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Zweitakt-Brennkraftmaschine mit einem Nachladezylinder je Arbeitszylinder
Zusatz zum Patent 808 655 Im Hauptpatent 8o8 655 ist eine Zweitakt-Brennkraftmaschine
vorgeschlagen mit einem Nachladezylinder je Arbeitszylinder zum Ansaugen, Verdichten
und Überschieben des unentzündeten Kraftstoff-Luft-Gemisches, mit einem zeitweise
verschließbaren Verbindungsorgan zwischen Arb.eits-und Nachladezylinder, und einem
gemeinsamen Kurbelkastenpumpen.raum je Arbeits- und Nachladekolbenpaar, bei der
die Pleuelstangen beider Kalben so mit der Kurbelwelle verbunden sind, daß der Nachladekolben
dem Arbeitskolben konstant vorauseilt und bei der der Arbeitskolben mit der Oberkante
die Spüllufteinlaß- und Abgasauslaßschlitze steuert, während der Nachladekolben
mit der Oberkante Gemischeinlaßschlitze und mit der Unterkante Luftansaugschlitze
für die Kurbelkastenpumpe steuert, wobei die Entzündung der übergeschobenen Ladung
nach Beendigung des Überströmvorganges im Arbeitszylinder erfolgt.
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Gemäß der Erfindung wird diese Zweitakt-Brennkraftmaschine nach Hauptpatent
in der Weise weitergebildet, daß der Gemischüberströmkanal so angeordnet ist, daß
dem durchströmenden unentzündeten Kraftstoff-Luft-Gemisch beim Einströmen in den
Arbeitszylinder in an sich bekannter Weise eine Richtung verliehen wird, die bewirkt,
daß der Gasstrom den Umfang des annähernd halbkugeligen Verbrennungsraumes folgt
und vermöge der Geschwindigkeitskräfte des Gasstromes in Turbulenz gebracht wird.
Zweckmäßig wird dies gemäß der
Erfindung in der Weise verwirklicht,
daß die Oberkante und Unterkante des Überströmkanals tangential oder annähernd tangential
zum Umfang des annähernd halbkugeligen Verbrennungsraumes in den Arbeitszylinder
einmünden.
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Durch diese Maßnahme der Erfindung kann diel im Hauptpatent vorgeschlagene
Zweitakt-Brennkraftmaschine dahingehend verbessert werden, daB die Ausbreitung der
Verbrennung im Brennraum des Arbeitszylinders unterstützt und damit der Klopfneigung
des Motors entgegengewirkt wird. Durch die erfindungsgemäße Anordnung des. Überströmkanals
zwischen Hilfs- und Arbeitszylinder wird erreicht, dal3Ydas. Gemisch: im Arbeitszylinder
eine rotierende Bewegung ausführt, welche die Gemischaufbereitung und damit die
Verbrennung begünstigt. Als Folge davon kann das. Verdichtungsverhältnis im Arbeitszylinder
erhöht und damit ein weiterer Leistungsgewinn und eine Senkung des Kraftstoffverbrauches
erreicht werden.
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Es ist bereits eine Zweitakt-Brennkraftmaschine bekannt, bei der dem;
Arbeitszylinder ein Hilfszylinder zugeordnet ist und ein Überströmkanal beide Zylinder
verbindet. Diese bekannte Maschine unterscheidet sich vom Gegenstand -des Hauptpatents
und der Erfindung dadurch, daß die Entzündung des, Gemisches. bereits. im Hilfszylinder
durch die Verdichtungswärme erfollgt - und die brennende Ladung in den Arbeitszylinder
übergeschoben wird, während gemäß dein Hauptpatent und gemäß der Erfindung das unentzündete
Gemisch vom: Hilfszylinder durch den Überströmkanal in den: Arbeitszylinder übergeschoben
und die Zündung im Arbeitszylinder eingeleitet wird. Ob--
wohl bei der bekannten
Maschine die obere Begrenzungsfläche des Überströnikanals ebenfalls tangentiad zum
Umfang eines annähernd halbkugeligen VerbTennungsraumes in den Arbeitszylinder einmündet,
kann hier diese Maßnahme, da das. Gemisch bereits. im brennenden Zustand in den
Arbeitszylinder gelangt, nicht , zur Gemischaufbereitung beitragen. Außerdem, ist
eine konstante Voreilung des Hilfskolbenis, gegenüber dem Arbeitskoilben, wie sie
das, Hauptpatent vorsieht, bei der bekanntem Maschine nicht vorhanden. Es. sind
weiterhin bereits Zweitakt-Brennkra£tmaschinen mit getrennter Einführung von Gemisch
und Spülluft in den Arbeitszylinder bekanntgewoirdeti, bei denen das Gemisch ebenfalls
derart in den Zylinder eingebracht wird, d'aß es, dort kreist. Bei diesen bekannten
Maschinen erfolgt jedoch die Gemisch, zufuhr noch bei geöffneten Auslaßschlitzen,
und die kreisende Bewegung des Gemischstromes soll nicht der Aufbereitung dienern,
sondern zur Verhinderung des. Abfließens von Gemisch in die Aus.laßleitung.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist an Hand der Abbildung näher
erläutert, in der eine erfindungsgemäße Zweitakt-Brennkra£tmaschine im Vertikalschnitt
dargestellt ist.
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Der Ladezylinder L ist an seiner Deckelseite durch einen Kolbenschieber
KS abgeschlossen, welcher im allgemeinen den gleichen Durchmesser wie der Ladezylinder
aufweist. Zum Zwecke der Gasabdichtung sind am Umfang des Kolbenschiebers zwei oder
mehrere Kolbenringe eingelassen.
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Der in Richtung der Lade@zylinderlängs.achse verschiebbare Kolbenschieber
ist mit einer oder .mehreren; ineinander arbeitenden Federn F über eine Federplatte
FP mit dem Zylinderdeckel ZD verbunden., und zwar soi, daß die Federn mit ihrem
einen En4e am Kollbenschieber und mit ihrem anderen Ende an der Federplatte befestigt.
sind.
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Zwecks Einstellung der Federkraft kann die Federplatte in Richtung
der Ladezylinderlängsarhse verschiebbar sein. Zur Dämpfung der Beschleunigtt gslcräfte,
zur Entlastung der Federn und zur Aus.schlagsbegrenzung des Koilbenschiebers kann
in oder außerhalb der Federn eine besondere hydraulische oder mechanische Vorrichtung
angebzacht sein. Bei der, Verwendung von mehr als einer Feder ist die Anordnung
soi, daß jede Feder jeweils. nur auf Zug oder auf Druck beansprucht wird.
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Arbeitszylinder A und Ladezylinder L sind durch den
Gemischüberströmkanal GÜ verbunden. Die Längsachse des Gemischiiberströmkanals ist
zur Längsachse der Zylinder so, geneigt, daß das Kraftstoff-Luft-Gemisch tangential
zum annähernd halb,-kugeligen Verbrennungsraum V in den Arbeitszylinder einströmt.
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Die Wirkungsweise dieser Steuerung ist nachstehend beschrieben: Beim
Lauf des Ladekollbens zu seinem oberen Tonpunkt verdichtet dieser das im vorigen
Takt angesaugte Kraftstoff-Luft-Gemisch und übt dadurch einen Druck auf den. Boden
des Koilbenschiebers: aus. Ist dieser Druck entsprechend der bestimmten Federkraft
groß genug geworden, so beginnt sich der Kolbenschieber in Richtung der Zylinderlängsachse
zu heben. und öffnet den C-remischüberströmkanaL Damit ist der Üb,erströmvoirgang
in den Arbeitszylinder eingeleitet. Im; weiteren Verlauf - erreicht der, Koilblen.-schieber
eine Stellung, bei welcher der Gem.ischübers.trömnkanaJ voll geöffnet, der obere
T'oitpunkt des Lad'ekoilbens, jedoch noch nicht erreicht ist. In dieser Stellung
wird durch die entgegenwirkende Federkraft die Geschwindigkeit des@Koilbenschiebers
soi stark vermindert, daß der Ladekoilben den Kolbenschieber erreicht und- den Kolbenschieber
bis. zum oberen Totpunkt des Ladekolbens hochdrückt und dabei die Koilhenschieberfeder
weiter spannt. Beim nun folgenden Abwärtsgang des Ladekolbens foilgt der Koilhenschieber
plan auf dem Ladekolben aufliegend, vermöge der Federkraft der Kolhenschieberfeder,
dem Ladekoilben. Der Kolbenschieber schließt dadurch wieder den Gemischüberströ@mkana,1.
Damit wird bei dem nun ablaufenden Verbrennungsvorgang im Arbeitszylinder und dem
annähernd gleichzeitig ablaufendenAnsaugvorgan,g vorn Kraftstoff-Luft-Gemisch im
Ladezylinder die räumliche Trennung beider Zylinder voneinander bewerkstelligt.
Noch bevor der Kolbenschieber mit seiner Unterkante die Unterkante des Gemisch#
überströmkanals: erreicht hat, ist die Ko#lbenschieberfe-der wieder entspannt und
bremst durch die jetzt folgende Zugbeanspruchung, verursacht durch die
Trägheitskräfte
des Kolbenschiebers, dessen weiteren Abwärtslauf. Dadurch löst sich der Ladekolben
vom Kolbenschieber dann, wenn. dieser den Gemischüberströmka;na;l völlig verschlossen:
hat. Schließlich kommt der Kolhenschiebler in dieser Stellung zum Stillstand und
wird im Gleichgewicht von Unterdruck im Ladezylinder .und Federkraft in. dieser
Stellung gehalten, bis beim folgenden Aufwärtsgang des Ladekolhens der Kolbenschieber
zunächst seine Ruhestellung erreicht und beim ansteigenden. Druck im. Ladezylinder
wieder nach: oben gleitet und den Überströmkanal einleitet.
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Diese Anordnung des Kolbenschiebers ermöglicht eine Anordnung des
Gemischüberströmkanals, der die nachstehend beschriebenen Vorgänge ermöglicht.
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r. Beim Spülvorgang im Arbeitszylinder entsteht bei Anwendung der
bekannten Umkehrspülung eine Turbulenz im Arbeitszylinder, welche ihren Anfang beim
Austritt der Spülluft aus dem Spülluftüberströ:mkan.al Ü hat und entlang der Zylinderzwischenwand
hochsteigt, dem Umfang des halbkugeligen Verbrennungsraumes entlangläuft und. der
Zylinderwand an der Auspuffseite beim anschließenden Weg zum. Auslaß folgt. Diese
Turbulenz wird in gewissen Grenzen auch während der Kompression im Arbeitszylinder
nach Schließen des Auslasses beibehalten. Bei der Einmündung des Gemischüberströmka.na,ls
tangential zum Umfang des Verbren, nungsra,umes kann. das in den Arbeitszylinder
einströmende KraftStGff-Luft-Gemisch: in der bereits vorhandenen Strömungsrichtung
der vorverdichteten Spülluft einfließen und, hat damit den. geringst möglichen Strömungswiderstand
zu überwinden.
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a. Bei der beschriebenen Anordnung des Gemischüberströmkanals in Verbindung
mit dem, Kolbenschieber ist der schädliche Raum im Ladezylinder in seiner praktischen
Bedeutung gleich: Null.
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3. Das mit hoher Geschwindigkeit durch den, Gemischüberströmkanal
strömende Kraftstoff-Luft-Gemisch folgt bei der beschriebenen Kanalanordnung dem
Umfang des. Verbrennungsraumes und gerät in. eine, Turbulenz, die auch über den
Zeitpunkt der Zündung hinaus anhält. Eine solche turbulente Durchwirbelun:g des
Kraftstoff-Luft-Gemisches im Verb@renn;ungsraum, kurz vor und während der Verbrennung
wirkt sich in bezug auf den Ablauf der Verbrennung günstig aus, aus Gründen, die
im folgenden beschrieben werden: Der bekannte Klopfvoirgangbei Ottoi-Brennkraftmaschinen
entsteht bei entsprechend der Oktanzahl des Kraftstoffes zu. hoher Verdichtung am
Ende der Verbrennung dadurch, daß bei Einleitung der Verbrennung durch die Zündung
die Temperaturen und Drücke sehr rasch ansteigen. Diejenigen Teile des Kraftstoff-Luft-Gemisches,
die von der mit bestimmter Geschwindigkeit von, der Zündkerze aus fortschreitenden
Flammenfront bei diesem Temperatur- und Druckanstieg noch, nicht erreicht sind,
verbrennen detonationsartig ohne Zusammenhang mit dem Gesamtablauf der Verbrennung
und verursachen die bekannten Klopfgeräusche im Motor mit ihren sich auf das gesamte
Triebwerk des Motors auswirkenden schädlichen Erscheinungen. Es erscheint von dieser
Erklärung des Klopfvorganges ausgehend gegeben, da;ß eine -turbulente Durchwirbelung
des Kraftstorff-Luft-Gemisches im Verbrennungsraum. während des Verbrennungsvorganges
gleichzeitig die Ausbreitung der Verbrennung unterstützt und damit der Klopfneigung
des Motors entgegenwirkt. Als Folge davon kann dann das Verdichtungsverhältnis im.
Arbeitszylinder für einen Kraftstoff bestimmter Oktanzahl erhöht und damit ein weiterer
Leistungsgewinn und eine Senkung des Kraftstoffverbrauches infolge des bei höherer
Verdichtung besseren thermischen Wirkungsgrades erreicht werden. Die Vorteile der
beschriebenen Kolbensch.iebersteuerung und der dadurch möglichen Anordnung des Gemischüberströmkanals
sind: Die Herstellungskosten und der Werkstoffaufwand sind im Verhältnis zum Gesamtaufwand
des Motors niedrig.
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Die Kolbenschiebersteuerung erfordert keinen besonderen Antrieb. Es
ist keine besondere Druckölschmierung nötig, da; der Kolbenschieber von der Ladezylinderschmierung
gleichzeitig ausreichend versorgt wird.. Es wird eine wesentliche Gewichtseinsparung
erzielt. Die Motorleistung wird durch starke Verkleinerung des schädlichen Raumes
im Ladezylinder erhöht.
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Die Klopfneigung des Motors wird durch die dem Klopfvorgang, entgegenwirkende
Durchwirb,elung im Verbrennungsraum vermindert und dadurch eine Möglichkeit zur
Erhöhung des thermischen Wirkungsgrades gegeben.
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Der Arbeitsaufwand beim Überströmvorgang des Kraftstoff-Luft-Gemisches
wird vermindert.