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Zweitaktbrennkraftmaschine mit vom Arbeitskolben gesteuerten Ein-
und Auslaßschlitzen Bei Zweitaktbrennkraftmaschinen, bei denen Brennstoff entweder
während des Spülvorganges oder während des Verdichtungshubes in den Zylinder eingespritzt
wird oder denen der Brennstoff bereits im Spülmittel vor dessen Eintritt in den
Zylinder zugeführt wird, ist aus Gründen der Leistung sowie des wirtschaftlichen
Betriebes für eine möglichst völlige Ausspülung der Restgase Sorge zu tragen. Etwa
noch verbliebene Restgase müssen aber, um Gasschichtungen zu vermeiden und damit
einen gleichmäßigen Lauf zu erzielen, mit den Frischgasen möglichst innig vermischt
werden.
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Bei Brennkraftmaschinen mit vom Kolben gesteuerten Ein- und Auslaßschlitzene
wurde versucht, dieses Ziel dadurch zu erreichen, daß die Frischgasströme teilweise
tangential in den Zylinder eingeführt wurden, so daß die Spülgase im Zylinder einen
schraubenlinienförmigen Verlauf nehmen. Hierdurch hat sich jedoch die Spülung verschlechtert:
Bei Gegenkolbenmaschinen wurde dagegen das Gemisch ebenfalls in schraubenlinienförmiger
Bahn durch den Zylinder geleitet, und es fand eine sog. Gleichstromspülung statt.
Gegenkolbenmaschinen bedingen jedoch, abgesehen von dem technischen Aufwand mehrerer
Kolben, auch noch eine größere Bauhöhe, die ihre Verwendung auf gewisse Gebiete
einschränkt.
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Schließlich wurde auch bei Zweitaktbrennkraftmaschinen mit Umkehrspülung
die Spülluft bzw. die Frischgase schräg nach unten auf den Kolbenboden geleitet,
von wo sie dann zum Zylinderkopf emporstiegen, dort umkehrten und die Restgase durch
die Auspuffschlitze verdrängten. Bei dieser Anordnung, die an sich eine gute Spülung
ergibt, findet jedoch infolge der außerordentlich starken Wirbel, deren Achse senkrecht
zur Zylinderachse stehen, leicht eine Ausscheidung von Brennstoff statt, wodurch
der wirtschaftliche Betrieb der Maschine in Frage gestellt wird. Es ist nun einerseits
wohl erwünscht, eine gute Durchwirbelung des Zylinderinhaltes zu bewirken, jedoch
sollen die auftretenden Wirbel nicht so stark sein, daß sie eine Brennstoffausscheidung
durch Fliehkraft verursachen können..
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Nach der Erfindung wird dies dadurch erreicht, daß auf jeder der beiden
Seiten einer durch die Zylinderlängsachse gelegten Längsebene einander zugeordnete
Einlaß- und Auslaßschlitze derart angeordnet sind, daß zwei einander entgegengesetzt
verlaufende Spülströme entstehen, von denen der eine den auf der einen und der andere
den auf der anderen
Seite .der Längsebene liegenden Zylinderraum
ausspült. Jeder der beiden entgegengesetzt zueinander verlaufenden Spülströme ruft
nun sowohl über dem Kolbenboden als auch bei seiner- Umkehr am Zylinderkopf, insbesondere
aber an dieser letzteren Stelle, einen Wirbel der Spülluft bzw. des Frischgasgemisches
hervor, dessen Achse senkrecht zur Zylinderachse steht. Da aber die Spülströme entgegengesetzt
zueinander verlaufen, tritt außer diesem senkrecht zur Zylinderachse stehenden Wirbel
sowohl über dem Kolbenboden als auch im Zylinderkopf ein weiterer zusätzlicher Wirbel
auf, dessen Drehachse annähernd mit der Zylinderlängsachse zusammenfällt. Über dem
Kolbenboden bewirkt dieser zusätzliche Wirbel in besonders sicherer Weise eine Erfassung
der an dieser Stelle verbliebenen Restgase, während im Zylinderkopf eine hinsichtlich
des Verbrennungsvorganges außerordentlich vorteilhafte Durchwirbelung des zu entzündenden
Gemisches veranlaßt wird. Der zusätzliche Wirbel im Zylinderkopf dauert überdies
auch noch während des Endes des Verdichtungsvorganges sowie beim Eintreten der Zündung
an, wodurch die Verbrennung einen besonders günstigen Verlauf nimmt.
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Die durch die entgegengerichteten Spülströme erzeugten zusätzlichen
Wirbel erfordern aber zu ihrer Bildung einen gewissen Kraftaufwand, den sie den
senkrecht zur Zylinderachse kreisenden Wirbeln der Frischgasströme entnehmen und
so diese Wirbel in einem Maße schwächen, wie es zur Verhinderung einer Brennstoffausscheidung
durch Zentrifugalkraft erforderlich ist. Insbesondere aber wird durch den zusätzlichen
Wirbel über dem Kolbenboden eine solche Brennstoffausscheidung verhindert, und es
wird andererseits der thermisch hochbeanspruchte Kolbenboden in besonders vorteilhafter
Weise gekühlt. Die Einlaßschlitze können nach der Erfindung entweder so angeordnet
sein, daß die eintretenden Spülströme in der Nähe der die Einlaßschlitze aufnehmenden
Zylinderwand zum Zylinderkopf fließen, oder so, daß die Spülströme über den Kolbenboden
hinweg zu der den Einlaßschlitzen gegenüberliegenden Wand geführt werden.
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Die Zeichnung veranschaulicht die Erfindung an mehreren Ausführungsbeispielen,
und zwar zeigt: Fig. i Querschnitt durch den Zylinder in Höhe der Spül- und Auslaßkanäle,
wobei die Spülkanäle neben der Zylinderlängsmittelebene X-X des Zylinders liegen,
Fig..2 Querschnitt durch den Zylinder in Höhe der Spül- und Auslaßkanäle, wobei
die Auslaßkanäle neben der Zylinderlängsmittelebene X-X des Zylinder liegen, Fig.
3 Querschnitt durch den Zylinder in Höhe der Spül- und Auslaßkanäle, wobei die Spülkanäle
der einen Zylinderhälfte und die Auslaßkanäle der anderen Zylinderhälfte neben der
Längsmittelebene liegen, Fig. q. Längsschnitt durch den Zylinder mit Schnittführung
durch die Spülkanäle und die Auslaßkanäle einer Zylinderhälfte, Fig. 5 Querschnitt
durch einen Zylinder, bei dem die Spülkanäle und die Auslaßkanäle der einen Zylinderhälfte
unmittelbar neben den Auslaßkanälen und den Spülkanälen der anderen Zylinderhälfte
liegen, Fig. 6 Längsschnitt zu Fig. 5, Fig.7 Querschnitt durch einen Zylinder, wobei
die Auslaßkanäle einander gegenüberliegen, Fig.8 Längsschnitt zu Fig.7, wobei der
Schnitt durch die Spülkanäle einer Zylinderhälfte geführt ist, .
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Fig.9 und io Querschnitt durch Zylinder, bei denen die Spülkanäle
einer Zylinderhälfte neben den Auslaßkanälen der gleichen Zylinderhälfte liegen,
Fig. iI Längsschnitt zu Fig. 9, Fig. 12 Längsschnitt zu Fig. io, Fig. 13 Längsschnitt
durch einen Zylinder, bei dem die Spülkanäle gegen den Zylinderkopf gerichtet sind,
Fig. 14 Längsschnitt durch einen Zylinder, bei dem die Spülkanäle gegen den Zylinderkopf
gerichtet sind mit Schnittführung durch die Auslaßkanäle, Fig. 15 Querschnitt durch
einen Zylinder, bei dem mehrere Spülkanäle zu einer Gruppe vereinigt sind, Fig.
16 Querschnitt durch einen Zylinder, bei dem ein zusätzlicher Spülkanal dem Auslaßkanal
einer Zylinderhälfte gegenüberliegt, Fig. 17 Querschnitt durch einen Zylinder, bei
dem die Spülkanäle und die Auslaßkanäle einer Zylinderhälfte unmittelbar nebeneinanderliegen,
Fig. 18 Querschnitt durch `einen Zylinder, bei dem die Auslaßkanäle über den Spülkanälen
angeordnet sind, Fig. 19 Längsschnitt zu Fig. 18, Fig.2o den Verlauf der Frischgasströme
und die Bildung der zusätzlichen Wirbel in schematischer Darstellung bei einer Kanalanordnung
etwa entsprechend den Fig. 2 und q..
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In den Abbildungen stellt die strichpunktierte Linie X-X eine Zylinderlängsebene
und die Linie Y-Y eine dazu senkrecht stehende Zylinderlängsmittelebene dar. Mit
a1, a2, as, a4 sind die von den Längsmittelebenen abgeteilt gedachten Zylinderwandzonen
bezeichnet. In die Zylinder münden die Spülkanäle S1, S2 ein, und zu diesen Spülk4anälen
gehören entsprechende Auslaßkanäle Al, A2. Der
Zylinderkopf a1 und
a4 ist mit einem Zylinderkopf b versehen; die Schlitze werden durch einen Kolben
c gesteuert. In den Figuren ist außer bei Fig. i5, 16 und 18 für jede Zylinderhalbseite
nur je' ein Auslaß- bzw. Spülkanal eingezeichnet. Naturgemäß können mehrere solcher
Kanäle vorhanden und zu Spülkanalgruppen vereinigt sein. Die durch die Spülkanäle
in den Zylinder eintretenden Spülströme sind in ihrem Eintrittsteil mit i und 2
und. mit ihrem Austrittsteil mit i' und 2' bezeichnet.
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Die Fig. i bis q. stellen eine Ausführungsform der Erfindung dar,
bei der die zu jeder Spülkanalgruppe S1, S2 gehörenden Auslaßkanäle A1, A2 auf der
gegenüberliegenden Zylinderseite, und zwar seitlich versetzt zur zugehörigen Spülkanalgruppe
angeordnet sind. Die Spülströme i, 2 werden dabei flach oder auch nach oben geneigt
über den Kolben c hinweg gegen die jenseitige Zylinderwand a4 bzw. a2 geleitet,
steigen zum Zylinderkopf empor und fließen nach der Umkehr am Zylinderkopf b den
Zylinderwänden a3 bzw. a1 .entlang gegen den Kolben c und von da zu den Auslaßkanälen
A1, A2, wie in den Fig. i bis q. dargestellt ist. Dabei zeigt Fig. q. einen Längsschnitt
der Fig. 3, der die Spülkanalgruppe S1 und die Auslaßkanalgruppe A1 trifft. Bei
den Fig. i und 2 liegen sämtliche Spül- und Auslaßkanäle symmetrisch zu den Längsebenen
X-X und Y-Y, bei Fig. 3 dagegen nicht. Wie ersichtlich, strömen. bei den Ausführungsformen
nach Fig. i und 2 die einströmenden Spülströme i, 2 bzw. die ausströmenden, 1',
2' aneinander vorbei: Bei der Ausführungsform nach Fig. 3 dagegen. strömt der einströmende
Spülstrom i der Spülkanalgruppe S1 am ausströmenden Spülstrom 2' der Spülkanalgruppe
S2 vorbei.
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Die Fig. 5 und 6 zeigen eine andere Ausführungsform der Erfindung,
bei der die zu jeder Spülkanalgruppe gehörige Auslaßkanalgruppe auf der gegenüberliegenden
Zylinderwand angeordnet ist und die Spülströme i, 2 entlang der Einführungsseite
zum Zylinderkopf geleitet werden. Die Spülströme erhalten die Hochführung entweder
in an sich bekannter Weise durch entsprechende Neigung oder Formgebung der Spülkanalgruppe
oder mittels eines am Kolben vorgesehenen Ablenkers.
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Die Fig. 7 und 8 zeigen wieder eine andere Ausführungsform der Erfindung.
Hier liegen die Auslaßkanalgruppen A1, A2 einander gegenüber. Die Spülströme i,
2 werden dabei in Fig. 8 über den Kolben c hinweg flach oder nach oben geneigt gegen
die jenseitigen Zylinderwände a4 bzw. a2 geleitet. Statt dessen können die Spülströme
auch gegen den Zylinderkopf b gelenkt werden, also entlang der Einführungsseite
hochfließen, wie dies bereits bei der Fig. 6. gezeigt ist.
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Die Fig. 9, 11 und 13 zeigen wieder eine andere Ausführungsform des
erfinderischen Gedankens derart, .daß die Spül- und Auslaßkanalgruppen jeder Zylinderseite
nebeneinander angeordnet sind und die aneinander vorbeiströmenden, einströmenden
Spülstrahlen. i, 2 gegen die gegenüberliegenden Zylin-
derwände a4 bzw. a2
oder auch nach oben gegen .den Zylinderkopf gelenkt werden. Ersteren Fall zeigt
die Fig. i i, letzteren die Fi,g. 13. Wie diese Längsschnitte gelegt sind, ist ohne
weiteres ersichtlich. Bei Fig. i i können die Spülkanäle S1, S2 flach oder nach
oben geneigt in den Zylinder münden.
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In den Fig. io, 12, 1q., 15, 16 und 17 sind Ausführungsformen der
Erfindung dargestellt, bei denen die Spül- und Auslaßkanalgruppen nebeneinander
angeordnet sind, und zwar derart, daß erstere die Spülströme gegen die gegenüberliegenden,
Zylinderwände oder auch gegen den Zylinderkopf leiten, derart, daß die aus dem Zylinder
ausströmenden Spülströme i', 2' aneinander vorbeiströmen. Dabei zeigen die 'Fig.
12 und 14 Zylinderlängsschnitte, die die Auslaßkanalgruppe A2 treffen.. In Fig.
12 werden die einströmenden Spülströme 1, 2 flach oder nach oben geneigt über den
Kolbenboden hinweg gegen die jenseitigen Zylinderwände a4 bzw. a2 geleitet, während
sie in Fig. 1¢ zum Zylinderkopf b hochgeführt werden.
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Die Fig. 15 bis 17 zeigen weitere Varianten der Ausführungsformen
nach den Fig. io,_ 12 und 1q.. In Fig. i5 sind, wie bereits weiter vorn erwähnt,
mehrere Spülkanäle zu einer Spülkanalgruppe S1 bzw. S2 vereinigt, die sich im gezeichneten
Fall zweckmäßig in einem Punkte in der Nähe der Zylinderwand treffen.. Bei der Ausführungsform
nach Fig. 16 ist beispielsweise wenigstens ein weiterer Spülkanal Sm bzw. S" vorgesehen,
der dem Auslaßkanal A1 bzw. A2 gegenüberliegt und dessen Spülstrom sich zweckmäßig
mit den Spülströmen seiner zugehörigen Spülkanalgruppe vereinigt. Die Spülkanäle
Sm und S" münden zweckmäßig steil nach oben in den Zylinder, während die Spülkanalgruppen
S1, S2 auch flach über den. Kolbenboden blasen können.
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Wieder eine andere Ausführungsform der Erfindung ist in den Fig. 18
und i9 dargestellt. Die Auslaß- und Spülkanalgruppen sind hier übereinander angeordnet
und nehmen., symmetrisch zur Zylinderlängsmittelebene X-X liegend, je etwa den vierten
Teil des Zylinderumfanges ein. Fig. i9 zeigt einen. senkrechten Schnitt durch den
Zylinder, der die Auslaßkanalgrupp.e A1 und die Spülkanal.gruppe S1 trifft. Die
Spülströme 1, 2
werden über den flachen. oder zweckmäßig konkav
gewölbten Kolbenboden, hinweg gegen die gegenüberliegenden Zylinderwände a4 bzw.
a2 geleitet, -wie Fig. r9 zeigt. Statt der gezeichneten parallelen Strömung können
die Spülströme r, 2 natürlich auch, ähnlich wie bei Fig. 15, gegeneinander konvergieren,
und zwar derart, daß sie sich innerhalb oder außerhalb des Zylinders oder an der
Zylinderwand. treffen: und vereinigen. Dort können auch, wie bei Fig. 16, weitere
steil nach oben in den Zylinder einmündende Spülkanäle vorgesehen sein.
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In Fig. 2o ist der Verlauf der Frischgasströme sowie die Wirkung der
zusätzlichen Wirbelung durch diese entgegengerichtet verlaufenden Gasströme schematisch
in einem Längsschnitt veranschaulicht. Die Einlaßschlitze El, E2 sind entsprechend
der Darstellung der Fig. 2 und q. angeordnet. Die eintretenden Gasströme r und 2
treten entgegengerichtet zueinander in den Zylinder ein und bilden bei ihrer Umkehr
im Zylinderkopf die senkrecht zur Zylinderachse kreisenden Wirbel .i. und 2a. Auch
diese Wirbel rag 2, laufen in entgegengesetztem Drehsinn und verursachen im Zylinderkopf
die Bildung eines weiteren Wirbels 3, der einerseits eine gute Durchmischung der
Gase bewirkt und andererseits den Wirbeln 1a, 2; so viel Kraft entzieht,
daß eine Brennstoffausscheidung nicht stattfinden kann. Die Gasströme r, 2 verlaufen
dann nach unten zu den Auslaßschlitzen Al, A2, wobei sich ihre Bahnen ähnlich wie
im Zylinderkopf kreuzen, so daß in der Nähe des Kolbenbodens ein weiterer Wirbel
q. entsteht, der ebenfalls Brennstoffausscheidungen verhindert und eine völlige
Erfassung der Restgase unter gleichzeitiger Kühlung des Kolbenbodens bewirkt.
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Der Anwendungsbereich der Erfindung umfaßt alle Arten von Zweitaktbrennkraftmaschinen
mit Kurbelkammerpumpe oder eigene Spül- und Ladeorgane. Sie kommt vorzugsweise für
Zweitaktbrennkraftmaschinen mit Leicht-, Mittel- oder Schweröleinspritzung in Frage,
wobei die Einspritzung des Brennstoffes gegen Ende des Spülvorganges oder während
oder am Ende des Verdichtungshubes erfolgen kann.
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Wenn die in den Figuren nicht dargestellte Einspritzdüse statt an
irgendeiner anderen Stelle im Zylinderkopf angeordnet wird, wird sie zweckmäßig
in der ZylinderlängsebeneX-X vorgesehen. Sie kann aber je nach der Art des Brennstoffes
und dem Einspritzbeginn auch in der Zylinderwandung oder in einem oder mehreren
Spülkanälen angeordnet sein. Falls mit Brennstoffluftgemisch gefahren wird, tritt
an die Stelle der Einspritzdüse natürlich eine Zündvorrichtung.