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Mit Aufladung über die Auspuffschlitze sowie Umkehr- oder Querspülung
arbeitende luftverdichtende Einspritzbrennkraftmaschine Die Leistung eines Motors
ist bekanntlich abhängig von der Brennstoffmenge, die je Liter seines Hubvolumens
verbramit werden kann. Je mehr Brennstoff nun aber verbrannt werden soll, um so
mehr Sauerstoff, d. h. Luft, ist hierzu notwendig. Gelingt @es also, dein, Hubraum
mit mehr Luft zu füllen, so bedeutet dies auch eine Leistungssteigerung, wobei natürlich
der Brennstoffbedarf entsprechend steigt.
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Bei Dieselmaschinen ist @es nun schon bekannt, zur Erzielung einer
höheren Leistung Luftnachladeeinrichtungen vorzusehen. Die Nachladung in die Zylinder
erfolgt durch besondere Nachladeschlitze, die zur Erzielung einer wirksamen Nachladung
mindestens teilweise über den Spülluftschlitzen liegen. Hierdurch. wird eine Abdeckung
der Spülluftschlitze durch den Kolben während des Nachladens erzielt. Die über die
Spülluftschlitze hinausreichenden Nachladeschlitze bewirken aber eine Zylinderverlängerung
und bedingen somit größere Abmessungen der Maschine, die ihrerseits ein @erhöhtes
Gewicht für dieselbe zur Folge haben.
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Bei Brennkraftmaschinen mit Schlitzspülung wurde weiterhin schon vorgesehen,
die Spülluft nicht nur durch die Spülschlitze, sondern auch noch durch die Auspuffschlitze
in den Zylinder einzuführen. Zwischen den übereinanderliegenden Spül- und Auspuffschlitzen
wurde zu diesem Zwecke eine um einen Bolzen schwenkbare Klappe im Auspuffkanal vorgesehen.
Zum Nachladen durch die Auspuffschlitze wird die Klappe im Auspuffkanal hochgeschwenkt,
so daß die Spülluft durch die Auspuffschlitze hindurchströmen kann. Diese Bauanordnung
hat aber den außerordentlichen Nachteil, daß unmittelbar an der Austrittsstelle
der heißen Brenngasse aus dem Arbeitszylinder eine schwenkbare Klappe vorgesehen
ist. Derartige Durchbildungen haben sich praktisch nicht durchsetzen können, weil
die Gelenke in diesen heißen Zonen festbrennen, was unter Umständen zu heftigen
Explosionen und Zerstörungen im Betriebe führen kann. Ein weiterer Nachteil dieser
hekannten Anordnung ist der, daß lediglich mit dem Drucke des Aufnehmers geladen
werden kann.
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Die vorstehend aufgezeigten Nachteile sollen erfindungsgemäß dadurch
vermieden werden, daß der vom Spülluftaufnehmer kommende, zu den Spülluftschlitzen
führende Kanal vor den Schlitzen düsenartig ausgebildet ist. Der Zweck dieser vor
den Spülluftschlitzen liegenden Düse ist, während der Spülperiode die Geschwindigkeit
der Spülluft zu steigern. In diesen düsenartigen Kanal ragen weiter Rohrleitungen
hin, die mit besonderen Steuerventilen zusammenhängen. Tritt ,nun während der Spülperiode
die Luft durch die Düse zu den Schlitzen, so wird in der Düse ein Unterdruck entstehen.
Dieser Unterdruck wird über die in die Düse hineinragende Rohrleitung zu dem erwähnten
Steuerventil geleitet und dadurch dieses geöffnet. Sobald das Steuerventil öffnet,
wird über dieses dem Arbeitszylinder
über in die Auspuffkanäle
hineinragende Laderohre mit Verteilerrohren durch die Auspuffschlitze zusätzlich
Spülluft als Ladeluft zugeführt. ..
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'dung Die bedingt Nachladevorrichtung im Gegensatz zu nach den der
be El' @ Nachladeanordnungen keine Vergrößerung Arbeitszylinders. Auch können Störungen
des Betriebes durch Festbrennen von beweglichen Teilen nicht eintreten, da derartige
Teile in heißen Zonen bzw. in unmittelbarer Nähe von heißen Zonen nicht vorhanden
sind. Schließlich kann auch die N,achladeeinrichtung gemäß der Erfindung ohne Schwierigkeiten
in schon bestehende Maschinen :eingebaut werden.
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Erfindungsgemäß ist es auch ohne weiteres möglich, durch eine besondere
Nachladeleitung, die an die Steuerventile angeschlossen ist, in an sich bei der
Nachladung durchaus bekannter Weise eine Nachladung mit einem Druck zu erzielen,
der höher liegt als der Druck in dem Aufnehmer, "vodurch die zusätzlich in den Zylindereingebrachte
Luftmenge noch vergrößert wird. Durch Einbau eines Regelventils in die vorn der
Düse vor den Spülluftschlitzen zum Steuerventil gehende Impulsrohrleitung kann der
Zeitpunkt der Nachladung und damit die Ladeluftmenge den jeweiligen Betriebsverhältnissen
angepaßt werden bzw. gegebenenfalls die ,gesamte Aufladeeinrichtung ganz abgeschaltet
werden. Die Zeichnung zeigt in Abb. i einen Teillängsschnitt durch eine doppeltwirkende
Zweitaktmaschine, Abb. ia einen Schnitt durch das Steuerventil, Abb.2 einen Querschnitt
durch die S.pülluftschlitze, Abb. 3 einen Querschnitt durch die Auspuffschlitze.
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Der Arbeitszylinder i ist mit Spülluftschlitzen 2 und Auspuffschlitzen
3 ausgestattet. Den Spülluftschlitzen 2 ist eine Düse 4 (Abb. 2) vorgelagert. Die
Spülluft kommt vom Aufnehmer 5 und geht durch die Düse 4 im Spülluftzuführungskanal6.
Ferner sind in dem Zuführungskanal 6 in die Düse 4 hineinragende Rohrleitungen 7
vorgesehen, welche zu Steuerventilen 8 (s. Abb. i a) hinführen. Mit dem Steuerventil
8 hängt ein Laderohr 9 zusammen, das mit seinen düsenartig ausgebildeten Verteilerrohren
io durch den Auspuffkanal i i zu den Auspuff-schlitzen 3 hinführt (Abb. 3).
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Die Wirkungsweise der Vorrichtung ist folgende Die Luft strömt, nachdem
der Kolben die S.pülluftschlitze 2 freigelegt hat, während der Spülperiode aus dem
Luftaufnehmer 5 durch den Spülluftzuführungskanal 6 und den in diesem liegenden
düsenartigen Einsatz 4 den Spülschlitzen 2 zu. Die erhöhte Geschwindigkeit der Spülluft,
die in dem Zuführungskanal 6 hinter der Düse 4 auftritt, hat dort 4ie Ausbildung
eines Druckabfalls zur Folge.
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eser wirkt sich durch die Rohrleitung 7 auf Steuerventil 8 aus (Abb.
i a) mit dem rfolg, daß sich das mit seinem Stutzen 8G unmittelbar an den Spülluftaufnehmer
5 angeschlossene Steuerventil öffnet und die Spülluft vom Spülluftaufnehmer 5 durch
das nach Abheben des Ventilkolbens 8a geöffnete Steuerventil 8, das Laderohr 9 und
die damit zusammenhängenden Verteilerrohre i o den Auspuffschlitzen 3 zuströmt.
Infolge der Widerstände in den Rohrleitungen 7 und dem nachstehend noch näher zu
beschreibenden Ventil 12 entsteht eine gewisse Verzögerung des Strömungsbeginns
der durch die Laderohre g strömenden Ladeluft. Infolgedessen können die Verbrennungsrückstände
ungestört durch die Auspuffschlitze 3 über den Kanal i i ins Freie gelangen.
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Das Steuerventil 8 weist einen Kolben 8a auf, der unter dem Druck
einer Feder und dem Druck hinter der Düse die Schließstellung gemäß Abb. ia einnimmt.
Die Nachladeluft verursacht zunächst .eine aufstauende Wirkung in bezug auf die
aus dem Arbeitszylinder ausströmende Spülluft. Eine geringe Aufladung wird dadurch
bewirkt, und die noch nachströmende Luft ladet den Arbeitszylinder nach. Durch die
Kolbenverschiebung und die damit bewirkte Abdeckung der Spülluftschlitze 2 ist der
Drück im Zuführung-.-kanal 6 mit dem Spülluftaufnehmer 5 ausgeblichen, so daß nunmehr
die ,Rohrleitung 7 .einen Druckimpuls erfährt, der dann nach Verzögerung durch Reibungswiderstände
und die Drosselwirkung im Ventil 12 das Steuerventil s schließt.
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Um den Impuls, der hinter der Düse 4 in der Rohrleitung 7 entsteht,
zum gewünschten Zeitpunkt zum Steuerventil 8 gelangen zu lassen, ist das Ventil
12 in die Leitung 7 eingebaut. Das Regelventil 12 ist mit einem losen Kegel ausgerüstet
und dieser lose Keg@I mit einer zentralen Bohrung versehen. Die Größe dieser Bohrung
ist durch Versuche festzustellen und hat die Aufgabe, die erwähnte Verzögerung herbeizuführen,
damit bei dem entstehenden Druckabfall hinter der Düse 4 das Steuerventil 8 nicht
zu früh öffnet und den Spülprozeß im Arbeitszylinder i stört. Bei Versagen ist das
Ventil 12 in der Rohrleitung 7 nach dem Steuerventil 8 zu schließen und ein vorgesehenes
kleineres Ventil 13 am Steuerventil 8 zu Öffnen. Dieses kleinere Ventil 13 hat die
Aufgabe, den Druck vom Spülluftaufnehmer 5 durch eine Rohrleitung 14 nach dem Steuerkolben
8a im Ventil 8 zu leiten und das Steuerventil außer Betrieb zu setzen.
Nachstehend
soll.. nochmals die Gesamtwirkungsweise für die Oberseite des doppeltwirkenden Arbeitskolbens
erläutert werden.
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Der Arbeitskolben geht während des Dehnungshubes nach unten und öffnet
zunächst die Auspuffschlitze 3. Hierbei kommt ein Gasstoß in das Auspuffrohr i i.
Dieser setzt sich über die Verteilerrohre i o über das Laderohr g zur kleineren
Fläche des Steuerkolbens 8a des Steuerventils 8 fort. Zu diesem Zeitpunkt lastet
der Spülluftdruck einerseits über die der oberen Arheitskolbenseite entsprechende
Impulsleistung 7 auf der federbelasteter Seite des Steuerkolbens 8a und andererseits
vom Spülluftkana15 aus auf der Ringfläche des Steuerkolbens 8a. Durch die Auspuffstoßkräfte
wird der Steuerkolben 8a nicht bewegt, weil die Schließkräfte infolge der Vorspannung
der Feder und die infolge des Größenunterschiedes zwischen federbelasteter Fläche
und Ringfläche des Steuerkolbens 8a, ,auf denen der Spülluftdruck lastet, ihnen
entgegenwirken.
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Der Auspuffstoß klingt schnell ab, so daß dann der Druck im Zylinder
i und Auspuffrohr i i nur wenig über dem Atmosphärendruck liegt.
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Beim weiteren Niedergang des Arbeitskolbens werden die oberen Spülschlitze
2, vor denen bis dahin der Spülluftdruck des Aufnehmers herrschte, geöffnet. Nun
besteht eine Verbindung zwischen dem Arbeitszylinder i und ,dem Spülluftkanal 5,
der durch die Spülluftpumpe ständig mit Luft nachgefüllt wird, so daß der Druck
im Spülluftkanal 5 nur sehr wenig schwankt. Die Spülluft tritt durch die Düse 4
und erreicht hier eine gewisse Geschwindigkeit. Hinter der verengten Stelle der
Düse 4 fließt die Luft infolge b.esonder@r Gestaltung der Düse 4 mit fast gleichbleibender
Geschwindigkeit den oberen Spülschlitzen zu. Ein merkliches Anstauen der Luft in
der Erweiterung .der Düse 4 tritt' in der obern Hälfte des Spülluftzuführungskanals
6 nicht ein, weil eine Verbindung mit der Außenluft über die geöffneten Spülschlitze
2 und Auspuffschlitze 3 besteht. Dagegen tritt infolge der Erweiterung der Düse
4 in der unteren Hälfte des Spülluftzuführungskanals 6 ein Anstauen der Luft vor
den geschlossenen Spülschlitzen 2 für die untere Arbeitskolbenseite ein, so daß
das der Arbeitskolbenunterseite entsprechende Impulsrohr 7 während der Spülung der
oberen Zylinderseite keinen Druckschwankungen ausgesetzt ist. Die Erweiterung der
Düse hat noch den Vorteil, daß sie für gute Strömungsverteilung sorgt, so daß die
Spülluft gleichmäßig alle Schlitzöffnungen bestreicht und mit der in der Verengung
der Düse4 aufgenommenen Geschwindigkeit durch die Schlitzöffnungen fegt und diese
von Ablagerungen frei hält. Vor der Mündung der der oberen Kolbenseite entsprechenden
Impulsleitung 7, die in der oberen Hälfte des Spülluftzuführungskanals 6 liegt,
herrscht infolge der Geschwindigkeitsaufnahme der Spülluft durch das Vorhandensein
der Düse 4 ein geringerer statischer Druck, der zuläßt, daß die Luft von der federbelasteten
Seite des Steuerkolbens 8a her über das Ventil 12 durch das Impulsrohr 7 herausexpandiert
und außerdem an der Mündung des Rohres 7 fortgerissen wird, so daß sich der Druck
auf der. federbelasteten Seite des Steuerkolbens 8a. allmählich vermindert und schließlich
den Druck .an der Mündung des Impulsrohres 7 annimmt. Diese Druckminderung auf der
federbelasteten Seite des Steuerkolbens 8a bewirkt infolge des mit Rücksicht auf
den wenig schwankenden Druck im Spülluftkanal 5 fast in gleicher Höhe verbliebenen
Druckes auf der Ringfläche des Steuerkolbens 8a das Öffnen des Steuerventils B.
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Der Impuls zum Öffnen des Steuerventils 8 wird zwar schon unmittelbar
nach dem öffnen der Spülschlitze gegeben, die Wirkung verzögert sich aber infolge
der Verlangsamung des Herausexpandierens der' Luft von der federbelasteten Seite
des Steuerkolbens 8- her infolge der Widerstände in der Rohrleitung bis zur
Mündung des Impulsrohres 7, die durch die Bohrung im Kegel des Ventils i2 geregelt
werden können.
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Durch das nunmehr geöffnete Steuerventil 8 strömt die Spülluft über
das Laderohr 9 in die Verteilerrohre io und erreicht deren unmittelbar vor den Auspuffschlitzöffnungen
liegende Mündungen.
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Bis zu diesem Zeitpunkt ist der Arbeits: kolben so weit wieder nach
oben gekommen, da.ß die Spülschlitze 2 gerade geschlossen sind und der eigentliche
Spülvorgang gerade beendet ist.
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Nun wird die 1*,Tachladeluft durch die Verteilerrohre i o durch die
Auspuffs:chlitzöffnungen 3 hindurch in den Arbeitszylinder i eingeblasen, der Hubraum
also nachgeladen.
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Unmittelbar nach dem Schließen der Spülluftschlitze 2, also bei Beginn
der Nachladung, staute sich die Luft vor den Spül-
schlitzen 2 an, dieser
Staudruck setzte sich fort über die Impulsleitung 7, so daß nunmehr der volle Spülluftdruck
mit Verzögerung durch das Rohr 7_ und das Ventil 12 auf die federbelastete Seite
des Steuerkolbens 8a gelangt und das Steuerventi18 möglichst unmittelbar nach Schluß
der Auspuffschlitze 3, d. h. unmittelbar nach Beendigung der Nachlademöglichkeit,
schließt.
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Die Verzögerung der Auswirkung des Impulses zum öffnen des Steuerventils
8 muß größer sein .als die Verzögerung des Impulses zum Schließen desselben, weil
in der Zeit
vom Beginn des Impulses bis zum wirklichen Öffnen des
Steuerventils 8 die. Spülschlitze 2 ganz geöffnet und wieder geschlossen werden
müssen und in der Zeit vom Beginn des Impulses zum Schließen bis zum wirklichen
Schließen des Steuerventils 8 nur die Auspuffschlitze ,3 geschlossen werden brauchen.
Daher ist der Widerstand in der Impulsleitung 7 mit Hilfe des Ventils 12 so geregelt,
daß für das Öffnen des Steuerventils 8 eine den Betriebsverhältnissen entsprechende
zentrale Bohrung im Rückschlagventilkegel des Ventils 12 und für das Schließen des
Steuerventils 8 der durchbohrte Kegel des Ventils 12 lose: angeordnet ist und sein
Hub durch die Spindel des Ventils 12 den Betrüebsverh;ältnissen entsprechend geregelt
werden kann.
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Die Impulswirkung kann im Bedarfsfalle ausgeschaltet werden durch
Verbindung der federbelasteten Seite des Steuerkolbens 8a mit dem Spülluftkanal
5 mittels des Ventils 13 und der Rohrleitung 14.
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Diese Betrachtung gilt sinngemäß auch für den einfachwirkenden Zweitaktzylinder
mit Umkehrspülung.
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Beim Spülen und Nachladen des Zylinders auf der Unterseite des Arbeitskolbens'
des doppeltwirkendden Zweitaktzylinders, mit Umkehrspülung ergeben sich folgende-
Vorgänge: Die der Unterseite des Arbeitskolbens entsprechende Impulsleitung 7 wird
von den Druckschwankungen während der Spülung auf der Oberseite des Arbeitskolbens
nicht beeinflußt, weil durch die Erweiterung der Düse 4 sich die Spülluft auf der
unteren Hälfte des Spülluftzuflußkanals 6 vor den unteren geschlossenen Spülschlitzen
2 anstaut und hier keine wesentlichen Druckschwankungen entstehen.
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Ist der Arbeitskolben nun so weit nach .oben gegangen, daß die unteren
Spülschlitze 2 durch die Unterkante des Arbeitskolbens freigelegt werden, so .erhält
die der unteren Kolbienseite entsprechende Impulsleitung 7 durch den infolge der
Düse 4 verminderten statischen Druck, wie schon für die Oberseite des Arbeitskolbens
beschrieben, einen Impuls zum Öffnen des für die Unterseite des Arbeitskolbens vorgesehenen
Steuerventils B.
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Der weitere Ablauf erfolgt, wie für die Oberseite des Kolbens beschrieben
wurde.
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Das für die obere Arbeitskolbienseite vorgesehene Steuerventi18 ierhielt
hierbei keinen Öffnungsimpuls, weil das der Oberseite entsprechende Impulsrohr 7
durch. das Anstauen der Luft vor den nunmehr geschlossenen oberen Spülschlitzen
2 keinen merklichen Druckschwankungen ausgesetzt war. Beim Spülen und Nachladen
des Zylinders bei Zweitaktmotoren mit Querspülung ergeben sich folgende Vorgänge:
Bei der Querspülung liegen die Spülschlitze den Auspuffschlitzen gegenüber. Auch
hier wird eine Düse in den Spülluftzuführungskanal gelegt und werden Impulsleitungen
für die obere wie für die untere Seite des Arbeitskolbens vorgesehen, die auf die
Steuerventile für die Nachladung wirken. Die Leitungen zur Zuführung der Nachladeluft,
das Laderohr 9 und die Verteilerrohre i o, die von dem Steuerventil8 abgehen, müssen
dann allerdings bis auf die gegenüberliegende Seite des Arbeitskolbens geführt werden,
wodurch sie etwas länger werden. Die gewollten Impulsverzögerungen müssen hierbei
naturgemäß kürzer gehalten werden. Die Nachladung kann, ohne daß an der Erfindung
etwas geändert wird, auch von einer besonderen Luftleitung mit etwas höherem Druck
erfolgen. Hierbei ist der in der Abb. i.a dargestellte Flansch 8v des Gehäuses 8
nicht mehr mit dem Spülluftkanal5, sondern ehitsprechend mit der besonderen Nachladeleitung
zu verbinden.