DE873176C - Mit Gemischverdichtung und Zeitpunktfremdzuendung bzw. mit Luftverdichtung, Einspritzung fluessigen Kraftstoffes gegen Ende des Verdichtungshubes und Selbstzuendung sowie Gleichstromspuelung arbeitende kolbenschiebergesteuerte Zweitakt-Verbrennungskraftmaschine - Google Patents

Mit Gemischverdichtung und Zeitpunktfremdzuendung bzw. mit Luftverdichtung, Einspritzung fluessigen Kraftstoffes gegen Ende des Verdichtungshubes und Selbstzuendung sowie Gleichstromspuelung arbeitende kolbenschiebergesteuerte Zweitakt-Verbrennungskraftmaschine

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DE873176C
DE873176C DEM11317A DEM0011317A DE873176C DE 873176 C DE873176 C DE 873176C DE M11317 A DEM11317 A DE M11317A DE M0011317 A DEM0011317 A DE M0011317A DE 873176 C DE873176 C DE 873176C
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piston
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combustion engine
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    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02FCYLINDERS, PISTONS OR CASINGS, FOR COMBUSTION ENGINES; ARRANGEMENTS OF SEALINGS IN COMBUSTION ENGINES
    • F02F3/00Pistons 
    • F02F3/24Pistons  having means for guiding gases in cylinders, e.g. for guiding scavenging charge in two-stroke engines
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02BINTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B25/00Engines characterised by using fresh charge for scavenging cylinders
    • F02B25/02Engines characterised by using fresh charge for scavenging cylinders using unidirectional scavenging
    • F02B25/04Engines having ports both in cylinder head and in cylinder wall near bottom of piston stroke
    • F02B25/06Engines having ports both in cylinder head and in cylinder wall near bottom of piston stroke the cylinder-head ports being controlled by working pistons, e.g. by sleeve-shaped extensions thereof
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02BINTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B75/00Other engines
    • F02B75/02Engines characterised by their cycles, e.g. six-stroke
    • F02B2075/022Engines characterised by their cycles, e.g. six-stroke having less than six strokes per cycle
    • F02B2075/025Engines characterised by their cycles, e.g. six-stroke having less than six strokes per cycle two

Description

  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Die Zündquelle im Falle des fremdgezündeten Motors oder die Einspritzdüse für den luftverdichteten Motor mit Selbstzündung ist praktisch im Mittelpunkt des Verbrennungsraumes angeordnet.
  • 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.
  • Durch die oben beschriebene Ausbildung der Kolbenbodenoberseite und der Zylinderkopfunterseite, wird, wie aus Fig. 2 zu ersehen ist, eine günstige Abgas- bzw. Spülluftführung erreicht.
  • 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.
  • 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.

Claims (7)

  1. PATENTANSPRL CII E_ r. Mit Gemischverdichtung und Zei,tpunktfremdzündung bzw. mit Luftverdichtung, Einspritzung flüssigen Kraftstoffes gegen Ende des Verdichtungshubes und Selbstzündung sowie Gleichstromspülung arbeitende kolbenschiebergesteuerte Zweitakt-,Verbrennungskraftmaschine, dadurch gekennzeichnet, daß der Verbrennungsraum durch zwei gegeneinanderliegende Kegel mit gemeinsamer Kegelspitze und einem Kegelmantel, der den oberen, von der Unterseite des Zylinderkopfes gebildeten Kegel unter einem Winkel von etwa go° durchschneidet, gebildet wird.
  2. 2. Kolbenschiebergesteuerte Zweitakt-Verbrennungskraftmasch.ine nach Anspruch r, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand der Grundflächen des oberen und unteren Kegels, die teilweise den Verbrennungsraum bilden, gleich dem Abstand zwischen der Oberkante Auslaß..-schlitze und der Unterkante Spülschlitze in der oberen Kolbentotpunktlage entspricht.
  3. 3. Kolbenschiebergesteuerte Zweitakt- Verbren:nungskraftmaschine nach Anspruch r oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß je nach Größe des Verbrennungsraumes der Durchmesser der Grundfläche des Kegelmantels, der die seitliche Begrenzung des Verbrennungsraumes darstellt, -entsprechend gewählt wird.
  4. 4. Kolbenschiebergesteuerte Zweitakt - Verbrennungskraftmas.chine nach Anspruch r oder 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß nur der untere Teil des Kolbenschiebers, der eigentliche Kolben, der vorzugsweise aus Leichtmetall hergestellt ist, zum Tragen herangezogen wird.
  5. 5. Kolbenschiebergesteuerte Zweitakt - Verbrennungskraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolbenschieber aus Stahl über den größten Teil seiner Länge auf der Außenseite mit einer Ausdrehung versehen ist, die die Wandstärke auf ein Minimum beschränkt, und daß am oberen Ende des Schiebers ein. Dichtringträger angebracht ist, dessen Außendurchmesser kleiner als der des tragenden Kolbens ist.
  6. 6. Kolbenschiebergesteuerte Zweitakt - Verbrennungskraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Rohrschieber entweder mittels Gewinde oder durch bekannte Gießverfahren mit dem eigentlichen Kolben verbunden ist.
  7. 7. Kolbenschiebergesteuerte Zweitakt - Verbrennungskraftmaschinc nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß, die Dichtringe im oberen Ringträger des Schiebers leicht ballig ausgeführt sind.
DEM11317A 1951-10-16 1951-10-16 Mit Gemischverdichtung und Zeitpunktfremdzuendung bzw. mit Luftverdichtung, Einspritzung fluessigen Kraftstoffes gegen Ende des Verdichtungshubes und Selbstzuendung sowie Gleichstromspuelung arbeitende kolbenschiebergesteuerte Zweitakt-Verbrennungskraftmaschine Expired DE873176C (de)

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