-
Ventillose Zweitakt-Brennkraftmaschine Im Laufe der Weiterentwicklung
der ventillosen Verbrennungsmotoren hat sich die Bestrebung fast einheitlich in
neuerer Zeit dahingehend ausgerichtet, daß hei Aufwand von äußerst wenig Material
und damit h-laschinengewicht eine Leistung erzielt werden soll, die verhältnismäßig
nahe an diie der besten Viertakt- (ventilgesteuerten) Motorerz herankommt. Bei Erreichung
eines solchen Zieles ist es sofort einzusehen, daß infolge des einfachen Aufbaues
eines ventillosen, z. B. Zweitaktmotors, einerseits eine ganze Reihe von Störungsquellen
in Form komplizierter Ventileinrichtungen fortfällt, andererseits aber dann auch
die Herstellungsweise vereinfacht und verbilligt wird.
-
Man hat durch Ausarbeitung eines geeigneten Spülsystems das gesteckte
Ziel zu erreichen versucht. Im folgenden soll gezeigt werden, daB durch Beschreitung
ganz neuer Wege auf Grund besonderer UTl>erlegung erfindungsgemäß noch einige Arten
von Spülungen entwickelt worden sind, die durch angestellte Versuche die Richtigkeit
der aus der Erfindung vermuteten ungewöhnlichen Leistungssteigerung eines z. B.
Zweitaktmotors (ventillosen Verbrennungsmotors) bestätigen.
-
Dabei wurde von der Erkenntnis ausgegangen, daß nur durch ungewöhnlich
hohe Strömungsgeschwindigkeiten, unter bei allen Betriebsverhält, nissen voll erhaltener
Zylinderfüllung und hohen, für Verbrennungsmotoren bisher nicht üblichen Drehzahlen
die Leistung gesdeigert und das Leistungsgewicht der Maschine in kg/Ps gesenkt ,verdien
kann.
Um die Ungleichheit des Nasenkolbens und dessen ungünstiges
Gewichtsmoment wegzubringen, wurde zum Beispiel durch die bekannte Umkehrspülung
eine Leistungssteigerung dadurch erzielt, daß der leicht bom#bierte Flachbodenkolben:
durch sein geringes Gewicht höhere Drehzahlen ermöglichte, wobei auch .infolge der
rechnerisch .besser erfaßbaren Zylinderräume, insbesondere des Verdichtungs- und
Verbrennungsraumes, eine genauere Berechnungsgrundlage geschaffen wurde. Bei den
Umkehrspülungen wirkt sich jedoch immer noch der Umstand ungünstig aus, daß die
ganz symmetrisch in den Zylinder mündenden Kanäle die Gasströme sofort unmittelbar
gegeneinander führen, um sie sich gegenseitig aufrichten und im Gegenstrom vom Zylinderkopf
wieder nach unten streichen zu lassen. Ähnlich verhält es sich bei denjenigen Umkehrspülungen,
die einen Einzelstrahl gegen eine der Einströmöffnung gegenüberliegende Zylinderwand
treffen lassen. Bei dien der Erfindung zugrunde liegenden Spülarten wurde vor allem
zuerst darauf Bedacht genommen,, die Erkenntnis der notwendigen Höehstströmungsgeschwindigkeit
für die Erreichung einer Leistungssteigerung irgendwie verwirklichen zu können.
Dies kann erfindungsgemäß nur dadurch erreicht werden, daß außer einem Flachbodenkolben,
und zwar einem solchen, dessen Boden nicht mehr gewölbt zu sein braucht, um, die
einströmenden Frischgase günstig aufeinander zuzuführen, sondern dessen Bodenebene
senkrecht zu seiner Längsachse steht, also absolut flach und damit leicht und dfruckaufnahmefähig
ist, eine Vielzahl von sich einander auf längere Strecke zur Vermeidlung vorzeitiger
Stauungen ausweichender (im Gegensatz zu anderen Spülsystemen, wo Wert darauf gelegt
wird, die Gasstrahlen richtungsmäßig möglichst unmittelbar aufeinander zuzuführen)
Merströmgassrtrahlen eigene Führungen erhalten, die bei einer maximalen Strömungsgeschwindigkeit
von etwa 400 m/sec bei allen Betriebsverhältnissen der Maschine weitgehend gleichbleibenden
Füllungsgrad auf Grund hoher Füllungsgeschwindigkeit gewährleisten. Damit wird der
Spülvorgang von den Steuerzeiten weniger beeindlußt.
-
Bei der Konstruktion für verschieden. große Motoren nach vorliegender
Erfindung ergaben sich im wesentlichen zwei Gruppen neuer Spülsysteme bzw. Gasführungen
der im Motor wirksamen Verbrennungsgase, die im folgenden als Wechselstrom- und
Differentialspülung bezeichnet sind.
-
Es sollen an dieser Stelle die für die Erfindung nebensächlichen An-saug-
und Auspuffkanäle nicht erwähnt werden, sondern nur auf die für die Leistung eines
Verbrennungsmotors ausschlaggebenden Verhältnisse der Frischgaszuführung in den
Verbrenvnungsraum eingegangen werden, da diese Erfindungsgegenstand sind.
-
Außer der quer,5chnittmä&igen Verhältnisgestaltung der Spülkanäle
untereinander, die der Spülungsführung, also auch dein vorliegenden Erfinr diungsgegenstand,
stets vorauszugehen hat, ist nun eine diesen ermittelten Querschnitters in ihrer
Gesamtheit entsprechende Aufteilung der Gasströme in einzelne Strahlen mit verschiedener
Strömungsrichtung nötig.
-
Während es sich, bei den Ansaug- und@ Auspuffströmungen'hauptsächlich
nur um Querschnittsverhältnisse und möglichst einfache Strömungswege handelt, liegt
der Leistungserfolg der Maschine in diesen den Erfindungsgegenstand bildenden Überströmführungen
begründet.
-
Vor der eingehenden Beschreibung sei vorweg kurz eine Erläuterung
der zahlenmäßig in ihrer Sinnfolge gekennzeichneten Spülsvstememerkmaldarstellungen
in: der Zeichnung gegeben.
-
In der Zeichnung stellt Ab). i einen Längsschnitt (schematisch) durch
einen Zylinder dar, in dem Winkel a die nach oben innen zeigende Richtung der einströmenden
Frischgasstrahlen bestimmt, wohei A (Al, A2 usw.) einen Strömungskanaldurchgang
in der Zylinderhülse, k d.ie auf der Innenseite der letzteren entstehende Durchgangshöhe,
h (hl, h2 usw.) die Scheitelpunkthöhe der sich begegnenden Strahlen aus verschiedenen
Richtungen über dem Mittelpunkt M der sich schneidenden Ebenen des Kanalmittels
der inneren Mündung mit der Längsschnittmittelebene bedeutet. Die Schnittpunkte
sind mit O (0l, 02 usw.) bezeichnet.
-
A'bb. 2, 5, 7, 8 zeigen d ie Winkel ß (8l, ß2 usw.), um welche die
Richtung der einströmenden Gasstrahlern außer ihrer Steigung zur Horizontalen geneigt
sein muB, um en_ tweder einander ausweichen zu können oder nach Durchströmung einer
Freistrecke aufeinander zugeführt zu werden, je nachdem die Raumverhältnisse im
Zylinder die eine oder andere Lösung bzw. Anwendung einer Spülart erfordern oder
beide Möglichkeiten verquicken müssen..
-
Abb. 3, 6, g stellen zum leichteren Verständnis diese Anordnungen
aus den Abb. i, 2, 5, 7, 8 geometrisch dar.
-
A#bb. 4 spricht hauptsächlich vom Winkel 9p (99l, 992, cp, usw.),
der besagt, um wieviel Grade je nach Zahl aller Gasstrahlen die Anstichpunkte hierfür
auf dem Zylinderumfang untereinander zu verteilen sind.
-
Im folgen@dien soll nun näher auf die erwähnten Spülsysteme eingegangen
werden: Die Zahl der einzelnen Überströmgasstrahlen wird zunächst dadiurch ermittelt,
daB sie, ausgehend von einer möglichst geraden Zahl, um eine symmetrisch um den.Zylinderumfang
verteilte Anordnung zu ermöglichen, zweckmäßig aus technischen Gründen, vom Gesamtquerschnitt
insofern, abhängig gemacht wird, als die Höhe der durch die Zylinderwand gehenden
Kanalausschnitte eine weitestgehende Expansion der verbrannten Gase und damit verbundene
langzeitige Arbeitsabgabe auf den beim Arbeitstakt nach unten laufenden Kolben bietet.
Dabei entsteht, bezogen, auf den Kanalausschnitt, an der Innenseite der Zylinderwand
ein Gasstromeinfallswinkel, der in der Zeichnung mit a bezeichnet ist. Unter Berücksichtigung
der höchstmöglichen Schlitzhöhe im Zylinder, welche wesentlich auch für die Öffnungszeit
maßgebend ist, wird eine zunächst nach oben zeigende Richtung des jeweiligen Einfallstrahles
unter dien Winkel a bestimmt.
Winkel a bestimmt alle Schlitzhöhen
der in gleicher Zylinderebene gelegenen Einfallstrahlkanäle, gleichgültig, ob diese
sich gegenüberliegen oder unregelmäßig auf dem Zylinderumfang verteilt sind. Da
ein Gasstrahl immer gegen eine den Einströmöffnungen gegenüberliegendeZylinderwand
gerichtet ist, stößt er dort auf, wird an der Wand nach oben geführt und im Zylinderkopf
als sich verteilender Gashebel gefangen, wobei im Gegensatz zu anderen Spülsystemen
ein Umkehren nicht mehr nötig ist. Der nächste aus der Zahl der nach dem vorerwähnten
ermittelten Verfahren der Einströmkanäle kommende Strahl wird unter gleichem Einfallswinkel
a in den Zylinder in gleicher Weise geführt, jedoch in einem solchen Abstand vom
Nachbarstrahl, daß dieser Abstand der Querschnittsform bzw. Abmessung eines Strahlendurchmessers
entspricht. Der zwischen zwei Strahlen liegende Raum kann durch einen aus entgegengesetzter
Richtung kommenden Strahl ausgefüllt werden. Dieser Art der Strömung kann man am
treffendsten die Bezeichnung Wechselstromspülung geben (s. Abb. 2, 7, 8).
-
Die Strahlen nehmen alle den durch Winkel a und Winkel ß, über «-elch
letzteren anschließend: Erläuterung erfolgt, vorgezeichneten Weg und ergänzen sich
im Zylinderkopf zur Zylinderfüllung.
-
Der eben erwähnte Winkel ß entsteht dadurch, daß durch die Verteilung
der einzelnen Überströmkanäle auf dem Zylinderumfang jeweils eine für jeden Strahl
zuständige Neigung außer dem Einiallswinkel nach dem Zylinderinnern notwendig ist,
um entweder den anderen Strahlen auszuweichen oder, wo dies wegen der Baugröße des
Motorzylinders und der den Querschnittsverhältnissen angepaßten Zahl der Kanäle
nicht möglich ist, sich mit einem aus anderer Richtung kommenden Strahl zu treffen.
Bei letzterem Umstand und wenn gar eine Vereinigung aller Strahlen erfolgt oder
wegen der Bauverhältnisse erfolgen muß, entsteht eitre etwas vorzeitig, allerdings
ausgangsmäßig immer in gerader Richtung nach oben oder eine Zylinderwand zeigende,
zustande kommende Vorwirbelung des Frischgasgemisches, die jedoch die der Erfindung
der Strahlenführung zugrunde liegende Eigenschaft, nämlich die für alle Fälle ausreichend
hohe Strömungsgeschwindigkeit. nicht so viel beeinträchtigt, daß eine bemerkliche
Füllungs- und damit verbundene Leistungsminderung auftritt.
-
Diese geschilderte Strömungsart sei als Differentialspülung bezeichnet
(s. Abb. 5).
-
Je nach Baugröße eines Zylinders wird es raummäßig mitunter bedingt
sein, die genannten Spülsysteure in Strahlengruppierung (z. B. Abb. 8) zur Anwendung
zu bringen.
-
Der Gesamtquerschnitt der Frischgaskanäle muß immer den für die Maschinengröße
entsprechenden Querschnittsbedarf ausmachen..
-
Die Winkelstellungen erzeugen im Zylinderinnern jeweils relativ eine
Kreuzung, Nebeneinander- oder Ausweichströmung.
-
Die Gasstrahlen bilden vor ihrer endlichen Vereinigung im Zylinderoberkörper
etwa die Mantelfläche eines Kegels oder Ellipsoids mit unterschiedlichen Neigungswinkeln
der vom Grundflächeninittel zur Figurenspitze bzw. zum Kamm laufenden Linie zur
Horizontalen.
-
Als dritter Winkel ist der Winkel (p zu erwähnen, der eigentlich fertigungstechnische
Bedeutung' hat, hauptsächlich, wenn die Überströmkanäle durch Bohren erzeugt werden,
um glatte Kanalinnenflächen zu erhalten, die bekanntlich den Gasströmen den geringsten
Strömungswiderstand entgegensetzen.
-
Winkel (p gibt die Teilung, d. h. die Gradzahl an, um welche der zur
Bearbeitung bzw. Herstellung der Überströmkanäle aufgespannte Zylinder um seine
Längsachse gedreht werden muß, um in die Anstichebene der Winkel a und ß bzw. zu
den Anstrichpunkten Al, A2, A3 .wsw. zu ,gelängen (s. Abb. 3, 4, 6,9).