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Zweitakt-Brennkraftmaschine mit einseitiger Umkehrspülung Bei Zweitakt-Brennkraftmaschinen
mit vom Arbeitskolben gesteuerten Einlaß- und Auslaßschlitzen wird nicht nur eine
weitgehende Ausspülung des Arbeitszylinders von den Verbrennungsgasen, sondern auch
eine gute Kühlung des Kolbenbodens und eine gleichmäßige Erwärmung der Kolbenlaufbahn
angestrebt. In diesem Zusammenhang gilt es mehrere Spülarten, von denen die Querspülung
und die Umkehrspülung am bekanntesten und für sich oder miteinander kombiniert verwendet
worden sind.
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Bei der Querspülung steigt der Spülstrom auf der Seite der Einlaßschlitze
zum Zylinderdeckel auf, wird dort umgelenkt und gelangt dann an der gegenüberli-egenden
Wand absteigend zu den in dieser angeordneten Auslaßschlitzen. Um einen solchen
Sl)ülverlauf zu erreichen und eine den oberen Teil des Zylinderteils nicht erfassende
Kurzschlußströmung zu vermeiden, müssen erfahrungsgemäß zusätzliche Absauge- und/oder
Spülschlitze sowie sonstige Maßnahmen vorgesehen werden. Auch wird der Zylinder
durch die einseitige Anordnung der .luslaßschlitze ungleichmäßig erhitzt und der
bei richtigem Verlauf des Hauptspülstroms von diesem kaum berührte Kolbenboden ungenügend
gekühlt, wenn nicht die über ihm sich bildende Abgaswalze durch eine besondere Spülluftzuführung
beseitigt wird.
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Bei der einfachsten Form einer einseitigen Umkehrspülung strömt die
eintretende Spülluftzunächst über den Kolbenboden an die hintere Zylinder-,vand,
wird an dieser aufwärts und nach Umlenkung am Zylinderdeckel an der vorderen Zylinderwand
wieder abwärts geführt. Die Einlaß- und Auslaßschlitze sind entweder auf derselben
Zylinderseite übereinander angeordnet, wodurch außer strömungsmäßigen Nachteilen
der wirksame Kolbenhub verringert sowie die Kolbenlaufbahn einseitig ,erhitzt
und
geschwächt wird. Aber auch wenn die Attslaßschlitze sich in etwa gleicher Höhe wie
die Einlaßschlitze nebeneinander in der hinteren oder vorderen Zylinderwand befinden,
wird diese von den Auslaßschlitzen unsymmetrisch durchbrochen. Besser im Sinne einer
gleichmäßigen Verteilung der Attslaßschlitze am Zylinderumfang ist ihre Anordnung
zu beiden Seiten der Einlaßschlitze, so ciaß der Spülstrom sich vor dem Austritt
in zwei Teilströme gabelt. Außerdem wirkt es sich auf den stetigen Verlauf des Spülvorganges
und eine geringe Höhe der Strömungswiderstände günstig aus, wenn der Spülstrom schleifenartig,
also vom Eintritt bis zum Austritt in gleichbleibendem Sinne umgelenkt \vird.
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Bei einer Umkehrspülung besteht jedoch die Möglichkeit, daß in der
Mitte des Zylinderraums ein Abgaskern zurückbleibt, und zwar utn so mehr, je dichter
und geschlossener der Spülstrom an den Begrenzungsflächen dieses Raumes geführt
wird. Will man dagegen den Spülluftstrom so verteilen, daß beim Auf- und Absteigen
zusammen möglichst der ganze Zylinderquerschnitt erfaßt wird, wie etwa bei der Kreuzstrom-
oder der Zentralspülung, so fehlt es ihm mindestens teilweise an der für einen stetigen
Verlauf notwendigen Führung. Dazu kommt noch eine gegenseitige Beeinträchtigung
der entgegengesetzten Strömungen.
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Um nun einerseits den Abgaskern zu beseitigen, andererseits aber doch
einen geschlossenen und sicher geführten Spülstrom sowie eine gute K@ihlung des
Kolbenbodens zu ermöglichen, hat man es mit einer Anordnung von zwei Einlaßschlitzgruppen
versucht, wol)ei die Spülluft durch die eine Schlitzgruppe schräg nach oben quer
durch das Zylinderinnere und durch die andere Schlitzgruppe unmittelbar über den
Kolbenboden hinweg gerichtet wird. Für eine erfolgreiche Durchführung dieses Verfahrens
eignet sich allerdings nicht die bereits erwähnte Anordnung mit übereinanderliegenden
Eimaß- und Auslaßschlitzen. Hierbei müssen nämlich entweder drei Schlitzreihen vorgesehen
werden, wodurch der wirksame Kolbenhub noch mehr verringert wird, oder die Einlaßschlitzgruppen
liegen nebeneinander, so daß die zugehörigen Spülströme auf verschiedene Teile des
Zylinderquerschnitts beschränkt werden müssen. Letzteres sowie eine ungünstige Wärmebelastung
des Zylinders gelten auch für den Fall, daß die verschiedenen Einlaßschlitzgruppen
zu beiden Seiten dein der gleichen Ebene angeordneten Auslaßschlitze liegen.
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Diese :Mängel können nur in Verbindung mit einer anderen gegenseitigen
Anordnung der Einlaß- und Auslaßschlitze vermieden werden. Es kommt also auf eine
bestimmte Zusammenfassung mehrerer :Merkmale an, die für sich bekannt sein mögen,
um wirklich alle Forderungen einer vorteilhaften Spülung zu erfüllen. Demgemäß soll
nach vorliegender Erfindung bei einer Zweitakt-Brennkraftmaschine mit einseitiger
Umkehrspülung und vom Arbeitskolben gesteuerten Einlaß- und Auslaßschlitzen, von
denen die letzteren in ungefähr gleicher Höhe zu beiden Seiten der ersteren einander
gegenüberliegen und im Sinne eines schleifenartigen Spülverlaufs gerichtet sind,
die Oberseite der Einlaßschlitze schräg aufwärts gerichtet sein, während ihre Unterseite
und eine im wesentlichen parallel zu dieser verlaufende Leitfläche aus ihrer Schrägrichtung
am äußeren Ende nach innen zu derart abgebogen sind, daß der obere Schlitzteil diffusorartig
ausgebildet ist und der durch den unteren Schlitzteil in den Zylinder eintretende
Spülstrom dicht über den Kolbenboden hinweg geleitet wird. Gegebenenfalls können
die Leitflächen sich auch von außen nach innen der Unterseite der Einlaßschlitze
nähern, so daß der obere Schlitzteil sich noch mehr diffusorartig erweitert, während
der untere Schlitzteil sich diisenartig verengt. Schließlich ist eine um eine quer
zur Zylinderachse liegende Achse schwenkbare Anordnung der Leitflächen denkbar.
wodurch sich die Strömungsverliältttisse in den heidert Schlitzteilen den verschiedenen
Betriebsverhältnissen einer Maschine anpassen lassen.
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Weitere Merkmale der Erfindung bestehen in einer an sich bekannten,
nach den Auslaßschlitzen hin abnehmenden Hölle der Einlaßschlitze sowie einem Randwulst
am Kolbenloden, der mit sanfter Hohlkehle in den mittleren Teil der Kolbenbodenfläche
übergeht und auf der Breite der Einlaßschlitze ausgespart ist.
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In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt.
Die Fig. t bis 3 zeigen einen Zylinder einer schlitzgesteuerten Zweitakt-Brennkraftmaschine
mit einseitiger, schleifenartiger Umkehrspülung im Längsschnitt quer zur Kurbelwelle
bei verschiedenen Stellungen des Arbeitskolbens, während aus Fig..I ein anderer
Längsschnitt durch den Zylinder in .Richtung der Kurbelwelle ersichtlich ist; Fig.
5 läßt einen Querschnitt durch einen ganzen 1\Iehrzylinderl>lock in Höhe der Einlaß-
und Auslaßschlitze erkennen.
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Die Spülluft gelangt aus der Spülluftleitung i Tiber die Einlaßschlitze,
die durch je eine quer zur Zylinderachse verlaufende Leitfläche 2 in zwei übereinanderliegende
Teile 3. 4 unterteilt sind, in den Arbeitszylinder 5. Die Oberseite der Einlaßschlitze
ist auf ihrer ganzenLänge schräg aufwärts gerichtet; ihre Verlängerung führt im
Zylinderlängsschnitt etwas oberhalb der Oberkante der um etwa 9o° dazu versetzt
zu beiden Seiten der Einlaßschlitze einander gegenüberliegenden Auslaßschlitze6vorbei.
Die Unterseite der Einlaßschlitze und die zu dieser parallele Leitfläche 2 sind
nur in ihrem äußeren Teil schräg aufwärts gerichtet und biegen darin alltnählich
in eine etwa waagerechte Richtung um.
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In Fig. i hat Gier Arbeitskolben 7 bei seinem Abwärtshub erst einen
Teil der Einlaßschlitze geöffnet, so daß der Spülstrom entsprechend der Oberseite
dieser Schlitze gemäß Pfeil A schräg nach oben in den Zylinderraum gerichtet ist.
je mehr die Einlaßschlitze geöffnet werden, desto mehr weitet sich der oberhalb
der Leitflächen eintretende Spülstrom fächerartig nach unten aus. Hat der Kolben
annähernd seine in Fig. 2 dargestellte untere Totpttnktlage erreicht, so wird ein
Teil der Spülluft durch den unterhalb der Leitflächen liegenden Teil 4 der Einlaßschlitze
im Sinne des Pfeiles B dicht über
den Kolbenboden geleitet. Dabei
bildet ein im Bereich der Einlalßschlitze ausgesparter Randwulst 8 am Umfang des
im übrigen ebenen Kolbenbodens gleichsam einen nach oben offenen Führungskanal für
den Spülluftstrom mit gerader oder kreislfiogenfiirniiger Begrenzung (vgl. Fig.
5). Diese über den Kolbenloden hinwegströmende Spülluft wird auf der gegenüberliegenden
Seite durch die Hohlkehle des Randwulstes zwanglos nach oben an die Zylinderwand
umgelenkt.
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[)er weitere Spülverlauf ist durch die Pfeile C in Fig. 3 angedeutet.
Nach der Umlenkung am Zylinderdeckel <9 strömt die Spülluft an der über den Einlatischlitzen
liegenden Zylinder-,vand wieder abwärts, lenkt den durch den oberen Teil der Einlaßschlitze
in den Zylinder eintretenden Luftstrom entsprechend dem gestrichelten Pfeil .Al
nach unten ab filier den Kolbenboden und gabelt sich zu den beiderseitigen Auslaßschlitzen
6 hin. Diese und die sich anschließenden Kanäle to, die in die gemeinsame Auspuffleitung
11 einmünden, verlaufen so. <laß der Spülstrom vom Eintritt bis zum Austritt
schleifenartig in gleichbleibendem Sinne umgelenkt, dadurch ein stetiger `-erlauf
der Umkehrspülung erleichtert und der Strömungswiderstand verringert wird. l)er
Randwulst des Kolbenbodens ist im Bereich der Auslaßschlitze nach außen abgeschrägt
(ygl. Fig..I und 5).
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I)ic aus Fig..I ersichtliche Form der Einlaßschlitze mit einer nach
beiden Seiten hin abnehmenden l I(*ilie trägt iii an sich bekannter Weise dazu lief,
clalj die in den Zylinder eindringende Spülluftfront sich von der Zvlindermittelebene
aus keilförmig verbreitert und dadurch das Aufspalten und des hier befindlichen
Abgaskerns zu den Auslal.ischlitzen begünstigt. Infolge der mit zunehmender Üffnung
der Einlaßschlitze im oberen "feil derselben entstehende Diffusorwirkting wird die
hier in den Zylinder eintretende Spülluft verzögert, so daß sie gar nicht oder nur
zum geringen "feil bis zur gegenüberliegenden Zylinderwand dtirclidi-ingt, sondern
im Zuge der Beseitigung des :11igaskerns den mittleren Teil des Zylinderraums nichr
und mehr auffüllt. 1)ie unterhalb der Leitflächen eintretende Spülluft wird dagegen
mit voller, gegebenenfalls durch eine düsenförmige Querschnittsvereiignng sogar
noch gesteigerter Geschwindigkeit (licht über den Kolbenboden und in der bereits
erwähnten Weise weitergeführt. Wenn der Kolben bei begiiinendein Aufwärtshub den
unterhalb der Leitflächen liegenden Teil der Einlaßschlitze wieder geschlossen hat
(Fig.3) und den <filieren "heil in ztinehinendern Maße drosselt, wird die durch
den noch freien Schlitzquerschnitt eintretende Spülluft unter der Wirkung des vom
Zylinderdeckel absteigenden Zweiges des Spülstroms an den Kolbenboden angelenkt.
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So ermöglicht die neue Ausbildung der Einlaßschlitze zusammen finit
den anderen Merkmalen eine Umkehrspülung, die in einfacher und doch wirksamer \Veise
die Vorteile der bestmöglichen Ausspülung des Zylinders lief stetigem Verlauf des
Spülstroms und geringem Strömungswiderstand, der guten Kühlung des Kolbenbodens
und einer günstigen Wärmebeanspruchung des Zylinders vereinigt. Zusätzliche Schlitze
und Spülströme brauchen nicht zu Hilfe genommen werden.
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Das durch die Lage der Leitflächen gegebene Querschnittsverhältnis
der beiden Einlaßschlitzteile ist nach den jeweiligen Betriebsverhältnissen und
-erfahrungen zu wählen. Der oberhalb der Leitflächen eintretende Spülluftanteil
ist um so größer zu bemessen, je schwieriger die Beseitigung des mittleren Abgaskerns
ist, dessen Ausdehnung und Form unter anderem vom Hubverhältnis der -Maschine abhängen.
Für langhubige Maschinen wird die Oberseite der Einlaßschlitze zweckmäßig steiler
ausgeführt als für kurzhubige. Der durch den unteren Schlitzteil geleitete Spülstrom
sichert eine möglichst frühzeitig beginnende Kühlung des Kolbenbodens, die später
beim Aufwärtshub des Kolbens durch den im Sinne des Pfeiles A1 verlaufenden Luftstrom
bis zum völligen Schließen der Einlaßschlitze fortgesetzt und verstärkt wird.
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Da die obere und untere Begrenzung der Einlaßschlitze sowie die Leitflächen
am äußeren Ende schräg aufwärts gerichtet sind, eignet sich diese Anordnung besonders
für Kurbelkammermaschinen. Auch ist sie nicht auf Dieselmotoren beschränkt, sondern
ebenso bei Ottomotoren anwendbar.
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Der innerhalb des Randwulstes liegende Teil des Kolbenbodens und die
Unterseite des Zylinderdeckels können eben oder gewölbt sein. Selbst bei einem konkaven
Kolbenboden kann durch eine entsprechend -,veitgehende Krümmung der Unterseite der
Einlaßschlitze und der Leitflächen ein Teil der Spülluft beim Eintritt in den Zylinder
parallel zum Kolbenboden gerichtet sein.
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Bei kleineren Zylinderdurchmessern genügt gegebenenfalls ein einziger
in der angegebenen Weise ausgebildeter Einlaßschlitz, während lief sehr großen Zylinderdurchmessern
mehr als zwei Einlaßschlitze und auch mehrere Auslaßschlitze nebeneinander vorgesehen
werden können. Die Anordnung der Einlaß- und Auslaßschlitze am Zylinderumfang erfolgt
zweckmäßig .in der Weise, daß die beim Arbeitshub des Kolbens durch den Gleitbahndruck
belastete Zylinderseite nicht durch Schlitze unterbrochen und geschwächt wird.