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Zweitaktbrennkraftmaschine mit Luftspülung und Gemisdmachladung Die
Erfindung bezieht sich auf eine Zweitaktbrennkraftmaschine mit Luftspülung und Gemischnachladung,
bei der ein aus einem Kraftstoff, wie z. B. Gasöl od, dgl., und Luft bestehendes
Gemisch getrennt vam Arbeitszylinder in einem Ladezylinder auf einen Druck entsprechend
einer Temperatur unterhalb der Selbstentzündungstemperatur und höher als der gleichzeitig
im Arbeitszylinder herrschende Drur-k verdichtet und nach Schließen des Abgasauslaßkanals
des Arbeitszylinders durch einen Überströmkanal in den Arbeitszylinder übergeschoben
und im Arbeitszylinder bis auf eine die Selbstentzündung herbeiführende Temperatur
weiterverdir-htet wird. Derartigd Maschinen sind an sich bekannt und werden gewöhnlich
in der Form ausgeführt, 'daß jedem Arbeitszylinder ein Ladezylinder zum Ansaugen,
Verd(ichten und überschieben des Kraftstoff-Luft-Gemisches zugeordnet ist. Bei dieser
Bauart wurde bisher ein horizontal auf die Mittelachse des Arbeitszylinders gerichteter
überströmkanal füi- das Einleiten des Gemisches verwendet. Auch trichterförrnig
zum Brennraum im Arbeitszylinder sich erweiternde bzw. nach beiden Seiten auseinandergespreizte
Überströmkanäle sind bereits bekannt. Hierdurch'ergibt sich der Mangel, daß beim
Überströmen des Gemisches GegenstrÖmungen auftreten, die Energie verzehren und die
Vermischung der Ladung im Arbeitszylinder behindern. Die Gernischaufbereitung wird
infolgedessen verzögert.
Um diese Nachteile zu vermeiden, wird gemäß
der Erfindung zwischen Ladezylinder und Arbeitszylinder ein gegenüber der Arbeitszylinderlängsachse
in Richtung auf den Zylinderkopf geneigter und gegebenenfalls auch in einseitig
tangentialer oder annähernd tangentialer Richtung zur Arbeitszylinderwand angeordneter
Überströmkanal mit wenigstens annähernd konstantem Querschnitt vorgesehen, durch
welchen die in den Arbeitszylinder einströmendeLadung unterAusnutzung ihrer Strömungsenergie
in Rotation versetzt wird, wobei eine Wärmeaufnahme und -Vermischung der Ladung
stattfindet und die Zündverzugsze#it zwecks Erzielung g einer hohen Drehzahl herabgesetzt
wird. Die Neigung des Kanals bewirkt beim Einströmen eine Rotation um eine Ouerachse
zum Arbeitszylinder und die tangentiale Einstellung eine Rotation um die Zylinderlängsachse.
Diese Rotation erfolgt mit bestimmter gleichbleiibender Drehrichtung, so daß Wirbelb,ildung
durch energieverzehrende Gegenströmungen vermieden und eine hohe Strömungsgeschwindigkeit
erreicht wird. Die Gemischaufbereitung wird dadurch beschleunigt. Der geneigte bzw.
tatigential angeordnete Überströnikanal wird zweckmäßig in Form eines Schlitzes
mit größerer Breite als Höhe ausgebildet.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung näher erläutert.
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Fig. i zeigt einen Vertikalschnitt durch eine, Zylindereinheit; Fig.
2 zeigt einen Vertikalschnitt in Richtung der Linie A-B der Fig. i und Fit-'-
3 einen Vertikalschnitt in Richtung der , Linie C-D der Fig. i; Fig.
4 und 5 zeigen den waagerechten Schnitt in Richtung der Linie A-B bzw. den
vertikalen Schnitt in Richtung der Linie C-D der Fig. i für eine andere Ausführungsform
der Maschine.
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In Fig. i bezeichnet io den Arbeitszylinder und 3 den Ladezylinder.
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Das Stenerorgan zwischen Ladezylinder 3 und, Arbeitszyl,inder
io ist ein kohrschieber i, welcher am Ladekolben 2 bef estigt ist. Der Ladezylinder
3
ist nach der Deckelseite durch einen mit Kolbenringen 27 versehenen
Dichtungskolben 4 abgeschlossen.
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Der Außendurchmesser des Dichtun-gskelbens 4 ist abzüglich des Latifspieles
gleich dem Innendurchmesser des Rohrschiebers i. Der Außendurchmesser des Rohrschiebers
ist abzüglich des Laufspieles gleich dem Durchmesser des Ladezylindiers
3.
Der Rohrschieber i ist mit einem Gemischüberströnischlitz 6 und
einem Gernischeinlaßschlitz 7
versehen. D ' ie Unterkanten dieser Schlitze
liegen in der Regel in Höhe der Oberseite des Bodens des Ladekolbens 2.
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Zur Abdichturig des Ladezylinders 3 gegen das Kurbelgehätise
8 trägt der Ladiekolben 2 Kolbenringe g.
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Zur zeitweiligen räumlichen Verbindung von Arbeitszylinder io und
Ladezylinder 3 ist die Zvlinderzwischen,wand mit einem Geinischüberströmkanal
i i versehen. Die Oberkante 12 dieses Kanals i i im Arbeitszylinder io ist etwa
so hoch angeordnet, daß der Arbeitskolben. 17 dir- Kante 1:2 beim Verdichtungshub
im Zeitpunkt der Zündung überläuft. Die Lage der Unterkante 13 im Arbeitszylinde-r
wird von der erwünschten Einströmrichtung und dem erforderlichen, Zeitquerschnitt
bestimmt.
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Die Oberkante:23 des Gemischüberströnikanals ii im Ladezylinder
3 ist in annähernd gleicher Höhe wie die Unterkante 14 des Gemischüberströrnschlitzes
6 im Rohrsch.ieber i bei oberer Totpunktstellung des Ladekolbens 2.
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Dit Unterkante 15 des Geinischüberströnikanals i i im Ladezylinder
3 bestimmt in ihrer Höhenlage zusammen mit der Oberkante 16 des Gemischüb-erströmschlitzes
6 im Rohrschieber i den Beginn des Gemischüberströnivorganges.
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Die Höhenlage der Oberkante 16 des Gemischüberströmschlitzes
6 ist so festgelegt, daß der Rohrschieber i dann den Gemischüberströmkanal
i i zu schließen beginnt, wenn der nach-eilende Arbeitskolben 17 mit seiner
Kolbenbodenoberkante iS wieder den Gemischüberströnikanal ii erreicht.
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Die Höhe des Gemischeinlaßschlitzes 7 im Rohrschieber i ist
gleich der Höhe des Gemischeinlaßkanals ig im Ladezylinder 3.
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Der Spüllufteinlaßkanal 2o wird durch die Unterkante 21 des Ladekolbens
2 gesteuert. Der Auslaßkanal 2:2 des Arbeitszylinder# io wird vom Arbeitskolben
17 gesteuert.
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Der AlAauf des Gemischüberströmvorganges ist nachstehend beschrieben:
In der unteren Totpunktstellung des Ladekolbens 2 ist der Gemischeinlaß voll geöffnet,
da, hier die Querschnitte von Geinischeinlaßschlitz 7
und Geinischeinlaßkanal
ig sich genau gegenüberstehen. Gleichzeitig verschließt der Rohrschieber i den Gernischüberströnikanal
i i und trennt Arbeitszylinder io und Ladezylinder 3 räumlich voneinander.
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Beim nun folgenden Hub des Ladekolbens 2 nach seinem unteren Totpunkt
wird das vom Ladekolben 2 in den Ladezylinder 3 gesaugte Brennstoff-Luft-Gemisch,
bzw. die reine Luft bei Betrieb mit Einspritzvorrichtung verdichtet. Wenn die Oberkante
16 des Gemischüberströmschl:itzes 6 des Rohrschiebers i die Unterkante 15
des Gemischüberströmkanals i i erreicht hat, beginnt die Überströmung des Brennstoff-Luft-Gemisches
vom Ladezylinder 3 in den Arbeitszylinder io. In dieser Stellung ist der
Spülvorgang im Arbeitszylinder io beendet- und das Brennstoff-Luft-Gemisch im Ladezylinder
3 auf einen höheren als der gleichzeitig im Arbeitszylinder io herrschende,
Druck verdichtet Hat die Unterkante 14 des Gemischüberstri5nischlitzes
6 im Rohrschieber i die Oberkante:23 des Gemischüberströrnkanals i i im Ladezylinder
3 erreicht, so ist der Ladekolben 2 in seinem oberen Totpunkt angelangt und
dJe Gemischüberströmung beendet.
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Gleichzeitig steht de# nacheilende Arbeeitskolben 17 kurz vor'dern
Zündpunkt und mit seiner Oberkante iS in. gleicher Höhe mit der Oberkante 1:2
des
Gemischüberströmkanals i i im Arbeitszvlinder io. Der Arl>eitskolben 17 verschließt
jeizt im weiteren Lauf nach seinem oberen Totpunkt den Gernischüherströmkanal ii.
Wenn die Oberkante 18 dies Arbeitskolbens 17 auf dessen nun folgenden A#bwärtslauf
den Gemischüberströmkanal ii wieder erreicht, hat der Rohrschieber i durch die Voreilung
des Ladekolbens 2 bereits wieder das Schließen des Gernischüberströrnkanals ii eingeleitet
und diesen Kanal i i dann wieder völlig verschlossen, wenn der Arheitskolben 17
mit seiiner Oberkante 18 dJesen Kanal i i ganz f reizugeben begi-nnt.
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Gemäß Fig. i hat die Maschine am Arbeitskolben den Deckel
35, in den die als Anlaßhilfe dienende Glühkerze 36 mit Hilfe der
Ringmutter 37 eingeschraubt ist. Die Befestigung des Kolbendeckels
35
an der Zylindereinheit erfolgt mit Hilfe der brillenförmig ausgestalteten
Platte 38, die mittels Bolzenschraub-en 39 auf den Block aufgeschraubt
ist. Der Deckel 35 wird mittels Ringmutter 4o fegst mit der brille,nfÖrmigen
Platte 38 verschraubt. - in gleicher Weise, -,vie der Kolben4 im Ladezylinder
mittels Ringinutter4i mit der Platte38 verschraubt wird.
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In dem Kolben 4 des Ladezylinders ist von oben her die EinspritzdÜse
42 dicht eingeschraubt, die über die Kraftstoffleitung 43 mit einer im einzelnen
nicht dargestellten Einspritzvorrichtung, vorzugsweise Niederdruckeinspritzvorrichtung,
in Verbindung steht.
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Es wird bemerkt, daß es in bekannter Weise möglich ist, dein Deckel
35 des Arbeitszylinders beim Anlassen gegen den Arbeitskolben 17 in
Richtung der Zylinderlängsachse zu verschieben. Es wird dadurch bis zum Anspringen
des kalten Motors der Verdichtungsdruck erhöht. Man kann auf diese Weise den Motor
infolgedessen unter Umständen auch ohne Glühkerze anlassen.
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Die Wirkungs.weise der Brierrnkraftmaschine mit Luftspülung und Gemischnachladung
ist im'einzelnen folgende: Von den Unterseiten vorn Arbeitskolb,en 17 und Ladekolhen
2 wird in das Kurbelgehäuse reine Luft zur Spülung und Ladung des Arbeitszylinders
io angesaugt, gesteuert durch die Kolbenunterseite selbst.
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Im folgenden Takt wird die Luft im Kurbelgehäuse vorverdichtet. Gleich-zeitig
findet im Arbeitszylinder die Verbrennung und im Ladezylinder das Ansaugen statt.
In den Ladezylinder wird bei Vergaserbetrieb Kraftstoff -Luft-Gemisch unter Verwendung
von Gasöl oder ähnlichen Kraf tstoffen, angesaugt, das nach Verschließen &s
Gemischeinlaßkanals ig, gesteuert durch den Ladekolben 2, im Ladezylinder verdichtet
wird. Gleichzeitig oder genauer um die Voreilung des Ladekolhens 2 später wird im
Arbeitszylinder die durch die Spülluftüberströrnkanäle 24 übergeströmte reine Luft
verdichtet.
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Bei Anwendung einer Einspritzpumpe ist der Einspritzbeginn in den
Ladezylinder so gesteuert, daß an diesern Punkt der Ladekolben 2 den Gemischeinlaßkanal
bereits verschlossen hat und die nun auch hier angesaugte reine Luft bereits verdichtet
wird. Der Überströrnbeginn vom Ladezylinder in den Arbeitszylinder, der voni der
Voreilung des Ladekolbens 2 und der Lage der Unterkante 15 des Gemischüberströmkanals
i i im Ladezylinder und der Höhe der Oberkante 16 des Gernischüberströmschlitzes
6 im Ladekolben abhängig ist, wird so spät gelegt, wie dies im Interesse
einer nicht zu starken Drosselung beim Überströmvorga-ng von Ladezyli%nder in den
Arheitszylinder noch möglich ist. Diese Betriebsweise ist deshalb wichtig, weil
dadurch indirekt der Zündpunkt im Arbeitszylinder beeinflußt werden kann. Praktisch
wird bei diesem Verfahren ein Kraftstoff-Luft-Gemisch verdichtet, ähnlich wie dies
auch bei Benzinmotoren der Fall ist, jedoch mit folgenden wesentlichen Unterschieden:
Zunächst wird im Arbeitszylinder io nur reine-Luft verdichtet. Gleichzeitig ist.
das im Ladies zylinder verdichtete Gemisch 'so kraftstoff reich, daß es bei seiner
Vermischung mit der dort befindlichien Spülltift ein brenrifähiges Gemisch bil,den
kann. Bei dem nun folgenden Gemischüberströmvorgang vom Ladezvlinder durch den Gemischüberströnikanal
i i in den Arbeitszylinder ist immer noch in beiden Zylindern gleichzeitig ein unbrennbares
Gemisch vorhanden, das im Ladezylinder zu kraftstoffreich und im Arbeitszylinder
zu kraftstoffarrn ist. Es kann infolgedessen keine vorzeitige Zündung stattfinden.
Erst, wenn der Arbeitskolbcn sich dem Zündpunkt nähert, ist die gesamte. Ladung
des Ladezylinders in den Arbeitszylinder übergeströmt, und däs Gemisch wird brennbar.
Der Arbeitskolben 17 verdichtet jetzt noch. allein weiter, bis die notwendige
Verdichtungslernperatur erreicht ist und die Zündung erfolgt. Beim überströmvorgang
in den Arbeitszylinder durch den Gemischüberströmkanal i i tritt infolge der annähernd
tangentialen Einmündung des GeTnischüberströmkanals i i in den Verhrennungsraum
im Arbeitszylinder und; infolge der hohen überströmgeschwind:igkeit eine starke
gleichgerichtete Wirbelung auf. Diese erfaßt die gesamte Zylinderladung und hält
bis zum Anlauf der Verbeennung der gesamten Zylinderladung an.
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Die Gemischbildung wird dadurch wesentlich gefördert und die Zündverzugszeit
verkürzt. Im Augenblick der Zündung ist kein Kraftstoff in feiner Tropfenform mehr
vorhanden. Dieser ist vielmehr zu diesem Zeitpunkt schon vergast, wozu auch die
Verdichtung im Ladezylindeir und die Wärmeaufnahme bei der Wirbelung entlang der
Brennraumoberfläche ihren Teil dazu beiträgt. Infolge dieser Verwirbefung im Arbeitszylinder
ist ein sehr kurzer Zündverzug erreichbar und dadurch eine wesentliche Drehzahlsteigerung
möglich. Es können infolgedessen auch Kleinmotoren mit durch #'erdichtungswärme
selbst entzündbarem Kraftstoff, wie Gasöl und ähnliche Kraftstoffe, betrieben werden.
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Ein weiterer Vorteil ist der, daß das Betriebsverdichtungsvetrhültnis,
um sichere Zündung zu erreichen, verhältnismäßdg niedrig sein kann, da hier nicht
eine überschüssige Verdichtungswärme
zurr Gemischbildiung erforderlich
ist. Dieser Vorteil bedeutet eine Verringerung des Motorengewichtes und eine Verbesserung
des Leistungsgewichtes.
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Die neuartige Anordnung des Geini5chüberströmkanals i i ermöglicht
die nachstehend beschriebenen Vorgänge: i. Beim Spülvorgang im Arbeitszylinder io
entsteht bei Anwendung der bekannten Umkehrspülung eine Turbtilenz im Arbeitszylinder
io, welche ihren Anfang be-,im Austritt der Spülluft aus dem Spülluftüharströmkanal
:24 hat und entlang der Zylinderzwischenwand hochsteigt, dem Umfang des halbkugeligen
Verbreimwigsraumes entlang läuft und der Zylinderwand an der Auspuffseite be#im
anschließenden Weg zum Auslaß 22 folgt. Diese Tu-rbu#-lenz wird in: gewissen Grenzen
auch während der Kompression im Arbeitszylinder io nach Schließen des AuSlaSSeS
22 beibehalten. Bei der Einmündung des Geinischüberströnikanals ii tangen.tia:1
zum Umfang des Verbrenntingsraumes kann das in den Arbeitszyli-nder io einströmende
Kraftstoff-Luft-Gemisch in der bereits vorhan&-nen Strömungsrichtung der vorverdichteten
Spül-Inft einfließen und hatdamit den geringstmöglichen Strömungswiderstand zu überwinden.
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2. Durch Schrägstellen (bezogen auf die KurbelweIlenachse) der senkrechten
Seitenflächen 25, 26
des Geinischüberströnikanalis ii (vgl. Fig.
5) wird erreicht, daß das Brennstoff-Luft-Gemisch mit Drall uni die Arbeitszylinderlängsachse
in den Arbeitszylinder io einströmt und dadurch vermöge der Wirbelung die Vermischung
von Spülluft und Brennstoff-Luft-Gemisch im Arbeitszylinder io unterstützt.
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3. Da-s mit hoher Geschwindigkeit durch den Geinischüberströnikanal
ii strömende Kraftstoff-Luft-Gemisch folgt bei der beschriebenen Kanalanordnung
dem Umfang des Verhrennungsraumes und gerät in eine Turbulenz, die auch über den
Zeitpunkt der Zündung hinaus anhält. Eine solche turbulente Durchwirbelung des Kraftstoff-Luft-Gemisches
im Verbrennungsraum wirkt dich in bezug auf den Ablauf der Verbrennung günstig aus.
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Fig.:2 zeigt einen Schnitt in der Ebene A-B nach Fig. i mit Seitenflächen
28, 29, die parallel zu der für den Arbeitszylinder io und dem LadezylindeT
3
geme -insamen Achse 34 verlaufen. Daß diese Flächen 28, :zg zur Horizontglebene
geneigt sind, ist aus Fig. f zu ersehen. i i ist der Geinischüberströnikanal.
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Fig'. 3 zeigt einen Schnitt in der Ebene C-D nach Fig. i und
entspricht der Ausführungsfo-rin nach Fig.:2. Die Fig. 3 läßt erkennen, daß
die Kanalflächen 30, 31 geneigt sind. Das Brennstoffgemisch strömt dürch
den Geinischüberströnikanal, ji. Fig. 4 zeigt ebenfalls einen Schnitt in- der EbeneA-B
nach Fig. i, jedoch mit schräg gestellten Seitenflächen 25, 26.
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Fig. 5 zeigt einen Schnitt in der Ebene C-D nach Fig. i und
entspricht der Ausführungsform nach Fig. 4. Die waagerechten Kanalflächen sind mit
32, 33 bezeichnet.
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Diese Ausführungsforin nach. den Fig. 4 und 5
gestattet, daß
zusätzlich ein Drall um die Arbeitszylinderlängsachst erzeugt wird.