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Zweitaktbrennkraftmaschine Die Erfindung betrifft eine Zweitakthrernnkraftmaschine
mit einer im Zylinderkopf liegenden Wirbelkammer, die zum Zylinder hin durch einen
in den Brennraum hineinragenden nasenförmigen Teil des Kopfes und einen in der Totlage
bis nahe an die Stirnfläche des Kopfes reichenden Verdrängeransatz des Kolbens abgegrenzt
ist und in die die Spül- und Lademenge längs derjenigen Wand des Zylinderkopfes
hineingeleitet wird, die dem. in den Brennraum ragenden nasenförmigen Teil gegenüberliegt.
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Dieser nasenfärmige Teil dient dazu, die vom Kolbenansatz in den Zylinderkopf
geleitete Frischladung zu verhindern, unmittelbar l;ä;ngs der dem Einlaß gegenüberliegenden
Zylinderwand hinunterzuströmen und mit,den verbrannten Gasen durch den Auspuff zu
entweichen.
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Der Zweck der Erfindung besteht nun darin, den von der Frischladung
im Zylinderkopf gebildeten Wirbel mit großer Drehgeschwindigkeit aufrechtzuerhalten
bis und mit Einschluß der Zündungsperiode, um die Zündung des Gemisches zu erleichtern.
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In bekannten Brennkraftmaschinen dieser Bauart ist aber die Wirbelkammer
nicht dazu eingerichtet, die kreisende, Bewegung des Gaswirbels auch am Ende der
Verdichtungsperiode aufrechtzuerhalten. Es wurde im Gegenteil. getrachtet, durch
die Formgebung der Kammer oder durch den in der obern Totpunktlage des Kolbens in
diese Kammer dringenden Kolbenansatz die Wirbelbewegung der Gase zu stören und eine
gewisse Turbulenz zu erzielen, in der Annahme, daß dadurch die Zündung und Verbrennung
des Gemisches erleichtert werde. Die Erfahrung hat aber gezeigt, daß bei Aufrechterhaltung
des Gaswirbels bis zur und mit Einschluß der Zündungsperiode die in der Nähe der
Zündkerze liegenden und sich sofort entzündenden Gasteile mit einer großen Geschwindigkeit
in das Innere der in Wirbelbewegung befindlichen Gasmasse hineingeschleudert werden.
In dieser Weise wird die Zündung mit einer viel größeren Geschwindigkeit als die
eigene Fortpflanzungsgeschwindigkeit der Flamme in die Gasmasse übergreifen, und
zwar ohne die Bildung der wohlbekannten Flammenfront, welche die Ursache des Klopfens
der Motoren ist. Man kann in dieser Weise höhere Kompressionsverhältnisse verwirklichen
als bis jetzt, unter Vermeidung von Klopferscheinungen.
Gemäß der
Erfindung werden diese Vorteile dadurch .erzielt, daß die Wirbelkammer im Zylinderkopf
angenähert kreisförmigen Querschnitt hat, einen Durchmesser von ein Viertel bis
ein Halb. des Zylinderdurclnnessers aufweist und-genügend seitlich der Zylinderachse
verschoben ist, damit der Kolbenansatz in der obern Totlage den Gaswirbel nicht
stört, und daß der Kolbenansatz und der nasenförmige Teil des Zylinderkopfes derart
gestaltet sind, daß der aus dem Raum zwischen den Kolbenboden und dem nasenförmigen
Teil gegen Ende des Verdichtungshubes verdrängte Teil der Ladung tangential und
ilm: gleichen Drehsinn in die in der -Wirbelkammer kreisende Strömung tritt.
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Es hat sich gezeigt, daß die Aufrechterhaltung der Wirbelbewegung
während der Zündung am besten erreicht werden. kann, wenn man der Wirbelkammer die
erwähnten Dimensionen erteilt. Sie muß einen verhältnismäßig kleinen Durchmesser
besitzen, damit die Drehgeschwindigkeit der Gase in Form .eines Wirbels sehr groß
ist. Wenn aber andrerseits der Durchmesser dieser Kammer zu klein ist, so wird ein
Teil der Frischladung nicht in sie hineinströmen und daher nicht an der wirbelnden
Bewegung teilnehmen. Der am Ende des Verdichtungshubes verdrängte Teil der Ladung,
welcher tangential in die Wirbelkammer eintritt, trägt zum Unterhalt der wirbelnden
Bewegung und zu ihrer Beschleunigung bei. Die Hauptsache bleibt aber, daß der Kolbenansatz
in der obern Totpunktlage sich seitlich der kreisförmigen Wirbelkammer befindet,
ohne in diesen zylindrischen Raum einzudringen, damit der Gaswirbel gerade in diesem
Zeitpunkt nicht gestört wird.
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Die Zeichnung zeigt zwei Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes.
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Fig. i ist .ein senkrechter Schnitt und Fig. 2 ein Horizontalschnitt
durch den Zylinder auf der Höhe der Einlaß- und Auslaßöffnungen eines ersten Ausführungsbeispiels.
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Fig.3 und ¢ sind zwei gleiche Ansichten. des zweiten Ausführungsbeispiels.
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Die in Fig. i und 2 gezeigte Brennkraftmasch%ne besitzt eine Drehachse
i, ein Kurbelwell.enschwungrad 2, eine Kurbel 3, eine Kolbenstange q. und einen
Kolben 5. Das dichte Kurbelgehäuse 6 bildet mit der Kolbeninnenfläche die Ansaug-
und Ladepumpe. Der Zylinder 7 trägt den Zylinderkopf 8, in welchem eine Kammer 9
in Form einer offenen Spirale gebildet ist, deren innerer Teil g' angenähert kreisförmigen
Querschnitt besitzt. Die Frischladung gelangt durch die Leitung io und die Eintrittsöffnung
i i in das Kurbelgehäuse, wenn diese Öffnung in der obern Totpunktlage des Kolbens
von diesem abgedeckt wird. Der überströrnkanal 12 führt die Ladung in den Zylinder.
13 ist die Auspufföffnung. Die Auspuff- und EinlaßöiFnungen werden vom Kolben nacheinander
abgedeckt, wenn @er an das untere Hubende gelangt, und alsdann wieder verdeckt,
wenn der Kolben ansteigt. Die Zündkerze wird in der Öffnung 14 am Kopf .eingesetzt.
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Der Durchmesser d des angenähert kreisförmigen Querschnittes der Wirbelkammer
g' ist ungefähr gleich einem Viertel des Durchm:essers D des Zylinders. Die Wirbelkammer
ist gegen den Zylinder hin durch einen in den Brennraum hineinragenden nasenförmigen
Teil 15 des Kopfes abgegrenzt, der in eine Spitze 21 endigt und der durch eine leicht
gewölbte Wand mit derjenigen Zylinderseite verbunden ist, welche die Auspufföffnung
aufweist. Der Kolbenkopf besitzt einen Verdrängeransatz, welcher auf der rechten
Seite in eine Fläche 16 von gleicher Krümmung wie die untere Wand des nasenförmigen
Teiles 15 übergeht und auf der linken Seite durch eine senkrechte Fläche 17 begrenzt
ist. Die der Spitze 2 i gegenüberliegende Wand 18 der Kammer 9 weist nur eine schwache
Krümmung auf. Die Wirbelkammer g' ist genügend seitlich der Zylinderachse verschoben,
damit der Kolbenansatz in der obern Totlage den Gaswirbel in der Kammer nicht stört.
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Im Moment des Einströmens der Frischladung in den Zylinder befindet
sich der Kolben in der in Fig. i gezeigten unteren Stellung. Die zu äußerst liegende
Gasschicht steigt an der Zylinderwandung empor und strömt dann längs der Wand 18
in die Kammer g', wo sie eine wirbelnde Bewegung annimmt. Die :näher der Zylinderachse
liegenden Gasschichten stoßen gegen die Wand 18, und infolge der schwachen Krümmung
dieser Wand werden sie nicht in das Zylinderinnere zurückreflektiert, sondern auch
in die Kammer 9' (siehe strichpunktierte Linie a-b-c, Fig. i), so daß sie .ebenfalls
von der wirbelnden Bewegung ergriffen werden. Diese Bewegung hält während der Lagerperiode
die Frischladung im Zylinderkopf und im obern Teil des Zylinders zurück und verhindert,
daß sie zusammen mit den verbrannten Gasen durch die Auspufföffnungen entweicht.
Damit dieser Gaswirbel die Drehung um sich selbst mit großer Geschwindigkeit fortsetzt
bis zur und mit Einschluß der Zündungsperiode, muß erfahrungsgemäß der Durchmesser
d der Wirhelkammer g' ein -Halb bis .ein Viertel des Durchmessers D@ des Zylinders
betragen. Damit der Wirbel nicht durch die Ladung, die der Kolben während seines
Verdichtungshubes in die Kammer 9 stößt, behindert oder zerstört wird, sind der
nasenförmige Teil 15
des Zylinderkopfes und der Kolbenboden 16 so»
ausgeführt, daß sie am Ende des Kompressionshubes zwischen sich einen Kanal bilden,
aus dem der verdrängte Teil der Ladung in Richtung des Pfeiles/, annähernd tange
ntial und im gleichen Drehsinn in die in der Wirbelkammer 9' kreisende Strömung
übertritt und zum Unterhalt der wirbelnden Bewegung oder sogar zu ihrer Beschleunigung
beiträgt.
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Im zweiten Ausführungsbeispiel sind die Einlaßöffnungen 2o und 2o'
rechts und links der Auspufföffnung 13 angeordnet, und die Frischladung folgt dem
in Fig. 3 und 4 punktiert eingezeichneten Weg. Der Kolbenkopf besitzt einen Ansatz
2a, welcher rechts durch den gekrümmten Kolbenboden 16 begrenzt ist, der parallel
zur untern Wand des nasenförmigen Teiles 15 des Zylinderkopfes verläuft.
Die schwach gekrümmte Fläche i 9 des Kolbenansatzes verläuft parallel zur Wand 18
des Zylinderkopfes. Daraus ergibt sich, daß, wenn der Kolben am Ende des Kompressionshubes
angelangt ist, nicht 'nur die beiden Flächen 15
und 16, wie in der Fig. i,
sondern auch die beiden Flächen 18 und i 9 zwischen sich Kanäle bilden, welche die
während des Verdichtungshubs verdrängte Ladung von entgegengesetzten Zylinderseiten
her ungefähr tangential und in gleichem Drehsinn in die in der Wirbelkammer 9' kreisende
Strömung übertreten lassen. In dieser Weise strömt die vom Kolben gestoßene Ladung
gemäß dem Pfeil/, auf der rechten Seite und gemäß dem Pfeil/2 auf der linken S'eite
in die Kammer 9' und trägt dazu bei, die wirbelnde Bewegung in dieser Kammer zu
unterhalten und, wenn möglich, zu beschleunigen.
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Es wurde zur - Vereinfachung der Zeichnungen jedesmal ein Zweitaktmotor
von elementarer Form mit Ansaugung und Verdichtung der Frischgase im Kurbelkasten
und mit nur :einem _ Zylinder dargestellt. Es ist wohl bekannt, daß dieser Motortyp
den Nachteil besitzt, nur eine unvollständige Zylinderfüllung vom Vergaser anzusaugen
und in den Zylinder zu pumpen, und daß er außerdem Schwierigkeiten für die Schmierung
macht. Die Erfindung kann aber ebensogut an Zweitaktmotoren verwendet werden, bei
denen der Kolben die Einlaß- und Auslaßöffnungen im untern Teil seines Ganges abdeckt,
aber der mit einer unabhängigen Ladepumpe versehen ist. Diese Ladepumpe könnte als
Kolbenpumpe, einfach oder doppelt wirkend, als Rotationspumpe oder selbst als Zentrifugalpumpe
ausgeführt sein. Zur Verwendung der Erfindung bei mehrzylindrigen Automobil-oder
Flugzeugmotoren kann ein Rotationskompressor, Exzenter- oder Zentrifugalkompressor,
von der schon zur Überladung von solchen Motoren bekannten Art verwendet werden,
um die Frischgase vom Vergaser anzusaugen und im. die Überstr ömkanäle 12 zu pumpen,
mit dem leichten erforderlichen Überdruck von ungefähr o,2 bis o,5 kg/ cm°.