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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.