einen
Zylinder einer weiteren Ausführungsform, Fig. io Teillängsschnitt durch einen Zylinder
mit besonderer Ausbildung der Spülkanäle., F ig. i i bis 13 Querschnitt von Zylindern
mit weiteren Ausführungsbeispielen zur Durchbildung der Spülkanäle.
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Nach Fig. i ist eine denkbare Anordnung der Spülkanäle S1, S@ so gewählt,
daß sich die durch die Spülkanäle strömenden mittleren Spülstrahlen 1, 2 etwa im
Z_vlindermittelpunkt treffen.
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Nach Fig. 2 treffen sich die Strahlen 1, 2 beispielsweise an der hinteren
Zylinderwand a1, in Fig. 3 dagegen wegen der noch größeren Schrägstellung der Spülkanäle
bereits jenseits der Zylinderwand a1. Die durch die Breite der Spülkanäle gegebenen
Spülstrombreiten sind in den Fig. i bis 3 finit gestrichelten Lihien angedeutet.
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Wenn auch der in den Zylinder eintretende Spülstrom in Wirklichkeit
seitlich expandiert, so bleiben doch beträchtliche Querschnitteile des Zylinders
unausgespült, wie die Fig. i bis 3 zeigen, wo die der Zylinderwand a1 benachbarten,
unausgespült bleibenden Zonen mit waagerechter und die von den Spülströmen eingeschlossenen,
ebenfalls unausgespült bleibenden Zonen mit gekreuzter Schraffur gekennzeichnet
sind. Am größten ist die waagerecht schraffierte Zone in Fig. i, wo sie mit der
Ziffer 3 bezeichnet ist; in Fig. 2 sind zwei solcher Zonen vorhanden; in Fig. 3
ist dagegen die Zone 3 verschwindend klein und bei Berücksichtigung der seitlichen
Expansion der Spülströme praktisch nicht mehr vorhanden.
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Dafür weisen die Fig. 2 und 3 eine mit Kreuzschraffur hervorgehobene,
in Fig.i nicht vorhandene Restgaszone 4 auf, die bei Fig.3 notgedrungen am größten
ist. Zum Verständnis dieser Restgassäcke 4 betrachte man die Fig.4, die für die
Anordnung der Spülkanäle Si, S2 gemäß Fig. 2 gilt. Der Längsschnitt (Fig. 4) ist
so gelegt, daß er den Auslaßkanal Al trifft. Der durch den Spülka.nal S'1 eintretende
Spülstrom i ist, solange er nach aufwärts zum Zylinderkopf strömt, mit i', sobald
er wieder abwärts zum Kolben b strömt, mit i" bezeichnet. Analog gilt dies Für den
Spülstrom 2. Zwischen den aufwärts und abwärts strömenden Spülstrahlen 1', z' bzw.
1", z" liegt der Restgassack 4. Über dem Kolben b, und zwar bei der hinteren Zylinderwand
a1 bildet sich eine weitere, bisher noch nicht erwähnte Kolbenbodenwalze 5. Diese
ist um so größer, je steiler nach oüen gerichtet die Spülkanäle sind.
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Durch die bisherigen Erläuterungen sind die Hauptmängel dieses bekannten
einseitigen Umkelirspülverfahrens klargestellt. Gleichzeitig ist die ungleichmäßige
Erwärmung von Kolben und Zylinderwandung erklärt. Je spitzer der von den Spülströmen
1, 2 eingeschlossene Winkel ß ist, um so geringer werden die Spülmittelverluste
durch unmittelbares Entweichen in die Auslaßkanäle (Kurzschluß), um so größer wird
aber auch der Restgassadk 4 (vgl. die Fig. i bis 3), so daß ganz allgemein einer
abnehmenden Zylinderwalze 3 ein zunehmender Restgassack 4 und umgekehrt entspricht.
Die Kolbenbodenwalze 5 endlich ist um so größer, je größer der Winkel der Spülkanäle
mit der waagerechten Ebene ist.
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Die bisher bekannten Zweitaktbrennkraftmaschinen mit der eingangs
gekennzeichneten Schlitzanordnung, also nach Fig. 2 und 3, verwenden einen flachen
oder leicht gewölbten Kolbenboden und überlassen die Führung der Spülströme ausschließlich
den Spülkanälen und dann der hinteren Zylinderwand.
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Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, daß die in Fig. i bis 3
dargestellten Spülvorgänge als Phasen der Spülung kontinuierlich durchlaufen werden
müssen. Die Spülströme 1, 2 müssen daher zuerst zwecks Beseitigung der Zylinderwandwalzen
3 so gegeneinander gerichtet sein, daß sie sich erst jenseits der hinteren Zylinderwand
dl treffen würden (Fig. 3), sodann muß ein Teil der Spülströme so fließen, wie in
Fig. 2 veranschaulicht, damit der Restgassack 4 verkleinert -wird, und endlich müssen
sich -weitere Teilströme zuletzt derart abspalten, daß sie sich etwa im Zylindermittelpunkt
treffen, wie Fig. i zeigt, damit der Restgassack 4 vollends ausgespült -wird.
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Verwirklicht wird dies nach dem Ausführungsbeispiel der Erfindung
dadurch, daß die Spülkanäle erfindungsgemäß etwa gegen die
Zylindermitte
gerichtet sind und daß der Arbeitskolben b eine symmetrisch gestaltete Leitvorrichtung
erhält, die die Spülströme i, 2 während des Spülvorganges kontinuierlich ablenkt.
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Der Kolbenboden ist zu diesem Zweck mit einer scheibenartigen, im
Umriß etwa glockenförmigen Platte von in Richtung gegen die Auslaßkanäle abfallenden
Höhe ausgestattet. Die Begrenzungskurven ei, e. des Umrisses sind vorzugsweise durch
eine zweckmäßig etwa halbkreisförmige Rundung f miteinander verbunden.
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Die Fig. 5 bis 7 zeigen je einen Querschnitt durch den Zylinder, der
die Auslaßkanäle Al, A. und die Spülkanäle S1, S. trifft, mit einer Draufsicht auf
den Kolben. Die Fig. 8 zeigt einen Längsschnitt durch den Zylinder samt Kolben mit
schematischer Darstellung des Spülvorganges nach der Erfindung.
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Dieser wird erfindungsgemäß in folgende drei hauptsächliche Stadien
unterteilt: i. Stadium, gemäß Fig. 5 und 8: Der Arbeitskolben b mit Leitvorrichtung
c hat die Spülkanäle S1, S. so weit freigelegt, daß das Spülmittel (Luft, Brennstoff-Luft-Gemisch,
brennbare Gase) nach Maßgabe seines Überdruckes in den Zylinder eintreten kann.
Das Spülmittel wird durch die Leitvorrichtung c stoßfrei gegen die hintere Zylinderwand,a,
abgelenkt, und zwar so, daß sich die Spülmittelströme 1,:2 jenseits der hinteren
Zylinderwand treffen und vereinigen würden. Sie strömen dann an der hinteren Zylinderwand
entlang nach oben zum Zylinderkopf und von da in Richtung gegen die Auslaßkanäle
Al, Az, wie in Fig. 8 veranschaulicht.
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2. Stadium, gemäß Fig. 6 und 8: Der Arbeitskolben befindet sich jetzt
kurz vor der unteren Totlage. Da die größte Höhe der Leitvorrichtung zweckmäßig
erfindungsgemäß etwa so groß ist wie die größte Höhe der Spülkanäle, strömt numnehr
'ein Teil des Spülmittels über die Leitvorrichtung hinweg, und zwar an jenen Stellen,
wo die Höhe der Leitvorrichtung geringer ist als die der Spülschlitze. Diese Teilströme
ib, 2U werden somit weniger stark abgelenkt als die diese Ströme zum Gesamtspülstrom
i, 2 ergänzenden Teilströme ia, 2a. Sie nehmen daher .etwa die in den Fig. 6 und
8 dargestellte Richtung ein. Dabei spülen sie beim Hochfließen gegen den Zylinderkopf
den vom i. Stadium der Spülung her bestehenden Restgassack q. zum großen Teil aus.
Die noch verbleibende kleine Restgasmenge 4. ist in F,ig. 2 durch Kreuzschraff ur
angedeutet.
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3. Stadium, gemäß Fig. 7 und 8: Der Arbeitskolben befindet sich jetzt
in der unteren Totpunktlage. Ein Teil des Spülmittels strömt, wie es im ersten Stadium
geschildert wurde; ein weiterer Teil strömt nach Art des zweiten Stadiums, während
der restliche Teil ohne merkliche Ablenkung durch die Leitvorrichtung etwa gegen
die Zylindermitte fließt, Teilströme ic, 2c und sodann zum Zylinderkopf ernporströmt.
Hierbei wird die vom zweiten Stadium her bestehende kleine Abgasmenge restlos ausgetrieben.
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Beim Rückwärtsgang des Kolbens b (Aufwärtshub) wiederholen sich die
drei Stadien in umgekehrter Reihenfolge. Die Umkehrung der Reihenfolge ist höchst
wichtig, weil hierdurch gleichzeitig die Spülströme immer mehr gegen die hintere
Zylinderwand geleitet werden und vom Auslaß ferngehalten sind. Es ist also bei der
Erfindung eine ausgezeichnete Spülung mit einer Verringerung der Abströmverluste
erzielt.
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Die Höhen der Leitvorrichtung c des Kolbens werden um so größer gewählt,
je größer der Winkel gewählt ist, den die Spülkanäle mit der Horizontalen einnehmen.
Die hintere Zylinderwand braucht nicht vollwandig zu sein wie im Ausführungsbeispiel.
Dort können auch weitere Spül- und Ladeschlitze vorgesehen sein, die am besten steil
nach oben in den Zylinder einmünden. Ihre Ströme verlaufen dabei am besten so, daß
sie die Teilströme ia und 2a bzw. 1b und 2v aufrichten.
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Erfindungsgemäß wird die Formgebung und Massenverteilung der Leitvorrichtung
c so gewählt, daß der Schwerpunkt derselben in die Zylinderachse fällt. Hierdurch
wird ein Kippen des Kolbens vermieden.
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Zwecks Erzielung eines möglichst leichten Kolbens wird erfindungsgemäß
der den Auslaßkanälen benachbarte Teil bi des Kolbens eben ausgeführt und die Leitvorrichtung
c etwa schwalbenschwanzartig gestaltet, wie dies Fig. g beispielsweise zeigt, wo
die Leitvorrichtung nur aus zwei miteinander verbundenen Stegen besteht. Hierbei
kann ein Arbeitskolben verwirklicht werden, dessen Gewicht und Oberfläche kaum größer
sind als bei einem flachen Kolben ohne Leitvorrichtung; auch der Verbrennungsraum
der Maschine kann dabei beliebig geformt werden.
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Die Fig. i i bis 13 der Zeichnung stellen weitere Ausführungsbeispiele
der erfindungsgemäßen Maschine dar, bei denen in die hintere Zylinderwand a1 weitere,
vorzugsweise steil nach oben gerichtete Spül- bzw. Ladeschlitze einmünden, deren
Ströme so zueinander gerichtet sind, daß sie die Teilströme IL, 2v, ia, 2a aufrichten
helfen.
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In den Fig. i i bis 13 sind weitere bevorzugte Ausführungsformen dargestellt,
bei denen die aus den Spülkanälen S3 und ,S4 komrnenden, zum Zylinderkopf fließenden
Ströme die Stabilität der Gesamtströmung verbessern.
Die Erfindung
eignet sich für Zweitaktgemisch- und Zweitaktdieselmaschinen undwird mit Vorteil
sowohl bei Kurbelkammermaschinen als auch bei Maschinen mit besonderer Ladepumpe
angewandt. In den Figuren sind die Spülkanäle gleich hoch eingezeichnet. Dieselben
können statt dessen auch mit abnehmender Höhe ausgeführt sein, wie iii Fig. io dargestellt
ist. Erfindungsgemäß soll dabei die obere Steuerkante im selben Maße abnehmen wie
die Höhe der Leitvorrichtung c. Hierdurch passen sich,die Spülströme den auszuspülenden
Zylinderräumen besonders gut an.