DE808993C - Spuelkolben-Schiebersteuerung fuer 2-Takt-Verbrennungsmotoren - Google Patents

Description

• Spülkolben-Schiebersteuerung für 2-Takt-Verbrennungsmotoren Das 2-Takt-Arbeitsverfahren wurde bisher nur bei einigen wenigen Arten von Verbrennungsmotoren angewendet. Auf Spezialgebieten schnell laufender Motoren, wie z. B. im Fahrzeugmotorenbau oder im Flugmotorenbau, ist bis heute das 4-Takt-Arbeitsverfahren vorherrschend gewesen. Das 2-Takt-Arbeitsverfahren wurde auf diesen Spezialgebieten nur für untergeordnete Zwecke verwendet. Die Ursache der beschränkten Anwendungsmöglichkeit ist auf das Fehlen geeigneter 2-Takt-Steuerungen zurückzuführen. Alle bisher bekanntgewordenen 2-Takt-Steuerungen weisen Steuergesetze auf, die den auftretenden Strömungsvorgängen in den Steuerorganen beim Gaswechselvorgang nicht entsprechen. Im folgenden wird ein neuartiges 2-Takt-Steuerverfahren für schnell laufende Hochleistungsmotoren beschrieben. Das Anwendungsgebiet erstreckt sich auf alle Arten von schnell laufenden Verbrennungsmotoren, sowohl für Diesel- als auch für Ottomotoren. Das Steuerverfahren ermöglicht hohe spezifische Zylinderleistungen und gewährleistet einen hohen wirtschaftlichen ArbeitsprozeB. Das Steuerverfahren kann daher vorteilhaft bei allen Arten von Fahrzeug- und Flugmotoren angewendet werden. Die erwähnten Betriebseigenschaften werden durch vollkommene Anpassung des Steuervorganges an die auftretenden Strömungsvorgänge in den Steuerorganen beim Gaswechselvorgang erreicht. Im Bild i und 2 ist der Erfindungsgegenstand schematisch dargestellt. Aus der Skizze ist zu entnehmen, daß dieses Steuerverfahren eine sehr einfache bauliche Gestaltung des Zylinders bzw. des Motors ermöglicht. Alle Organe zur Durchführung und Steuerung des Gaswechselvorganges sind im Bereich der unteren Kolbentotpunktlage des Zylinders angeordnet. Für den Einströmvorgang sind am gesamten Zylinderumfang unmittelbar in der unteren Kolbentotpunktlage Einlaßschlitze i angeordnet. In einer bestimmten Entfernung oberhalb der Einlaßschlitze befinden sich die Auslaßschlitze 2. Die Steuerung der Ein- und Auslaßschlitze wird durch einem Steuerschieber 3 (Rohrschieber) bewirkt. Der Steuerschieber ist konzentrisch zur Zylinderachse auf der Innenseite des Zylinders angebracht und führt eine auf- und abwärts gehende Steuerbewegung aus. Für die Steuerung der Einlaßschlitze sind analog zu diesen entsprechende Einlaßsteuerschlitze 4 am Steuerschieber vorgesehen. 1n der Ausgangsstellung des Steuerschiebers geben die Einlaßsteuerschlitze den vollen Strömungsquerschnitt der Einlaßschlitze frei. Die Steuerung der Auslaßschlitze erfolgt durch die Steuerkante (obere Stirnkante) des Steuerschiebers.
• Die Steuerung des Gaswechselvorganges geht in folgender Weise vor sich: Die Öffnung der Auslaßschlitze erfolgt von oben durch die Steuerkante des abwärts gehenden Steuerschiebers. Gleichzeitig schließt der abwärts gehende Steuerschieber die Einlaßschlitze von oben, die während des Öffnungsvorganges der Auslaßschlitze durch den Kolben 5 überdeckt sind. Der Schließvorgang der Auslaßschlitze wird durch die Steuerkante des aufwärts gehenden Steuerschiebers vollzogen. Während des Schließvorganges der Auslaßschlitze erfolgt gleichzeitig die Öffnung der Einla&chlitze durch die Einlaßsteuerschlitze. Die Schließung der Einlaßschlitze wird durch den aufwärts gehenden Kolben bewirkt. Damit ein schnelles Öffnen und Schließen der Auslaßquerschnitte erreicht wird, führt die Steuerkante des Steuerschiebers vor dem Öffnen bzw. nach dem Schließen der Auslaßschlitze einen entsprechenden Leerhub aus.
• Der Antrieb des Steuerschiebers kann beispielsweise durch eine Nockenscheibe mit Federrückführung erfolgen oder, wie es im Bild i dargestellt ist, durch eine Kurvenscheibe 6 mit Geradführung 7. Die Kurvenscheibe kann direkt auf der Kurbelwelle angeordnet werden und ist ein besonderer Steuerungsantrieb nicht erforderlich.
• Die Einlaßkanäle sind horizontal und diametral gegenüberliegend (Bild 2) oder paarweise gegenüberliegend am Zylinderumfang angeordnet. Der Kolbenboden ist als schwach konkav gekrümmte, zur Kolbenmitte ansteigende Rotationsfläche ausgebildet. Der Kolbenboden kann auch in der Weise ausgebildet werden, daß zwei konkav gekrümmte Flächen vom linken und rechten Kolbenrand zur Kolbenmitte ansteigen. Die besondere Anordnung der Einlaßkanäle sowie die besondere Formgebung des Kolbenbodens hat zur Folge, daß die einströmenden Frischluftstrahlen durch den Kolben-Boden teilweise nach oben abgelenkt werden, in der "Zylindermitte schräg aufeinander auftreffen und sich gegenseitig zum oberen Zylinderende ablenken. Am oberen Zylinderende erfolgt eine weitere Ablenkung der aufsteigenden Frischluftstrahlen nach allen Seiten der Zylinderwand. Die Abgase, die sich im oberen Teil des Zylinders befinden, werden durch die Frischluftstrahlen nach unten zu den Auslaßschlitzen abgedrängt.
• An Stelle der horizontalen Einlaßkanäle können auch schräg nach oben gerichtete Einlaßkanäle am Zylinderumfang vorgesehen werden. Der Kolbenboden wird bei dieser Anordnung zweckmäßig als Kegelfläche ausgebildet. Schräge Einlaßkanäle haben den Nachteil, daß der Schieberhub vergrößert werden muß.
• An Stelle eines Rohrschiebers können auch zwei getrennte Steuerschieber auf der rechten und linken Außenseite des Zylinders angebracht werden. Beide Steuerschieber werden getrennt angetrieben, führen jedoch dieselben Steuerfunktionen aus.
• Das beschriebene Steuerverfahren weist folgende ausschlaggebende Vorteile auf: Die Steuerung der Aus- und Einlaßschlitze wird durch ein einziges Steuerorgan bewirkt. Die gewählte Anordnung der Aus- und Einlaßschlitze sowie des Steuerschiebers gestattet, die Steuerzeiten und Querschnitte so zu wählen, wie sie für einen einwandfreien und wirtschaftlichen Gaswechselvorgang erforderlich sind. Das Steuerverfahren gestattet im Bereich der Betriebsdrehzahl eine weitest gehende Ausnutzung der Strömungsenergien der ausströmenden Auspuffstrahlen zum Spülen und Laden des Zylinders mit Frischluft. Im Bereich der Betriebsdrehzahl können' auf diese ,Weise ohne Aufwendung einer zusätzlichen Verdichtungsarbeit durch das Spülgebläse Zylinderfüllungen mit Frischluft erzielt werden, die das gleiche Ausmaß erreichen wie bei selbst ansaugenden 4-Takt-Motoren, wenn gleiche Zylindervolumen und gleiche Drehzahlen vorausgesetzt werden. Die übereinandergelagerte Anordnung der Ein- und Auslaßschlitze ermöglicht die Unterbringung großer Strömungsquerschnitte am Zylinderumfang. Das Steuerverfahren kann daher vorteilhaft bei schnell laufenden Motoren angewendet werden. Der Steuerschieber befindet sich in der kältesten Zone des Zylinders und ist nur während des Ausströmvorganges einer kurzzeitigen Erwärmung ausgesetzt. Die geringe thermische Belastung des Steuerschiebers gewährleistet eine hohe Betriebssicherheit des Motors. Das Steuerverfahren ermöglicht eine wirkungsvolle Spülung und Nachladung des Zylinders mit Frischluft und verhindert das Auftreten von Spülluftverlusten.

Claims (1)

1. PATENTANSPRUCH: Spülkolben-Schiebersteuerung für 2-Takt-Verbrennungsmotoren mit übereinandergelagerter Anordnung der Ein- und Auslaßschlitze am Zylinderumfang des unteren Zylinderendes (Au-slaßschlitze oberhalb der Einlaßschlitze), mit einem Steuerschieber am unteren Zylinderende, mit diametral (oder paarweise) gegenüberliegenden Einlaßkanälen, mit einem aus einer konkav gekrümmten, zur Kolbenmitte ansteigenden Rotationsfläche (oder aus zwei konkav gekrümmten Flächen quer zur Einströmrichtung oder aus einer Kegelfläche) bestehenden Kolbenboden, dadurch gekennzeichnet, d'aß die gegeneinander einströmenden, durch den Kolbenboden teilweise abgelenkten Frischluftstrahlen in der Zylindermitte schräg aufeinander auftreffen und sich gegenseitig zum oberen Zylinderende ablenken, ferner daß die Öffnung (bzw. Schließung) der Auslaßschlitze durch die Steuerkante des abwärts (bzw. aufwärts) gehenden Steuerschiebers, die Öffnung der Einlaßschlitze durch die Steuerschlitze des aufwärts gehenden Steuerschiebers, die Schließung durch den aufwärts gehenden Kolben erfolgt.