DE932639C

DE932639C - Zweitaktbrennkraftmaschine

Info

Publication number: DE932639C
Application number: DED1422D
Authority: DE
Inventors: Alfred Dipl-Ing Bokemueller
Original assignee: Daimler Benz AG
Current assignee: Daimler Benz AG
Priority date: 1934-12-02
Filing date: 1934-12-02
Publication date: 1955-09-05

Description

Zweitaktbrennkraftmaschine Die Erfindung bezieht sich auf eine weitere Verbesserung und Ausgestaltung von Zweitaktbrennkraftmaschinen mit vom Arbeitskolben gesteuerten Ein- und Auslaßschlitzen und mit einem Umkehrspülstrom, bei der außer dem Hauptspülstrom durch getrennte Einlaßschlitze eine zusätzliche Spül- und Lademenge zur Entfernung von Abgaskernen in den Zylinder eingeführt wird und mit der Einführung der zusätzlichen Spül- und Lademenge am Ende oder kurz vor dem Ende der Einführung des Hauptspülstromes und vor Abschluß des Auslasses begonnen wird und bei der ferner die zusätzlichen Spülstrahlen von der Zylinderwand aus unter Kreuzung der Bahn des Hauptspülstromes mit großer Durchschlagskraft im wesentlichen diagonal schräg gegen die Umfangsecken des Zylinderraumes am Zylinderkopf gerichtet sind. Die Erfindung besteht darin, daß der Hauptspülstrom ganz oder teilweise in an sich bekannter Weise durch die Wirkung der schwingenden Abgassäule erzeugt wird, während der z. B. durch einen Drehschieber gesteuerte zusätzliche Spülstrom von einem Verdichter geliefert wird.
Dadurch, daß im Gegensatz zum Stand der Technik beim Erfindungsgegenstand -die Ausnutzung der Wirkung der schwingenden Abgassäule gerade zur Erzeugung des Hauptspülstromes herangezogen wird, geht die erste Phase des Spülvorganges verhältnismäßig rasch vonstatten, welche die Hauptmasse der Abgase beseitigt. Erst wenn diese abzuklingen beginnt, setzt mit großer Durchschlagskraft die zweite Phase des Spülvorganges ein, durch welche die Abgasreste beseitigt werden. Vor allem wird durch die Wirkung des zusätzlichen Verdichters erreicht, .daß der Zylinder auch in jenen Drehzahlen zuverlässig gespült wird, in denen die Wirkung der schwingenden Abgassäule zur Erzeugung eines wirksamen Hauptspülstromes nicht mehr ausreicht. Hinzu kommt noch, daß Maschinen ohne Verdichter gegen Widerstände in der Auspuffleitung sehr empfindlich sind. Wird z. B., wenn die Maschine ohne Verdichter in der günstigen Resonanzdrehzahl arbeitet, ein wirksamer Schalldämpfer eingebaut, so behält die Kurve des Drehmomentes zwar ihre charakteristische Form bei, jedoch sinkt der Maximalwert und mit ihm die ganze Kurve um ein Beträchtliches ab. Dieser empfindliche Verlust an Drehmomenten kann durch die zusätzliche Anordnung eines Verdichters für die Erzeugung von Hilfsspülluft nahezu behoben werden.
Um den Hilfsspülstrom in die Teile des Arbeitszylinders zu leiten, wo sich hauptsächlich die Abgasreste aufhalten, müssen Vorkehrungen getroffen werden, die die Luftströme zur bestimmten Zeit und in ausreichender Menge an diese Stellen hinleiten. Der Hilfsspülstrom muß eine genügende innere Energie besitzen, um in Wirbelecken und Abgaswalzen einzudringen und diese Gasreste entweder schichtend oder vermischend dem noch geöffneten Auspuff auf möglichst kurzem Wege zuzutreiben. Es hat sich gezeigt, daß namentlich bei schnell laufenden Maschinen die Steuerung dieser Luft durch Ventile mit Nachteilen behaftet ist, da die zur Verfügung stehende Zeit (durchweg weniger als go° Kurbelwinkel) außerordentlich kurz ist und die für den Ventilantrieb nötigen Betätigungsorgane mechanische Schwierigkeiten bereiten. Wird hingegen die Hilfsspülluft durch einen Rohrschieber gesteuert, der entweder mit der Kurbelwellendrehzahl oder mit der mehrfachen Kurbelwellendrehzahl umläuft, so sind die mechanischen Schwierigkeiten nicht vorhanden. Ein derartiges Einlaßorgan und auch ein Antrieb haben sich bei sehr hohen Drehzahlen als äußerst betriebssicher erwiesen.
In der Zeichnung ist die Erfindung an einem Beispiel näher erläutert. Es zeigt Abb. i einen Querschnitt durch die Maschine, Abb. 2 ein Steuerdiagramm, Abb. 3 eine Ansicht der Maschine und Abb. q. einen Schnitt durch ein Gebläse.
In Abb. i sind a der Arbeitsraum des Zylinders, b der im unteren Totpunkt dargestellte Arbeitskolben, c die Auslaßschlitze, ,d die Hauptspülschlitze, ei die Hilfsspülschlitze und fein Verteiler oder Drehschieber, durch den die Spülluft zentral hindurchgeleitet und durch Öffnungen e2 den Spülschlitzen ei zu einem bestimmten Zeitpunkt zugeführt wird. Im Zylinderkopf kann ferner bei g, je nachdem, ob es sich um eine Dieselmaschine oder gemischverdichtende Maschine handelt, eine Einspritzdüse, Vorkammer, Zündkerze od. dgl. angeordnet sein.
Der Hauptspülstrom S1 tritt bei d radial, tangential oder/und schräg aufwärts gerichtet in den Zylinder ein und wird in einem Bogen z. B. nach Art der Umkehrspülung zu den Auslaßschlitzen c geführt. Er wird. nach der Erfindung zweckmäßig ohne besondere Gebläsevorrichtung lediglich durch die Wirkung der schwingenden Abgassäule erzeugt. Zu diesem Zweck ist die Auslaßleitung derart ausgebildet und bemessen, daß bei der üblichen Betriebsdrehzahl eine besonders hohe Saugwirkung durch die schwingende Abgassäule entsteht.
Um jedoch auch bei anderen als diesen Betriebsdrehzahlen eine ordnungsgemäße Spülung zu erzielen, ist ein weiterer Hilfsspülstrom S2 vorgesehen, welcher von einem Gebläse oder Verdichter erzeugt wird. Dieser zusätzliche Spülstrom dient gleichzeitig zur Ausspülung der vom Hauptspülstrom nicht erfaßten Wirbelecken W. Zu diesem Zweck sind die Spülschlitze ei schräg aufwärts gegen die Umfangspartien des Zylinders am Zylinderkopf gerichtet, wodurch die Wirbelecken zerteilt, aufgelockert oder zerschossen und auch die Abgasreste dieser Wirbelecken durch die noch geöffneten Auslaßschlitze hinausgetrieben werden. Die geeignetste Öffnungszeitdauer, d. h. Beginn und Schluß der Eröffnung, Höhe und Querschnitt der Schlitze und der Druck der Zusatzspülluft stehen hierbei zur Erzielung eines besten Spülerfolges und einer höchsten Nutzleistung in gesetzmäßigen Zusammenhängen, die ihrerseits wieder von den Abmessungen -der Maschine; ihrer Drehzahl, der Auspuffleitung, dem verlangten mittleren effektiven Druck abhängen.
In Abb. 2 ist ein- Steuerdiagramm für die Maschine dargestellt. Hierbei ist aA der Eröffnungswinkel der Auspuffschlitze c, aE der Eröffnungswinkel für den Haupteinlaßstrom S1 und aE der Eröffnungswinkel für den Zusatzeinlaßstrom S2. Während die Öffnungen d für den Hauptspülstrom lediglich durch die Hinundherbewegung des Kolbens gesteuert werden, erfolgt die Steuerung der Einlaßschlitze ei für den Zusatzspülstrom einerseits durch den Kolben und andererseits durch den Schieber f. Der Antrieb des letzteren ist hierbei derart vorgesehen, daß er die Zuleitung der Spülluft zu den Eintrittsschlitzen ei durch die Öffnung e2 erst am Ende der Spülperiode des Hauptspülstromes freigibt, wobei nach Abb. 2 die Einlaßperiode des Zusatzspülstromes sich mit derjenigen des Hauptspülstromes um einen gewissen Winkel überschneidet. Der Winkel aE beträgt zweckmäßig etwa 30 bis 6o°. Die Schlitze für den Zusatzspülstrom können hierbei gleichzeitig, vor oder nach den Auslaßschlitzen geschlossen werden. Erfolgt der Einlaßschluß des Zusatzspülstromes später als der Schluß des Auslasses, so wird dadurch eine unter Umständen zweckmäßige Nachladung erzielt.
Der Zusatzspülstrom kann gegebenenfalls auch dazu dienen, Abgasreste an anderen Stellen, z. B. im Kern des Zylinderraumes, aufzuteilen oder durchzuspülen.
Wie Abb. 3 zeigt, kann zweckmäßig der Steuerschieber f gleichachsig mit dem Verdichter h für die Spülluft angeordnet werden, wodurch für beide Teile ein einfacher gemeinsamer Antrieb ermöglicht wird. Zwischen Verteiler und Verdichter kann eine (gegebenenfalls auch beliebig ausschaltbare) Kupplung vorgesehen sein.
Eine besonders zweckmäßige Lieferung der Spülluft für einen Haupt- und Zusatzspülstrom zeigt ferner die Abb. 4. Das Gebläse h ist hierbei als Drehkolbenverdichter ausgebildet, wobei die Luft bei i in das Gehäuse des Verdichters eintritt und bei k für den Hauptspülstrom, bei Z für den Zusatzspülstrom entnommen wird. Wie hierbei ersichtlich, wird die bei Z entnommene Spülluft auf einen wesentlich höheren Druck verdichtet als die bei k abgeführte Hauptspülluft, was für die Beseitigung der Wirbelecken im Zylinderraum von besonderem Vorteil ist. Zweckmäßig werden etwa 2/s bis g/4 der gesamten Spülluftmenge für den Hauptspülstrom und nur der verhältnismäßig kleine Rest für die Zusatzspülung verwendet. Die bei L entnommene Zusatzspülluftwird vor Eintritt in den Zylinderraum dem Drehschieber f zugeleitet. Durch diese Anordnung kann man mit einem einzigen Gebläse verschieden hohe Spüldrücke und eine zweckmäßige Mengenverteilung der Spülluft auf den Haupt- und Zusatzspülstrom erzielen. Gegebenenfalls könnten jedoch auch die beiden Spülströme unabhängig voneinander von verschiedenen Spülmittellieferern erzeugt werden. Auch kann das das Spülmittel liefernde Gebläse beliebig oder selbsttätig abschaltbar sein, z. B. derart, daß es nur im unteren Drehzahlbereich wirksam ist, während im oberen Drehzahlbereich die Spülung ausschließlich oder im wesentlichen durch die Saugwirkung der schwingenden Abgassäule erfolgt.
Ferner kann auch bei gemischverdichtenden Zweitaktbrennkraftmaschinen ein Doppelverdichter vorgesehen werden, welcher Spülluft und Gemisch getrennt verdichtet, wobei die Spülluft durch die Haupteinlaßschlitze eintritt, während das Gemisch während der letzten 3o bis 6o° der Auslaßperiode durch die Zusatzschlitze bzw. durch besondere Schlitze, die außer vom Kolben von einem anderen Steuerorgan, z. B. Drehschieber, gesteuert werden, eintritt. Das Gemisch ist hierbei natürlich fetter als normal einzustellen, und es muß für eine gute Durchwirbelung gesorgt werden. Der Vorteil dieser Anordnung liegt darin, daß die Spülung besonders wirksam gestaltet werden kann, da keine Rücksicht auf Gemischverluste genommen zu werden braucht und dadurch ein guter mittlerer Druck erzielt wird. Außerdem wird durch diese Trennung der Brennstoffverbrauch heruntergesetzt.

Claims

PATENTANSPR17CHE: i. Zweitaktbrennkraftmaschine mit vom Arbeitskolben gesteuerten Ein- und Auslaßschlitzen und mit einem Umkehrspülstrom, bei der außer dem Hauptspülstrom durch getrennte Einlaßschlitze eine zusätzliche Spül- und Lademenge zur Entfernung von Abgaskernen in den Zylinder eingeführt wird und mit der Einführung der zusätzlichen Spül- und Lademenge am Ende oder kurz vor dem Ende der Einführung des Hauptspülstromes und vor Abschluß des Auslasses begonnen wird und bei der ferner die zusätzlichen Spülstrahlen von der Zylinderwand aus unter Kreuzung der Bahn des Hauptspülstromes mit großer Durchschlagskraft im wesentlichen diagonal schräg gegen die Umfangsecken des Zylinderraumes am Zylinderkopf gerichtet sind, dadurch gekennzeichnet, daß der Hauptspülstrom ganz oder teilweise in an sich bekannter Weise durch die Wirkung der schwingenden Abgassäule erzeugt wird, während der z. B. durch einen Drehschieber gesteuerte zusätzliche Spülstrom von einem Verdichter geliefert wird.
2. Zweitaktbrennkraftmaschine nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß der den zusätzlichen Spülstrom steuernde Drehschieber gleichachsig mit dem Gebläse oder Verdichter gekuppelt ist.
3. Zweitaktbrennkraftmaschine nach den Ansprüchen i und 2, dadurch gekennzeichnet, daß beide Spülströme von einem gemeinsamen Spülmittellieferer oder getrennten Spülmittellieferer geliefert werden, wobei beide Ströme mit gleichem oder verschiedenem Druck in den Zylinder eingeführt werden können.
4. Zweitaktbrennkraftmaschine nach den Ansprüchen i bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Hauptspülstrom an einer Stufe niedrigerer Verdichtung des gemeinsamen Spülmittellieferers (z. B. eines Drehkolbenverdichters) als der zusätzliche Spülstrom entnommen wird. Angezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 257 181, 309 349, 466 557, 515 099, 555 152, 657 203, 468 646, 468 961; USA.-Patentschrift Nr. 1 732 578; Zeitschrift »Forschung auf dem -Gebiete des Ingenieurwesens«, Bd. 5, 1934 S. 226_ bis 237.