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Mit Gemischverdichtung und. Zeitpunktfremdzündung bzw. mit Luftverdichtung,
Einspritzung flüssigen Kraftstoffes gegen Ende des Verdichtungshubes und Selbstzündung
sowie Gleichstromspülung arbeitende kolbenschiebergesteuerte Zweitakt -Verbrennungskraftmaschine
Die Leistung und Wirtschaftlichkeit eines Zweitaktmotors ist weitgehendst von der
Art; der Spülung abhängig. Die Gleichstromspülung ist spültechnisch und damit auch
leistungs- und verbrauchsmäßig der Umkehrspülung überlegen, wie z. B. der Gegenkolbenmotor
und der Zweitakt-Ventilmotor mit kolbengesteuertem Einlaß, und ventilgesteuertem
Auslaß beweisen. Allerdings wird bei diesen. beiden Motorenarten dieses Spülprinzip
nur durch besonderen Bauaufwand: erreicht, was eine wesentliche Verteuerung und
zusätzliche Quellen für Betriebsstörungen bedeutet. Im Falle des ventilgesteuerten
Zweitaktmotors läßt sich außerdem nur ein beschränkter Zeitquerschnitt verwirklichen
und auch der Höchstdrehzahl sind gewisse Grenzen gesetzt, da die Nockenwelle mit
Kurbelwellendrehzahl umläuft.
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Es ist nun versucht worden, die Längsspülung dadurch zu verwirklichen,
daßi die am unteren Totpunkt des Kolbens angeordneten Spülschlitze und die in Höhe
des Verbrennungsraumes befindlichen Auslaß:schlitze durch den Arbeitskolben gemeinsam
gesteuert werden. Zu diesem Zweck wurde der Kolben mit einem Rohraufsatz von gleicher
Wandstärke
versehen, in dem Schlitze sowohl für Einlaß als auch
für Auslaß untergebracht sind. Die Schlitzhöhen sind dabei so gehalten, daß die
Auslaßkanäle im Zylinder, in der oberen. Kolbentotlage, nicht etwa durch die unteren,
im Kolben angeordneten, Einla-ßschlitze freigelegt werden. Zur Erzielung einer ausreichenden
Abdichtung sind außerdem Ober- und unterhalb der im Kolben befindlichen Einlaßfen
ster sowie im Zylinderkopf Dichtringe angeordnet. Diese Bauart hat folgende Nachteile:
Hohes Kolbengewicht, was die Erzielung hoher Drehzahlen verhindert. Große Oberfläche
des tragenden Kolbenlem.des und damit hohe Reibungsverluste, was schlechten mechanischen;
Wirkungsgrad der Maschine zur Folge hat. Durch die große Kopflastigkeit des langen
Kolbens werden, hohe Seitenidrücke vor allem in dem oberen Teil des Kolbenschiebers
erzeugt, was. übermäßigen Verschleiß von Kolben und Zylinder zur Folge hat. Flacher
scheibenförmiger Verbrennungsraum., der verbrennungstechnisch: ungünstig ist. Da
der Abstand zwischen Oberkante Auslaßt und Unterkante Spülschlitz im Kolben in der
oberen Kolbentotlage praktisch der Höhe des Verbrennungsraumes entspricht, müssen
Auslaß- und Spülschlitze sehr niedrig gehalten werden, um eine ausreichende Diehtfläche
zwischen den beiden Kanälen zu erreichen. Bei hohen Verdichtungsverhältnissen wird
die Höhe des Verbrennungs-raumes, so klein, daß Aus- und Einaaß@schlitze mit einer
Dichtfläche dazwischen praktisch nicht mehr untergebracht werden können. Der erfindungsgemäß!
in Vorschlag gebrachte Kolben für eine kolbengesteuerte Zweitakt,4Verbrennungskraftmaschinc
mit Längsspülung vermeidet die obengenannt en Nachteile. Fig. i und 2 zeigen den:
grundsätzlichen Aufbau des Motors. Die Spülschlitze i sind wie üblich im unteren
Totpunkt und dieAuslaßschlitze 2, die vom: oberen Rand des Kolbenschiebers gesteuert
werden, im oberen Totpunkt des Kolbens angeordnet. Unter- und oberhalb der Spülschlitze
3 im Kolben sind die Kolbenringe q.a und 4.P angebracht, die den; Verbrennungsraum
gegen, die Auslaßschlitze und . fdas Kurbelgehäuse abdichten. Zusätzliche Kolbenrunge
q.a befinden sich am oberen Ende des Kolbenschiebers. Dieselben dichten< während
des Verdichtungshubes und während der Verbrennung den Zylinderraum gegen die Auslaßschlitze.
ab. Um hohe spezifische Flächenpressung, d. h. gute Dichtwirkung zu erreichen, sind
die Ringe mit der _ üblichen radialen Breite ausgeführt. Um derartige Ringe unterzubringen,
ist der Schieber am oberen Ende mit einer verhältnis.inäßig dicken Wandstärke ausgeführt.
Dies bedingt einen: weitaus, kleineren Innendurchmesser-des Schiebers verglichen
mit dem Zylinderdurchmesser, was den Vorteil hat', da8 -im Falle der Kurbelkastenspülung
von- dem dem Kurbelgehäuse zugewandten Teil des Kolbens- beträchtlich mehr Hubvolumen,
und zwar in-der Größenordnung von 25 %, im Vergleich zum effektiven Hubvolumen,
bestimmt durch den Innendurchmesser des, Kolbenschiebers, erzeugt wird-. Dadurch
werden gerade die Förderungsverluste die etwa 2.5 O/o betragen, ausgeglichen, d.:
h.. die tatsächliche Fördermenge der Ladepumpe entspricht gerade dem Hubvolumen
des Arbeitszylinders.
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Um das Gewicht und die Oberfläche des Kolbens klein zu halten, ist
der Schieber 5 unterhalb des Ringträgers q.c mit einer Ausdrehung versehen, die
in der oberen Kolbentotlage, wie in Fig. i dargestellt, bis oberhalb der Auspuffschlitze
reicht. Ferner ist das Spiel zwischen Zylinder und Kolbenringträger am oberen Ende
des Kolbenschiebers so groß gehalten, daß bei etwaigem Kolbenkippen gerade noch
Gleiten auf der Zylinderwand stattfindet, ohne allzu große Seitendrücke zu erzeugen.
Die Dichtfläche der Kolbenringe ¢@ ist außerdem leichtballig geschliffen, um ein
Kauten. der Ringe bei Schrägstellung-des Schiebers, infolge Kolbenkippens zu vermeiden,.
Im wesentlichen ist der Kolbenschieber nur in, seinem unteren Teil, d. h. im eigentlichen
Kolben geführt, wobei die Führungslänge etwa 1,3 des Kolbendurchmessers; beträgt,
was den Werten: von normalen Kolben entspricht.
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Wie aus Fig.2 ersichtlich, werden die Auslaß, schlitze .2 von der
oberen Ka:nbe des. Schiebers 5 freigelegt. Da .die Gasgeschwindigkeit, vor allem
bei Beginn des Auslasses, sehr hoch ist, wird verhältnismäßig viel Wärme an den
oberen Teil des Schiebers übertragen, was eine hohe Betriebstemperatur bedingt.
Der Schieber ist infolgedessen aus einem hitzebeständigen Werkstoff, vorzugsweise
aus: Stahl hergestellt. -In diesem Falle kann auch die Schieberwandstärke in Höhe
der Ausdrehung sehr dünn gehalten werden, da infolge der hohen zulässigen Schiebertemperaturen
auf einen Wärmetransport in Richtung der gleitenden, wärmeabführendeniFlächen des
Kolbenschiebers verzichtet werden kann.
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Wie Fig. 3 zeigt, ist der Stahlschieber mit dem eigentlichen Kolben,
der vorzugsweise aus Leichtmetall hergestellt ist, entweder mittels -Gewinde oder
durch bekannte Gießverfahren für Verbindung von Leichtmetall mit Staihl, verbunden.
Der untere Teil des Stuhlschiebers kann außerdem den Ringträger für die Ringe 4.P
bilden, die thermisch hoch belastet sind, da sie sich in der oberen Kolbentotlage
in der Nähe der Auspuffschlitze befinden.
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Der Verbrennungsraum hat für jedes beliebige Verdichtungsverhältnis,
d. h. sowohl für Motoren mit Gemischverdichtung, und Fremdzündunig als auch für
solche mit Luftverdichtung und Selbstzündung grundsätzlich die gleiche Gestalt.
Die Konstruktion des Verbrennungsraumes geht aus Fig. 4. hervor. Die obere Begrenzungsfläche
des Verdichtungsraumes, die vom Zylinderkopf gebildet wird, und die untere Begrenzungsfläche
im Kolben sind von gleächgroßen Kegeln gebildet, die durch die symmetrischen Dreiecke
d-b-e bzw. c-d-e, mit gemeinsamer Spitze e dargestellt sind. Die Grundfläche des
oberen Kegels,-dargestelltcdurch die Linie ä-b, befindet sich in Höhe des oberen.
Randes: der Auspuffschlitze 2 und, die Grundfläche des unteren Kegels, dargestellt
durch die Linie c-d, ist in Höhe des. unteren Randes der überströmschlitze 3. Die
seitlicheBegrenzungsfläche des Verbrennungsraumes im Kolben wird wiederum von einem
Kegel gebildet, der durch, das Dreieck f-g-h dargestellt ist. Der
Kegelmantel
dieses Kegels, dargestellt. durch, die Linie f-la, schneidet den Kegelmantel des
oberen Kegels, dargestellt durch die Linie a-e, unter dem Winkel a, der ungefähr
go° beträgt. Die Größe der Grundfläche des Kegels f-h-g, dargestellt durch die Stecke
f-g, richtet sich nach dem Volumen des Verbrennungsraumes, d. h. durch Wahl der
Strecke f-g läßt sich der Teil des Verbrennungsraumes, der durch die schraffierte
Fläche dargestellt ist, bestimmen. Für das Gesamtvolumen des Verbrennungsraumes
ist das Volumen, das, durch die Spülschlitze 3 im Kolben gebildet wird, mit einzubeziehen.
Die Vorteile dieses Verbrennungsraumes, insbesondere für die kolbenschiebergesteuerteVerbrennungskraftmaschine
sind folgende: Da der Abstand a-c zwischen Oberkante Auslaßschlitze 2 und Unterkante
Spülschlitze 3, wie Fig. 4 zeigt, bei der Konstruktion des Verbrennungsraumes in
gewissen Grenzen frei gewählt werden kann, sind hohe Schlitze für Ein, und Auslaß,
mit genügend langem Dichtringsteg dazwischen, ausführbar.
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Die Zündquelle im Falle des fremdgezündeten Motors oder die Einspritzdüse
für den luftverdichteten Motor mit Selbstzündung ist praktisch im Mittelpunkt des
Verbrennungsraumes angeordnet.
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Durch den Spalt, der in der oberen Kolbentotlage durch die Zylinderkopfunterseite
und die, Kolbenoberseite gebildet wird, wird die Luft mit hoher Geschwindigkeit
radial gegen den Verbrennungsraum gedrängt, wo eine vertikal rotierende Luftbewegung,
wie in Fig. r dargestellt, erzeugt wird. Dieser vertikale Luftwirbel im Zusammenhang
mit der horizontalen Luftbe:#vegung, erzeugt durch, die Überströmschlitze 3 im Kolben;
begünstigt den. Verbrennungsablauf.
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Durch die oben beschriebene Ausbildung der Kolbenbodenoberseite und
der Zylinderkopfunterseite, wird, wie aus Fig. 2 zu ersehen ist, eine günstige Abgas-
bzw. Spülluftführung erreicht.
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Die Arbeitsweise der Verbrennungskraftmaschine, ausgerüstet mit dem
oben beschriebenen Kolben, ist wie folgt: In Fig. z befindet sich der Kolben im
oberen Totpunkt und die Verbrennung ist eingeleitet. In diesem Augenblick wird der
Verbrennungsraum gegen das Kurbelgehäuse mittels der Ringe 4a und gegen die Auslaßschlitze
durch die Ringe 4b bzw. .4c abgedichtet. Der zwischen Schieber 5 und Zylinderkopf
6 befindliche kleine Spalt ist mit Luft angefüllt., die zur Verbrennung nur teilweise
mit herangezogen wird.
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Der nächste Takt, Auspuff und Spülung, ist in Fig. 2 dargestellt.
Der Kolben befindet sich im unteren Totpunkt und die Auslaßschlitze 2 werden von
der oberen Kante des Schiebers 5 freigelegt. Gleichzeitig werden durch die Überströmschlitze
3 im Kolben und die entsprechend im Zylinder angeordneten, Schlitze r Spülluft,
entweder durch die Kurbelgehäusepumpe oder durch ein besonderes Spülgebläse, in
den Zylinder gefördert. Bei Aufwärtsbewegung des Kolbens, d. h. beim Verdichtungsvorgang,
werden zuerst die Spülschlitze 3 und dann die Auslaßschlitze 2, entsprechend dem
gewählten Steuerdiagramm geschlossen.