DE966044C - Verfahren zum Betrieb eines Zweitaktverbrennungsmotors - Google Patents

Verfahren zum Betrieb eines Zweitaktverbrennungsmotors

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DE966044C
DE966044C DET4441A DET0004441A DE966044C DE 966044 C DE966044 C DE 966044C DE T4441 A DET4441 A DE T4441A DE T0004441 A DET0004441 A DE T0004441A DE 966044 C DE966044 C DE 966044C
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Description

  • Verfahren zum Betrieb eines Zweitaktverbrennungsmotors Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Betrieb von mit Luftverdichtung, Einspritzung flüssigen Kraftstoffes und Zeitpunktfremdzündung arbeitenden Zweitaktverbrennungsmotoren, und zwar insbesondere auf mit mittlerer bis hoher Tourenzahl laufende Motoren dieser Art.
  • Aus der USA.-Patentschrift 2 484 009 ist es bekannt, eine klopffreie Verbrennung in einem Verbrennungsmotor mit scheibenförmigem Verbrennungsraum durchzuführen. Hierbei wird die Luft in den Zvli.nder derart eingeführt, daß ein Luftwirbel von hoher Geschwindigkeit entsteht, der während des Verdichtungstaktes des Kolbens anhält; es wird flüssiger Kraftstoff in einen örtlich begrenzten Teil des komprimierten Luftwirbels mit Beginn bei 75 bis 30 Kurbelwinkelgraden vor dem oberen Totpunkt des Verdichtungstaktes eingespritzt und der erste Teil des eingespritzten Kraftstoffes an einer Stelle, die weniger als 9o° Wirbelbewegung des Gemischsegments von der Einspritzstelle entfernt liegt, unter Bildung einer Flammfront gezündet; die Einspritzung des Kraftstoffes erfolgt dauernd bei jedem Umlauf in örtlich begrenzte Teile des frischen komprimierten Luftwirbels unmittelbar vor der gebildeten Flaminfront, wodurch das brennbare Gemisch durch die Flammfront sofort gezündet wird und im wesentlichen sofort bei seiner Bildung verbrennt. Diese klopffreie Verbrennung wird auch für einen Zweitaktverbrennungsmotor mit Gleichstromspülung vorgeschlagen.
  • Es sind auch Zweitaktdieselmotoren mit Gleichstromspülung bekannt, z. B. aus der USA.-Patentschrift 2 058 35o, bei denen der Ausstoß der Verbrennungsprodukte und ebenfalls die Luftzufuhr während des letzten Teiles des Arbeitstaktes des Kolbens mit einer zeitlichen 'Verzögerung nach Beginn des Ausstoßens eingeleitet wird, wobei die Luft unter Bildung eines Luftwirbels eingeführt wird, der sich in gleichgerichtetem Strom in einer Säule durch den Zylinder vorwärts bewegt und die Verbrennungsprodukte durch den am entgegengesetzten Ende befindlichen Auslaß hinausspült. Derartige Dieselmotoren arbeiten jedoch mit Kompressionszündung, und die Verbrennung verläuft vollkommen andersartig. Wenn versucht wird, die bekannte Gleichstromspülung bei einem Motor mit klopf freierVerbrennung gemäß USA.-Patentschrift 2 484 oog anzuwenden, so ergeben sich andersartige Probleme. Diese entstehen aus der Kotwendigkeit, daß im Zeitpunkt der Kraftstoffeinspritzung ein regelm.äßi-gerLuftwirbel vorhanden ist, der sich wie ein fester Körper dreht bei gleicher Winkelgeschwindigkeit über dem Radius des Verbrennungsraumes, wobeidieZündungundVerbrennung soforterfolgen, so daß die örtlich begrenzten Segmente des komprimierten Luftwirbels augenblicklich mit dem Kraftstoff komprimiert werden können, der unter Beachtung eines bestimmten Kraftstoff-Luft-Verhältnisses, zwecks sofortiger Zündung eingespritzt wird.
  • Es wurde nun gefunden, daß diese Probleme in einem Zweitaktverbrennungsmotor gemäß USA.-Patentschrift 2 d.84 oog mit Gleichstromspülung und klopffreier Verbrennung dadurch gelöst werden, daß a) der Auslaß während des ersten Teils des Verdichtungstaktes geschlossen wird und die Luft noch eine gewisse Zeit lang nach dem Schließen des Auslasses weiter einströmt, b) für den Auslaß und die Lufteinströmung zusammen eine Gesamtzeit von mindestens ioo Kurbelwinl@elgraden verwendet wird und c) die Zeiten des Beginnes der Kraftstoffeinspritzung und der Zündung mit der Geschwindigkeit und Dauer der Einspritzung koordiniert werden. Hierbei erfolgt die Verbrennung gemäß dem Ottomotorenzyklus mit einem höchsten Druckanstieg nahe der oberen Totpunktstellung des Kolbens. Die erfindungsgemäßen Vorteile bestehen in einer wirksamen Verbrennung bei gleichzeitiger Kraftstoffersparnis, einer griindlichen Durchspülung des Zylinders, die auch bei geringerer Belastung stattfindet, und in dem im wesentlichen vollständigen Ausbleiben von Frühzündungen und Klopferscheinungen.
  • Besonders vorteilhafte Anwendungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind folgende: Bei einer Maschine mit horizontal gegenüberliegenden Kolben, wobei der die Auslässe steuernde Kolben mit seiner Kurbel so versetzt ist, daß er dem den Luftzugang steuernden Kolben um io bis 2o Kurbelwinkelgrade vorläuft; bei einer Maschine, in der die Lufteinlässe sich am Kopfende des Zylinders befinden und. durch verkleidete Ein:laßventile gesteuert werden, und bei einer Maschine mit Schieberventil, in der der Schieber im Winkel stehende Einlässe in der Zylinderwand nahe dem Kopfende des Zylinders steuert.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung wird die Luft in der Nähe des äußeren Totpunktes des Arbeitskolbens des Motors in der Weise eingeführt, daß der Luft in dem Zylinder eine mit hoher Geschwindigkeit erfolgende Wirbelbewegung mitgeteilt wird, um die Verbrennungsprodukte vor der wirbelnden Luftsäule her und durch die im Zylinderkopf befindliche Auslaßventilkammer im Wege der Gleichstromspülung hinauszudrücken. Auf diese `''eise wird genügend Luft eingeführt, um vor dem Schließen der Auslaßöffnung bzw. -öffnungen ein im wesentlichen vollständiges Spülen zu bewirken. Zach dein Schließen des Auslasses werden heim Verdichtungstakt die Lufteinlaßöffnungen durch den Kolben geschlossen, um eine volle Ladung Verbrennungsluft zu haben oder, wenn gewünscht, um bei jedem Kreisprozeß ein Vorverdichten in dein Motorzylinder zu gestatten. Diese Ladung wirbelnder Luft wird dann nach dem Schließen der Lufteinlaßöffnungen während der weiteren Bewegung des Kolbens bei dem Verdichtungshub verdichtet, während die mit hoher Geschwindigkeit erfolgende Wirbelbewegung der verdichteten Luft aufrechterhalten wird. Bei 75 bis 3o Kurbelwinkelgraden vor der oberen (inneren) Totpunktstellung des Kolbens bei dessen N'erdichtungstakt wird die Einspritzung flüssigen Kraftstoffes in einen örtlich begrenzten Teil der verdichteten, wirbelnden Luft eingeleitet, um ein örtlich begrenztes Segment der wirbelnden Luft auf der einen Seite des scli2iirenförm.igen Verbrennungsraumes mit Kraftstoff zu durchsetzen, wenn die sich drehende Luft an der Kraftstoffeinspritzdüse vorbeiströmt. Unmittelbar nach der Einleitung der Kraftstoffeinspritzung wird die erste Teilmenge von eingespritztem Kraftstoff elektrisch gezündet, und zwar mehr als 2o° und weniger als 9o° der Drehbewegung des kraftstoffdurchsetzten Segments von dem Einspritzpunkt entfernt und im wesentlichen. sobald ein brennbares Kraftstoff-Luft-Gemisch darauf gebildet und dementsprechend bevor eine nicht gesteuerte Frühzündung möglich ist. Dadurch wird eine Flammenfront der Verbrennung gebildet, die durch das örtlich begrenzte Gemischsegment hindurch und entgegen der Richtung des Luftwirbels wandert. Danach wird die Einspritzung von flüssigem Kraftstoff in weitere nachfolgende örtlich begrenzte Teile frischer verdichteter Luft, die an dem Einspritzpunkt vorbeiwirbeln und sich im Sinne der Drehrichtung der Luftwirbelun.g unmittelbar hinter der wandernden Flammenfront befinden, fortgesetzt, und zwar mit dem Ergebnis, daß fortschreitend zusätzliches brennbares Kraftstoff-Luft-Gemisch gebildet und unmittelbar von der wandernden Flammenfront entzündet und im wesentlichen so schnell wie gebildet auch verbrannt wird.
  • Der Zeitpunkt der Einleitung der Einspritzung des Kraftstoffes und die Einspritzungsgeschwindigkeit und -dauer werden so aufeinander abgestimmt, daß eine Erhöhung des Verbrennungsspitzendruckes im Sinne eines typischen Ottoprozesses dicht bei der oberen (inneren) Totpunktstellung des Kolbens erzielt wird, worauf dann bei dem Arbeitstakt bis zum Öffnen der Auslaßöffnungen die Expansion erfolgt. Die Auslaßöffnungen werden während des letzten Teiles des Arbeitstaktes geöffnet, sind dies aber schon eine geraume Zeit vor dessen heendigung und vor demjenigen Zeitpunkt während des Arbeitstaktes, an dem die Lufteinlaßöffnungen zum Spülen geöffnet werden. Der Kreisprozeß wird dann wiederholt.
  • Während der Verbrennungsphase des Kreisproz@sses bewegen sich die Verbrennungsprodukte drehend von der Flammenfront weg, da sich frische verdichtete Luftmasse drehend auf die Flammenfront zu bewegt. Die wandernde Flammenfront wird so an ihrer Rückseite von einer Schicht der mannten Verbrennungsprodukte und an ihrer Vorderseite durch eine Schicht von unbrennbarem Gas begrenzt. Auf Grund der Tatsache, daß die Verbrennun- unmittelbar nach dem Beginn der lsraftstoffeinspritzung eingeleitet wird, «-elch letztere so gesteuert wird, daß nur ein örtlich begrenztes Segment der wirbelnden Luft mit Kraftstoff durchsetzt wird, entsteht eine Ansammlung von brennharein Kraftstoff-Luft-Gemisch zum Zeitpunkt der gesteuerten Zündung, die ungeachtet der Oktan-oder Cetanzahl des verwendeten Treibstoffes, der Flüchtigkeit des Treibstoffes innerhalb eines großen Bereichs, des Verdichtungsverhältnisses, des Kraftstoff-Luft-Gemischverhältnisses und der Verdichtung des Kraftstoff-Luft-Gemisches nicht ausreicht, utn ein Klopfern des Motors hervorzurufen. Da die gesteuerte Zündung im wesentlichen dann eintritt, sobald irgendein brennbares Gemisch gebildet ist, ist auch eine unkontrollierte Frühzündung nicht möglich, selbst -,nenn die Spülung nicht vollständig wäre. Auf Grund der vollen Beschickung mit Luft ohne Berücksichtigung der Leistung und der in dein Kreisprozeß vorgesehenen Zeitdauer des Spülens, wird bei allen Leistungen eine gute Spülung gewährleistet, so daß die Gefahr einer unkontrollierten Frühzündung in wirksamer `"eise vermieden wird. Weiterhin ist auf Grund der Tatsache, daß das fortschreitend gebildete Kraftstoff-Luft-Gemisch während des Andauerns der Einspritzung im wesentlichen ebenso schnell durch Verbrennung verbraucht wird, wie es gebildet wird, keine Gelegenheit zur Anhäufung von hochverdichteten und stark erwärmten, aus brennbarem Kraftstoff-Luft-Geinisch bestehenden Breinigasen. vorhanden., die spontan gezündet werden könnten, und ein Klopfen ist unmöglich.
  • Die Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt, die bevorzugte Ausführungsformen zeigt.
  • Fig. i der Zeichnung ist die Ansicht eines teilweisen senkrechten Schnittes in der Ebene der Linie. i-i von Fig. 2 eines erfindungsgemäß gel;auten Zweitaktmotor: mit hin- und hergehendem Kolben und durch den Kolben gesteuerten. Lufteinlaßöffnungei in der Zylinderwa,n.d sowie Auslaßöffnungen its dem Zylinderkopf, die: von. zwangläufig betätigten Tellerventilen gesteuert werden; Fig.2 ist die Ansicht eines ho,rizon.taleil Schnittes in der Ebene der Linie 2-2 von Fig. i ; Fig. 3 ist dieAnsicht eines senkrechten Schnittes durch einen abgeänderten., erfindungsgemäß gebauten Motor von der Art der Motoren mit einander horizontal ge@eniiberliegenden Kolben; Fig. -. ist die Ansicht eines teilweisen senkrechten Schnittes, wie in Fig. i einer anderen Abänderung mit in dem Zylinderkopf befindlichen, von mit einem Schirm versehenen Ansaugventilen gesteuerten Lufteinlaßöffnungen und von dem Kolben gesteuerten Auslaßöffn.ungen in der Zylinderwand, wobei der Schnitt in. der Ebene der Linie .I-4 von Fig. 5 geführt ist; Fig.5 ist die Ansicht eines waagerechten Schnittes in der Ebene der Linie 5-5 von Fig. .4; Fig.6 ist die Ansicht eines teilweisen senkrechten Schnittes, wie in Fig. i und 4, einer weiteren Abänderung mit einer axialen. Lufteinlaßöffnung im Zylinderkopf, die von einem Tellerventil mit Leitaufsatz und Auslaßöffnungen in der Zylinderwand, die von den Kolben gesteuert werden, und wobei der Schnitt in der Ebene der Linie 6-6 von Fig. 7 geführt ist; Fig.7 ist ein horizontaler Schnitt, der in der Ebene der Linie 7-7 von Fig. 6 geführt ist; Fig.8 ist die Ansicht eines teilweisen senkrechten Schnittes eines gemäß der vorliegenden Erfindung gebauten Zweitaktmotors mit einem mit Öffnungen versehenen Steuerschieber, wobei der Schnitt in der Ebene der Linie 8-8 von Fig. 9 geführt ist; Fig.9 ist die Ansicht eines waagerechten Schnittes in der Ebene der Linie 9-9 von Fig. 8, und Fig. io ist ein typisches Druck-Volumen-Indikatordiagramin des erfindungsgemäßen Motors.
  • In Fig. i und 2 ist bei 12 der Motorzylinder mit einem Kühlmantel 13, einem Kolben 1d. und einer Pleuelstange 15 dargestellt, welche zu der üblichen (nicht gezeigten) Kurbelwelle führt. Der Zylinder ist mit zwei Auslaßöffnungen 17 ausgestattet, welche von den Tellerventilen 18 gesteuert werden, die von der MotorkurbeIwelle über eine geeignete Nockenwelle: und einen Ventilstößelantrieb. auf übliche `''eise betrieben werden. Die Auslaßöffnungen 17 führen in. Auslaßdurchgänge i9, die zu einem gemeinsamen Auspuffkanal führen. Der Zvlinder 12 ist mit einer Reihe von Lufteinlaßöffnungen 20 versehen, die sich rings um seinen Umfang und durch seine Wand hindurch. erstrecken und mit einem Luftzuführungskanal2i :in Verbindung stehen. Wie gezeigt, sind die Öffnungen. 2o an dem dein Auslaßöffnun.gen 17 gegenüberliegenden Zylinderende angeordnet.; die Einlaßöffnungen 20 sind etwas über der unteren (äußeren) T otpunktstellung des Kolbens 14. bei der Beendigung des Arbeitstaktes angeordnet. Die Hin- und Herbewegung des Kolbens steuert so das Öffners und Schließen der Lufteinlaßöffnungen, während. der Nocken- und Ventilstößela.ntrieb die Auslaßöffnungen. steuert.
  • Bei der gewöhnlichen. Bauweise werden die Ausla.ßöffnungen 17 so, gesteuert, daß sie sich ungefähr 55 his 8o° vor der unteren. (äußeren) Totpunktstellung des Kolbens bei dem Arbeitstakt öffnen. Die Einla.ßöffnungen 2o beginnen dann, sich nach dem Öffnen der Ausla.ßöffnungen auf weitere Bewegung des Kolbens bei seinem Arbeitstakt hin zu öffnen, und zwar im allgemeinen 45 bis 65° vor dem unteren (äußeren) Totpunkt. Wie mehr im einzelnen in Fig. 2 gezeigt, sind die Seitenflächen jeder der Einlaßöffnungen.2o in. bezug auf den Umfang des Zylinders, wie bei 22 angegeben, geneigt, um der in den Zylinder eintretenden Luft eine gerichtete, fast tangentiale Bewegung zum Zylinderumfang zu verleihen.. Dadurch wird in dem Zylinder ein sich mit hoher Geschwindigkeit in Richtung des Pfeiles 23 drehender Luftwirbel erzeugt. Die; wirbelnde Luftmasse erhebt sich säülenförinig in dem Zylinder im Anschluß an, die Öffnung der Einlaßöffnungen 2o und drückt die aus dem vorausgegangenen Kreisprozeß stammenden Verbrennungsprodukte im Gleichstrom durch die Auslaßöffnungen: 17 hinaus. Durch die Schaffung mehrerer Ausla.ßöffnungen 17 in Verbindung mit der schichtbildenden Wirkung der wirbelnden Luftmasse, die als Säule in die Höhe steigt und weitgehend ein nennenswertes Mischen, der eintretenden Luft mit den. Verbrennungsprodukten verhütet, sowie in Verhindung mit der unabhängigen Reglung der Steuerung der Auslaß- und Einla,ßöffnungen kann bei jedem Kreisprozeß ungeachtet der Leistung und Geschwindigkeit des Motors ein im wesentlichen vollständiges Spülen des Zylinders erzielt werden.
  • Bei dem Rücklauf des Kolbens 14 während des Verdichtungstaktes werden die Auslaßöffnungen 17 durch den Nockenan.trieb ungefähr 35 bis q.5° nach. dem unteren Totpunkt und bevor der Kolben. die Lu:fteinlaßöffnungen 2o wieder vollkommen bedeckt hat, geschlossen. Zu dem Zeitpunkt, wo, sich dieAuslaßöffn.ungen schließen, hat die aufsteigende Säule wirbelnder Luft den Ort der Auslaßöffnungen erreicht und auf diese Weise praktisch sämtliche Verbrelmungsprodukte in den Auspuffkanal hinausgedrückt. Im allgemeinen ist die Anordnung so, daß der Kolben die Einlaßäffn.ungen 20 ungefähr io bis 2o° der Kurbelwinkelbewegung nach dem Schließen der Auslaßöffnungen schließt. Natürlich werden sie bei dieser Form, wo. der Kolben die Einla,ßöffnungen 2o steuert, mit demselben Zeitabstand nach. dem unteren. Totpunkt geschlossen, mit dem sie vor dem unteren Totpunkt geöffnet wurden., was, wie oben bemerkt, im allgemeinen bei .a.5 bis 65° der Fall ist. Auf jeden Fall jedoch öffnen sich die Auslaßöffnungen beim Arbeitstakt zuerst und werden bei dem folgenden Verdichtungstakt auch wieder zuerst geschlossen; die voneinander unabhängige Steuerung des Ein-und Auslasses gestattet, daß sie während einer wesentlichen Periode des Kreisprozesses im Bereich von ioo bis i2o° oder mehr der Kurbelwinkelbewegung geöffnet bleiben, was sogar bei hochtourigen Motoren eine gute Spülunfr und; eine volle Luftbeschickung gewährleistet.
  • Indem die Lufteinlaßöffnungen 2o während eines Zeitraums während des Verdichtungstaktes nach dem Schließen. der Auslaßöffnungen offen gehalten werden, wird innerhalb des Zylinders eine volle Luftbeschickung für jeden Kreisprozeß ungeachtet der Leistung des Motors auf Grund der Bewegung der aus dein Kanal 21 hereinstürzenden Luft gewährleistet. Der Kanal2i ist mit einem Vorverdichter verbunden. Auf die bei dem Verdichtungstakt nach dem Schließen. der Lufteinlaßöffnungen 2o fortgeführte Bewegung des Kolbens 14 hin, wird die im Zylinder befindliche Beschickung wirbelnder Luft in dem zwischen Zylinderumfang, Zylinderdeckelinnenfläche und Kolben eingeschlossenen scheibenförmigen Verbrennungsraum 25 verdichtet. Darüber hinaus wird die wirbelnde Bewegung der Luft während dieses Zeitraums aufrechterhalten..
  • Eine Kraftstoffeinspritzdüse 26 erstreckt sich durch eine geeignete Öffnung 27 in den Zylinderkopf und ist, wie gezeigt, so gerichtet, da,ß sie den Kraftstoff in. den scheibenförmigen Verbrennungsraum 25 in. einer im allgemeinen ta,ngentia,len Richtung und in Richtung des Luftwirbels abgibt. Der flüssige Kraftstoff wird durch eine geeignete von dein Motor auf übliche Weise angetriebene Kraftstoffpumpe der Einspritzleitung 28 zugeführt. Die Kraftstoffeinspritzdüse 26 ist mit dem üblichen, durch Druck betriebenen Absperr- oder Rückschla.gventil ausgerüstet, das sich bei dem hohen Druck derKraftstoffzufuhr während derEinspritzperiode öffnet und bewirkt, da.ß der Kraftstoff in sehr feiner Sprühform 29 an der Seite des Verbrennungsraums 25 in diesen. eingeführt wird.. Zum Unterschied von der Zweitaktdieselbetriebsweise, bei der Kraftstoff nahe der oberen (inneren) Totpunktstellung des Kolbens, wie z. B. bei 18 bis 10° vor dem oberen Totpunkt, eingespritzt wird, sieht die vorliegende Erfindung die Einleitung der Einspritzung ungefähr 75 bis 30 Kurbelwinkelgra,de vor dem oberen Totpunkt vor. Weiterhin wird die Einspritzung so gesteuert, daß sie nur ein örtlich begrenztes Segment der wirbelnden Luftmasse an der einen Seite des Verbrennungsraums mit Kraftstoff durchsetzt, und dieses Segment wird nahe bei dein Kraftstoffeinspritzpunkt, d. h. weniger als 9o° der Wirbelbewegung von dem Einspritzpunkt entfernt, durch gesteuerte elektrische Zündung gezündet.
  • Zu diesem Zweck ist eine Zündkerze 30 mit nahe an dem Umfang des Verbrennungsraums 25 angeordneten Elektroden 3i in. die Zylinderwand eingebaut. Die Zündkerze 30 wird durch einen Zuführdraht 32 an, einen üblichen Zündstromkreis angeschlossen, der gleichläufig mit dem Motor betätigt wird, um dann an den. Elektroden 31 einen Funkers. zu erzeugen., wenn die erste, aus der Düse 26 eingespritzte Kraftstoffmenge brennbares Kraft -stoff-Luft-Gemisch _. gebildet hat und gezündet werden kann. Man sieht, daß die Lage der Zündkerze 30 zu der Lage der Düse 26 und der Geschwindigkeit des Luftwirbels in gemeinsame wechselseitige Beziehung gebracht worden ist, damit sie sich innerhalb des örtlich begrenzten kraftstoffdurchsetzten Seginen.ts, in, dein zuerst Kraftstoff-Luft-Gemisch. gebildet wird., befindet. Sehr zufriedenstellender Betrieb, wird bei der gezeigten Anordnung erzielt, bei der die; Elektroden 31 mehr als 2o° und weniger als 9o°, vorzugsweise ungefähr 30 bis 45° des radialen Winkels von dem Kraftstoffe:inspritzungspunkt entfernt angeordnet werden. Darüber hinaus wird die Düse 26 vorzugsweise. so gerichtet, daß sie in fächer- oder kegelartiger Form sprüht und daß der äußere Rand des Sprühfächers oder -kegels ganz dicht an die Elektroden.31 heranreicht. Da der äußere Rand des Sprühfächers oder -kegels im allgemeinen feiner zerstreut ist, nimmt die wirbelnde Luft diesen. Teil des Kraftstoffes unter schneller Verdampfung desselben auf und bildet ein brennbares Gemisch, das im wesentlichen, sobald es gebildet ist, mit den Elektroden 31 in Berührung gelangt. Bei der gezeigten Anordnung sichert die Schaffung eines Funkens an den Elektroden 31 ungefähr 4 bis 1o Kurbelwinkelgrade nach der Einleitung der Einspritzung eine Zündung, bei der sich die Flamme dann schnell über das örtlich begrenzte!, treibstoffdurchsetzte Segment verbreitet und die bei 34 angegebene Flammenfront erzeugt.
  • Es ist festzustellen., daß die Verbrennung in diesem Fall die eines vorher gebildeten brennbaren Gemisches ist, die der Verbrennung bei Vergasermotoren nach dem Ottokreisproze:ß gleicht. Statt daß jedoch der Verbrennungsraum 25 zu der Zeit der Zündung mit vorher gebildetem brennbarem Gemisch gefüllt oder im wesentlichen gefüllt ist und die entstehende Flammenfront von. dem Zündpunkt aus auswärts einen. im allgemeinen sphärischen Weg durch das brennbare Gemisch nimmt, befindet sich erfindungsgemäß zur Zeit der Zündung der Zündkerze 30 gegenüber nur das kleine örtlich begrenzte-Gemischsegment. Die Flammenfront verbreitet sich so quer durch das brennbare Segment und wandert entgegen der Richtung des Luftwirbels durch aufeinanderfolgende Teile brennbaren, Gemisches, die mit dem Andauern der Einspritzung unmittelbar vor der Flammenfront gebildet werden. Die; zuerst gebildeten und bei 35 angegebenen Verbrennungsprodukte drehen sich mit der wirbelnden Masse von der Flammenfront 34 weg, da sich frische, treibstoffdurchsetzte, verdichtete Luft auf die Flammenfront zu dreht. Die errichtete, Flammenfront 34 neigt dazu, auf die Düse 26 zu zu wandern; da.ß diese: Bewegung aber tatsächlich stattfindet, wird durch die schnelle Wirbelbewegung in dem Verbrennungsraum und durch die Tatsache verhindert, daß das örtlich begrenzte treibstoffdurchsetzte Segment. bei geringerer Entfernung von der Düse zu reich an Treibstoff ist, um brennbar zu sein. Infolgedessen kann die Flammenfront 34 in bezug auf die Zylinderwand, die Treibstoffdüse und die Zündkerze verhältnismäßig feststehend sein, obgleich sie durch die dünne Schicht des wirbelnden, brennbaren Gemisches wandert.
  • Es ist weiterhin festzustellen, daß die Geschwindigkeit und die Dauer der Kraftstoffeinspritzung bei jedem Kreisprozeß in. üblicher Weise unter der Steuerung der Kraftstoffpumpe steht. Darüber hinaus tritt durch frühzeitig genug erfolgendes Einleiten der Einspritzung im Kreisprozeß vor dem oberen Totpunkt, durch Steuern der Einspritzgeschwindigkeit und der Verteilung des eingespritzten Kraftstoffes durch die ganze wirbelnde Luftmasse hindurch an einer Seite des Verbrennungsraums zur Schaffung eines gewünschten Kraftstoff-Luft-Verhältnisses und durch Steuerung der Einspritzungsdauer in Übereinstimmung mit der Geschwindigkeit der Drehbewegung der Luft zur Durchsetzung des für die jeweilige Leistung des Motors erforderliche Menge der Luftmasse die Spitzendruckerhöhung ganz nasse bei der oberen Totpunktstellung des Kolbens ein. Dies ist im besonderen in Fig. io dargestellt, die, ein typisches Druck-Volumen-Diagramm des Zweitaktmotors der vorliegenden Erfindung ist (Ordinate-Druck; Abszisse-Volumen). Hier gibt das Hinwe.iszeichen 36 die adiaba.tische Verdichtung der wirbelnden Luftmasse nach dem Schließen der Lufteinlaßöffnungen. 2o an. Hinweiszeichen 37 be:-zeichnet den Punkt des Kreisprozesses für die Zündung und die Einleitung der Verbrennung, welcher Punkt im wesentlichen vor dem oberen Totpunkt liegt, und die entstehende schnelle Druckerhöhung wird bei 38 bis zum oberen Totpunkt 39 sowie die Spitzendruckerhöhung bei 4o angegeben, die sehr bald nach dein oberen Totpunkt eintritt. Das bedeutet, daß die Verbrennung bei Erreichen des oberen Totpunktes schon zu ungefähr zwei Dritteln vollendet ist, wodurch die Spitzendruckerhöhung ihre größte Wirkung in bezug auf den Antrieb des Kolbens während seines Arbeitstaktes hat. Am Punkt 41 des Arbeitstaktes ist die Verbrennung im wesentlichen, zu. Ende, und darauf folgt die adia,ba,tische Expansion 42 abwärts, bis zum Punkt 43, wo sich die Auslaßventile öffnen, um den Druck rasch:, wie bei 4.4. angegeben,, herabzusetzen.
  • Weiter ist darauf hinzuweisen, da.ß die Brennstoffstrahlform 29, die Strahla.u.flösung und die Geschwindigkeit zwischen Zündkerze und. Düsenspitze abgeändert werden. können, um den. gewünschten klopffesten Betrieb zu erzielen. Im allgemeinen kann festgestellt werden, daß der zwischen der Düsenspitze, Zylinderachse und den Zündkerzenelektroden, eingeschlossene Winkel größer als ungefähr 20° sein, und nicht mehr als 9o° betragen sollte. Auf diese Weise wird das Kraftstoff-Luft-Gemisch fast in demselben Augenblick gezündet, in dem es gebildet wird und bevor dem eingespritzten. Kraftstoff Gelegenheit gegeben ist, sich über ein. wesentliches Ausmaß des Verbrennungsraums hin mit Luft zu vermischen. Infolgedessen wird das brennbare Kraftstoff-Luft-Gemisch nur in einer örtlich begrenzten Zone, die an die Zündkerze 3o angrenzt, erzeugt, und diese Gemisch wird an seiner Rückseite! von nicht brennbarer Luft oder nicht brennbaren Verbrennungsprodukten und an seiner Vorderseite auf die, Düse zu von einem nicht brennbaren, weil zu kraftstoffreichen Gemisch umgeben und gepuffert. Wenn der Verbrennungsraum 25 als »scheibenförmig« bcschrieben wurde, ist das so zu verstehen, da.ß dieser Ausdruck in. weiterem Sinn einen. Verbrennungsraum von im allgemeinen rundem Querschnitt bedeutet, wie er durch. das Drehen einer ge.oinetrischen Figur um ihre Achse erzeugt wird, der jedoch im axialen Schnitt auf Grund der nach innen oder nach außen zeigenden Wölbung des Kolbens oder des Zylinderkopfes oder beider verschiedene Gestalt besitzen kann.
  • Bei dem Betrieb des Motors nach Fig. i und 2, der damit beginnt, daß sich der Kolben bei einem Arbeitstakt abwärts bewegt, sind die Ventile 18 vorzugsweise bei ungefähr 6o° Kurbelwinkel vor dem unteren Totpunkt geöffnet. Die Verbrennungsprodukte beginnen durch die Auslaßdurchgänge i9 in den Auspuffkanal abzufließen und setzen dadurch den Druck unter denjenigen Druck herab, der in dem Luftka@na,l2i herrscht. Bei ungefähr 5o'-' vor dein unteren Totpunkt beginnen die Lufteinlaßäffnungen 2o sich zu öffnen und bleiben geöffnet. bis nach dem Schließen. der Auslaßöffnungen 17 bei ungefähr 4.o° nach dem unteren Totpunkt. Während dieser längeren Periode des Kreisprozesses drückt die in die Höhe steigende Säule wirbelnder Luft die verbleibenden Verb.reiinungsprodukte vor sich her durch. die Öffnungen 17 zu Gien Auslaßdurchgängen. Die Einlaßäffnungeli 2o werden dann, von dein Kolben. 5o° nach dem unteren Totpunkt geschlossen, und die- in dein Zylinder verbleibende wirbelnde Luftmasse wird dann in dem Verbrennungsraum 25 ungefähr zu der Zeit der Treibstoffeinspritzung bei dein Verdichtungstakt verdichtet, was im wesentlichen der Stellung der in Fig. i gezeigten Teile: entspricht. hei einem Betrieb mit voller Belastung zur Erzielung einer Höchstleistung beginnt die Einleitung der Einspritzung ungefähr 50° vor dein oberen Totpunkt, wobei die Verbrennung fast sofort 1>"-ginnt und die Dauer der Einspritzung, die: von der Geschwindigkeit des Wirbe:lns der Luft abhängt, ungefähr 55 bis 6o° beträgt, um sämtliche in dem Zylinder wirbelnde Luft während einer Umdrehung des Wirbels im wesentlichen vollständig zu durchsetzen. Der Kolben, wird so, bei einem neuen Arbeitstakt vorwärts getrieben und der Kreisprozeß wiederholt.
  • Fig 3 zeigt eine Abänderung der vorliegenden Erfindung, wobei ein Motor, der im Gleichstrom und mit gegenläufigen Kolben arbeitet, verwendet wird. Wie gezeigt, ist ein. langgestreckter, waagerechter Zylinder 5o an seinem einen. Ende mit einer sich rings um seinen Umfang erstreckenden Reihe von geneigten Lufteinlaßöffnungen: 51 versehen, die geeignet sind, der, wie vorstehend beschrieben, säulenförmig in die Höhe steigenden Luft eine mit hoher Geschwindigkeit erfolgende Drehbewegung mitzuteilen. Diese Öffnungen werden von einem Kolben 52 gesteuert, der eine Pleuelstange 53 besitzt, die in üblicher Weise zu einer (nicht gezeigten) Kurbelwelle am linken Zylinderende führt. Weiter ist der Zylinder 5o an seinem anderen Ende mit einer an seinem Umfang sich erstreckenden Reihe gerader Auslaßöffnungen 54 versehen. Diese werden von einem Auslaßkolben 55 gesteuert, der eine Pleuelstange 56 besitzt, die zu' einer zweiten (nicht gezeigten) Kurbelwelle ain im Sinne der Zeichnung rechten Zylinderende führt. Es wird bemerkt, daß die beiden Kurbelwellen auf übliche Weise durch ein geeignetes Getriebe: finit einer gen ieinsam betätigten Kurbelwelle verbunden sind, so daß bei dein Arbeitstakt, we-nii sich die Kolben voneinander weg bewegen, die Kraft von Leiden Kolben auf die gemeinsame Kurbelwelle übertragen wird.
  • Zentral ini Zylinder ist gegenüber dem scheibenförmigen Verbremiungsraum 58 in einem Einbaublock 59 eine Kraftstoffeinspritzdüse 6o eingebaut. die so gerichtet ist, daß sie Kraftstoff in einer im allgemeinen ta.ngentia.len Richtung zum Verbreniiungsraum 58, und zwar in Richtung der durch den Pfeil 61 angegebenen Richtung des Luftwirbels, einspritzt. Weiterhin ist im Zylinder 5o in einer geeigneten Fassung eine Zündkerze 62 finit l-lektroden 63 eingebaut, die am Umfang des Verhrennungsraumes 58 auf der Seite der Diise 6o, an der die Luft abwärts strömt.. in der oben für Fig. i und 2 beschriebenen. Beziehung angeordnet ist. Der Ausla.ßkolben 55 ist durch seine Kurbel so verbunden, daß er dem Kolben 52 tun ungefähr 10 bis 20'' der Kurbelwinkelbewegung, vorzugsweise 15c, vorläuft. Das bedeutet, daß der Auslaßholl>en 55 seine obere Totpunktstellung kurz vor dein Kolben 52 erreicht. Jedoch ist die tatsächliche Längsbewegung der Kolben in der Nähe seiner inneren Totpunktstellung im Vergleich zu der Kurbelwilikelbewegung verhältnismäßig langsam, so, da.ß der Auslaßkolben bei seinem Arbeitstakt zu der Zeit, wo, der Kolben 52 den inneren Totpunkt erreicht, nur eine geringe Entfernung zurückgelegt hat; und dann bewegen sich die beiden Kolben heim Arbeitstakt nach außen und voneinander weg.
  • Bei dein Betrieb dieser Abänderung gibt der Auslaßkolben 55 unter der Voraussetzung, daß sich die Kolben bei ihrean Arbeitstakt auswärts bewegen, bei 55 bis 8o° vor dem äußeren Totpunkt des Arbeitstaktes. zuerst die Auslaßöffnungen 54. frei; diese. Zahlen beziehen sich auf die äußere Totpunktste:llung des Kolbens 52. Ungefähr io bis 20° später gibt der Kolben 52 die Lufteinlaßtiftnungen 51 frei, woraufhin sich die Säule der wirbelnden Luft nach rechts im Gleichstrom durch den Zylinder bewegt und die @"erbrennungsprodtikte vor sich her und bis zu dem Zeitpunkt durch die Auslaßöffnungen 54 hin ausdrückt, wo. der Auslaßkolbeii 55 beim Verdichtungstakt umkehrt und die Öffnungen 5.4 wieder verschließt. Dies tritt bei ungefähr 25 bis d.5° nach dem äußeren Totpunkt des Kolbens 52 ein.; der Kolben 52 schließt dann die Lufteinlaßöffnungen etwa 35 bis 65'' nach der äußeren Totpunktstellung. Weitere Bewegung der Kolben aufeinander zu bewirkt die `"erdichtung der wirbelnden Luftladung, während ihre mit hoher Geschwindigkeit vor sich gehende Wirbelbewegung aufrechterhalten wird. Dann gclien die Kraftstoffeinspritzung und die Funkenzündung in der oben für Fig. i und 2 beschriebenen Weise vor sich. Die in Fig.3 gezeigten Kolben befinden sich in einer Stellung gerade vor der inneren Totpunktstellung des Kolbens 5 2 ungefähr bei Beendigung gler hr2tftstoffein#pritzutig und zu der Zeit, wo der Auslaßkolben 55 begonnen hat, sich bei seinem Arbeitstakt nach außen zu bewegen.
  • Statt daß die Lufteinlaßöffnungen von dein Kolben unter im Gleichstrom erfolgender Bewegung der wirbelnden Luftsäule auf die von ini Zylinderkopf befindlichen Tellerventilen gesteuerten Auslaßöffnungen zu gesteuert «-erden, kann eitle umgekehrte Anordnung verwendet werden, die in Fig. .I und 5 dargestellt wird. Wie gezeigt, ist der Zylinder 70 mit einer an seinem Umfang angeordneten Reihe von einfachen Auslaßöffnungen 71 versehen. die etwas über dem unteren Totpunkt des Kolbens 2 angeordnet sind. Zwei Lufteinlaßventile 73 sind in den Zylinderkopf eingebaut und werden von einer üblichen Vorrichtung zur Betätigung der Ventilstößel gesteuert, die voll dein -Motor angetrieben wird; beide Ventile sind mit eirein Schirm 74 ausgerüstet. der sich auf i8o° des Umfanges jedes Ventils erstreckt. Die Schirme weisen in entgegengesetzte Richtungen, und die Ventile sind auf einander entgegengesetzten Seileis des scheibenförmigen Verbrennungsraumes 75 angeordnet; die Enden jedes Schigins befinden sich auf °inein Radius des Zvlinders (Fig. 5), so daß die eintretende Luft veranylaßt wird, mit hoher Geschwindigkeit in der von deal Pfeil 76 angegebenen Richtung zti wirbeln.
  • Eine Kraftstoffeinspritzdüse 77 ist in der Seitenwand des Zylinders 70 eingebaut, und zwar in einer solchen Stellung, daß sie den Kraftstoff in einer im allgemeinen tangentialen Richtung zum Verbrennungsraum 75 und in der Richtung des Luftwirbels einspritzt. Eine Zündkerze 78 mit Elektroden 79 ist ebenfalls in die Seitenwand des Zylinders 7o und an der Abwärtsstroinseite der Düse 7 in der oben für Fig. i und 2 beschriebenen Bezieliung eingebaut. Der Betrieb dieser Forili ist iin wesentlichen derselbe wie der von Fig. i bis 2; der Kolbell72 öffnet die Auslaßöffnung:en 71 während des letzten Teils des Arbeitstaktes, dann öffnet die Vorrichtung zum Betätigen der Ventilstößel die Luftvetltile 73 mit einer Verzögerung von 10 bis. 20° von dem Öffnen der Auslaßschlitze, an, und der Kolben schließt die Auslaßöffnungen während des Anfangsteils des @'e,rdichtuingstal~tes etwas vor dem Schließen der Luftventile. Das in einer einzigen lZichtung stattfindende Fließeis erfolgt in diesem Falle von dem Zylinderkopf aus zu dem entg°gengesetzten Ende des Zylinders, was bei jedem Kreisprozeß eitlen zusätzlichen Zeitraum zum Spülen und Kühlen der Spitze der Düse 77 und der Elektroden 9 durch die hereinwirbelac1e Säule frischer Luft ergibst. Die klopffreie Verbrennung geht in der vorstehend für Fig. i und-9beschriebenenWeisevorsich.
  • Eine weitere Abänderung dieser letzteren Form der Erfindung ist in Fig. 6 und 7 dargestellt. Auch hier ist der Zylinder 8o mit einer sich an seinem Umfang erstreckenden Reihe von einfachen Auslaßöfffnungetl 81 etwas über dein unteren (äußeren) Totpunkt des Kolbens 82 versehen; der Zylinder trägt an dein scheibenförmigen Verbrennungsraum 83 eine tangential einmündende Kraftstofeinspritzdüse 84 und eine Zündkerze 85 finit Elektroden 86 auf der Abwärtsstromseite der Düse 84 in der in Fig.4 und 5 dargestellten Beziehung. In dem vorliegenden Fall jedoch trägt der Zylinderkopf ein einziges axial angeordnetes Lufteinlaßventi187, das mit einer ?Mehrzahl von gebogenen Leitaufsätzen 88 ausgerüstet ist. Wenn sich das Ventil 87 öffnet, erzeugen die gebogenen Leitaufsätze 88 in dem Verbrennungsraum 83 in Richtung dies Pfeiles 89 eine hohe Geschwindigkeit aufweisenden Luftwirbel. Diese Bauweise ist besonders geeignet für Zylinder finit kleinem Durchmesser, bei denen der Zylinderkopf nur das einzige Luftventi187 voll dem erforderlichen Durchmesser aufnehmen muß, utn eine gute Spülung und Ladung mit Luft zu erzielen. D.er Betrieb dieser Form eines Gleichstrom-Zweitaktmotors ist derselbe wie der für Fig. d. und 5 beschriebene.
  • Eine weitere Abänderung des Gleichstrom-Z«-eitaktmotors der vorliegenden Erfindung, die besonders auf Zylinder von größerem Durchmesser Anwendung finden kann, wird in Fig. 8 und 9 dargestellt. Diese Abänderung verwendet eine radiale Einspritzung von einer axialen Kraftstoffdüse in einem Schiebermotor aus, wobei der Schieber so-«-o111 eine um den Zvliilderumfang angeordnete Reihe von Auslaßöftnungen als auch eine Reihe von um den Zylinderumfang angeordneten Lufteinlaßöffnttngen steuert, die in der Zylinderwand, angrenzend an das entgegengesetzte Ende des Zylinders, angeordnet sind.
  • In Fig. 8 und 9 gehört zu dem Zylinder 9o der Kolben 9i und die zu der üblichen Kurbelwelle (nicht gezeigt) führende Pleuelstange 92. Der Zylinde er 9o ist mit einer an seinem Umfang angeordneten Reihe von Auslaßöffnungen 93 versehen, die etwas über dein unteren (äußeren) Totpunkt des Kolliers 9i mit dem Auspuffkanal 94 in Verbindung stehen. Der Zylinder 9o ist angrenzend an sein entgegengesetztes Ende und gegenüber dem scheibenförmigen Verbrennungsraum 95 mit einer Reihe von am Zylinderumfang angeordneten geneigten Lufteinlaßöffnungen 96 versehen. In dem vorliegenden Falle sind nicht nur die Seitenwände der Öffnungen 96 geneigt, um der Luft, wie durch Pf-eii197 angegeben, die Wirbelbewegung mitzuteilen, sondern auch die obere, bei 98 gezeigte Begrenzungsfläche, wodurch eine dreieckige Öffnung geschaffen wird.
  • An dem Innenumfang des Zylinders 9o eng anliegend ist ein Steuerschieber 99 in gleitender und drehbarer Fassung angeordnet, der mit einer sich um seinen Umfang erstreckenden Reihe von geraden quadratförmigen Auslaßöffnungen ioo und einer sich um seinen Umfang erstreckenden Reihe von geneigten, dreieckigen Lufteinlaßöffnungen ioi versehen isst. Die Luftöffnungen ioi stehen mit dem üblichen Luftkanal 102 in Verbindung. Der Zylinderkopf 103 ist mit einer ringförmigen mit 104. versehen, um für die die Hin- und Herbewegung des Ste tierschiebers 99 Raum zu schaffen.
  • Der Steuerschieber 99 wird vom Motor angetriehe n, um die L'lrereinstiinmtitig der Attslaßöffnungen 93 und ioo und die Übereinstimmung der Lufteinlaßöffnungen 96 und ioi zu den richtigen Zeiten im Kreisprozeß, wie bisher beschrieben, zu steuern. Bei der vorliegenden Ausführungsform geschieht dies durch eine vom Motor angetriebene Antriebswelle io6, die ein Schraubenrad 107 trägt, das in ein Schraubenrad io8 eingreift, welches auf einer angetriebenen Welle iog angebracht ist und einen Exzenter i io trägt. Der Exzenter i io wiederum trägt einen Exzenterzapfen i i i ; dieser ist mi.t einer Rolle i 12 1-ersehen, die lose in der Rollenmuffe 113 sitzt, die zusammen mit dem Schieber 99 aus einem Stück geformt ist. Es ergibt sich, daß, sobald sich die angetriebene Welle iog dreht, der Exzenterzapfen i i i sich um die Achse der Welle iog bewegt und dem Steuerschieber 99 eine Hin-und Her- und eine Drehbewegung mitteilt, deren Größe von der Hubhöhe des Exzenterzapfens i i i abhängt. Nahe an dem oberen und auch dem unteren Ende des Hubes des Exzenterzapfens i i i, wo sich der Zapfen vor allen Dingen im rechten Winkel zu der Darstellungsweise in FinG. 8 bewegt, wird eine schnelle Drehbewegung mit einer kleinen Längsbewegung dem Steuerschieber 99 mitgeteilt. Umgekehrt erfolgt, wenn der Zapfen sich auf einer der beiden Seiten von seindr Mittelstellung in der Fluchtrichtung der Welle iog befindet (wie in Fi.g. 8 gezeigt), die Bewegung des Steuerschiebers 99 vor allen Dingen in Längsrichtung bei verhältnismäßig kleiner Drefhbewegung. Die zusammengefaßte Hin- und Her- und Drehbewegung des Steuersehi-ebers 99 wird dazu verwendet, die Auslaß- und Einlaßöffnungen des Schiebers 99 mit den entsprechenden Öffnungen in der Zylinderwand zu den geeigneten Zeiten im Kreisprozeß zum Decken zu bringen.
  • Während des größeren Teils, der den gesamten letzten Teil des Verdichtungstaktes des Kolbens gi umfaßt, und während des größeren Teils, der den gesamten Anfangsteil des Arbeitstaktes des genannten Kolbens umfaßt, befindet sich der Exzenterzapfen i i i im allgemeinen über der axialen Mittellinie der Welle iog, mit dem Ergebnis, daß der Steuerschieber 99 in die Nut io.4 hinaufbewegt «-orden ist und daß sowohl die Luftzinlaßöffnungen als auch die Auslaßöffnungen aus ihrer Decklage herausbew egt worden sind. Die Einstellung des Exzenterzapfens i i i geschieht im allgemeinen mit einer kleinen Verzögerung hinter dem Hub des Kolbens 9i in der Kurbelwinkelbewegung. Mit anderen Worten, wenn der Kolben gi seine obere Totpunktstellung erreicht hat, befindet sich der Exzenterzapfen i i i auf der entfernteren Seite des Exzenters i io (wie in Fig. 8 gezeigt) und über der axialen Mittellinie der Welle iog, muß sich aber immer noch drehen, um seine obere Totpunktstellung zu erreichen. Der Steuerschieber befindet sich demgemäß in einer oberen Stellung der Hin-und Herbewegung, wo er zu d esem Zeitpunkt beide Reihen der sich deckenden Öffnungen schließt, und setzt seine Bewegung mit einer Geschwindigl:ei.t fort, die sich in dem Maße verringert, wie er sich der oberen Totpunktstellung nähert, während seine Drehbewegung sich fortschreitend steigert, bis sie an dein oberen Totpunkt einen Höchstwert erreicht.
  • Während der bei .dem Arbeitstakt erfolgenden Weiterbewegung des Kolbens gi nach unten bewegt sich der Exzenterzapfen i i i an seiner oberen Totpunktstellung vorbei, und die Muffe 99 beginnt sich langsam zu senken, während ihre Drehbewegung anhält. Die genannte Drehbewegung der Muffe 99 hat ihre Öffnungen nach rechts (wie in. Fig.8 gezeigt) und aus dem Deckungsverhältnis mit den entsprechenden Öffnungen der Zylinderwand herausbewegt, wobei die Lufteinlaßöffnungen durch die Drehbewegung weiter aus dem Deckungsverhältnis herausbewegt wurden als die Auslaßöffnungen, und zwar zu der Zeit, wo, sich der Exzenterzapfen i i i zu der näheren Seite des Exzenters i io gedreht hat und- mit der Achse der Welle iog fluchtgerade, ist. Zu diesem Zeitpunkt hat der Kolben gi mehr als 9o° seines Arbeitstaktes zurückgelegt, und die Muffe g9 hat sich abwärts zu einer Stellung bewegt, wo sie die entsprechenden Öffnungen in senkrechter Richtung in anfänglich, gleiche Fluchtrichtung bringt. Die Weiterbewegung des Kolbens gi bei seinem Arbeitstakt mit entsprechender Drehung des Exzenterzapfens i i i über die genannte nähere Mittelstellung hinaus leitet eine gradweise Drehbewegung der Muffe 99 in der entgegengesetzten Richtung ein, während ihre Arbeitsbewegung bei verhältnismäßig hoher Geschwindigkeit andauert. Diese Umkehrdrehbewegung der Muffe 99 bringt zuerst die Auslaßöffnungen 93 und ioo in Deckung; dies geschieht etwa 65° vor dem unteren Totpunkt des Kolbens 9i. Weitere Drehbewegung des Exzenterzapfens iii steigert die Geschwindigkeit der Drehbewegung der Muffe gg in dem Maße, wie sich deren abwärts erfolgende Längsbewegung fortschreitend vermindert; das Ergebnis ist, daß die Einleitung der Deckung der Lufteinlaßöffnungen 96 und ioi bei. ungefähr 5q.° vor dem unteren Totpunkt des Kolbens 9i eintritt. Das Decken der beiden Reihen von Öffnungen dauert dann während der Vallendung des Arbeitstaktes des Kolbens gi und während des anfänglichen Teils von dessen Verdichtungstakt an. Während dieses Zeitraumes erreicht der Exzenterzapfen i i i seine untere Totpunktstellung, wodurch die. Abwärtsbewegung der Muffe 99 beendet wird, während ihre Umkeh rdre'hbewegung einen Höchstwert erreicht.
  • Wenn der Exzenterzapfen i i i seine untere Totpunktstellnng durchläuft und auf der entfernteren Seite des Exzenters iio zu steigen beginnt, fängt die Muffe 99 langsam an zu steigen, während die Umkehr-Hin- und -Herbewegung andauert. Während dieses Zeitraumes werden die Auslaßöffnungen i io als erste nach links aus dem Deckungsverhältnis mit den Auslässen 93 herausgedreht, um das Auslassen bei ungefähr 35° nach dem unterem Totpunkt von Kalben gi zu beenden. Kurz danach und ungefähr 55° nach dem unteren Totpunkt des Kolbens gi hat die fortgeführte Umkehrdrehbewegung der Muffe 99 auch die Lufteinlaßöffnungem ioi nach links aus dem fluchtgeraden Verhältnis mit den Öffnungen 96 berausbewegt. Daraufhin -,vi;rd der Verdichtungstakt des Kolbens gi fortgesetzt und der Kreisprozeß wiederholt. Es ergibt sich, daß wenn sich der Exzenterzapfen i i i über die Achse der Welle iog hinwegdreht, die Drehbewegung der Muffe 99 in der entgegengesetzten Richtung (der oben zuerst beschriebenen Richtung) wieder beginnt, aber zu diesem Zeitpunkt hat sich die Muffe eine genügende Strecke aufwärtsbewegt, so daß die Öffnungen während der wesentlichen Periode der Vollendung des Verdichtungstaktes und des größeren-Teils des Arbeitstaktes des Kolbens 9 i außerhalb eines vertikalen Deckverhältnisses gehalten werden.
  • Axial in dem Zylinderkopf 103 ist eine Kraftstoffeinspritzdüse 115 mit einer Spitze angeordnet, die aus zwei einander diametral gegenüberliegenden Sprühöffnungen zur Erzeugung der Kraftstoffstrahlen 116 besteht. Ebenfalls in dem Zylinderkopf eingebaut sind diametral einander gegenüberliegende Zündkerzen 117, d. 1i. eine für jeden Strahl. Diese Zündkerzen sind mit ihren Elektroden angrenzend an den oberen Teil des Verbrennungsraumes 95 und ziemlich nahe bei der axialen Kraftstoffdüse i 15, etwa 2,5 bis 4,4 cm von der Düsenspitze entfernt, angeordnet. Darüber hinaus sind die Zündkerzen so angeordnet, daß sie sich auf der Abwärtsstromseiite ihrer jeweiligen Kraftstoffstrahlen 116 befinden, wobei der zwischen der anfänglichen radialen Richtung der Einspritzung des Strahls 116 und dem die Elektrode 117 schneidenden Radius eingeschlossene, Winkel ungefähr 2o bis .a.5° beträgt. Infolgedessen wird die erste Teilmenge eingespritzten Kraftstoffes auf der Oberseite jedes Strahls von der wirbelnden Luftmasse aufgefangen und rasch auf die genannte Eletrode zu abgelenkt. Der Zeitpunkt der Funkenzündung jeder Zündkerze wird mit der Einleitung der Einspritzung koordiniert, wobei beide Zündkerzen im wesentlichen gleichzeitig Funken bilden, um die erste Teilmenge eingespritzten Kraftstoffs im wesentlichen dann zu zünden, sobald ein brennbares Kraftstoff-Luft-Gemisch daraus gebildet und von der wirbenlden Masse mit den Elektroden in Berührung gebracht worden ist. Dadurch werden zwei Flammenfronten errichtet, die an diametral einander gegenüberliegenden Seiten des Verbrennungsraumes 95 der Richtung des Luftwirbels entgegen «-andern. Dann wird die Einspritzung des Kraftstoffes auf die vorstehend beschriebene Weise bei jedem Kreisprozeß durch den Doppelstrahl fortgesetzt, der unmittelbar vor die wandernden Flammenfronten gespritzt wird.
  • Während bei der in Fig. 8 und 9 gezeigten besonderen Ausführungsform der Steuerschieber das Offnen und Schließen der beiden -Reihen von Öffnungen steuert, kann dies auch abgeändert werden. Zum Beispiel kann der Kolben gi das Öffnen der Auslaßöffnungen und der Steuerschieber das Schließen der Auslaßöffnungen wie auch das Öffnen und Schließen der Lufteinlaßöffnungen steuern. Außerdem können auch andere übliche Konstruktionen von Steuerschiebern für Zweitaktbetrieb, verwendet werden. Bei a11 diesen Formen wird das im Gleichstrom erfolgende Spülen beibehalten.

Claims (4)

  1. PATENTANSPRÜCHE: i. Verfahren zum Betrieb eines Zweitaktverbrennungsmotors, bei welchem an dem einen Zylinderende das Verbrennungsprodukt eines vorangehenden Taktes ausgetrieben und an dem anderen Zylinderende Luft derart zugeführt wird, daß sie in dem Zylinder eine schnelle Wirbelbewegung erhält und während des Verdichtungstaktes eines in dem Zylinder hin und her laufenden Kolbens in einem Scheibenförmigen Verbrennungsraum bei anhaltender Wirbelbewegung verdichtet wird, und bei welchem flüssiger Kraftstoff an einer örtlich begrenzten Stelle in die Wirbelluft bei 75 bis 3o Kurbelwinkelgraden vor dem inneren Totpunkt des Kolbens, im Verdichtungsbuh eingespritzt und so ein Segment der Wirbelluft auf einer Seite des scheibenförmigen Verbrennungsraumes beim Vorbeiströmen an der Einspritzstelle mit Kraftstoff gemischt wird, und bei welchem der erste Teil des eingespritzten Kraftstoffes an einer Stelle, die weniger als 9o° Wirbelbewegung des Gemischsegments von der Einspritzstelle entfernt liegt, und im wesentlichen sobald sich ein brennbares Kraftstoff-Luft-Gemisch gebildet hat, gezündet wird und so eine Flammenfront entsteht, die durch das örtlich begrenzte Mischsegment hindurch dem Luftwifrbel entgegen wandert, und bei welchem die Kraftstoffeinspritzung in den örtlich begrenzten Teil der verdichteten Wirbelluft vor der Flammenfront unter laufender Erzeugung weiterer Mengen des brennbaren Luft-Kraftstoff-Gemnsches fortgesetzt, dieses von der Flammenfront sofort gezündet und im wesentlichen im Augenblick seiner Bildung unter Leistung der gewünschten Arbeit verbrannt wird, und bei welchem der Auslaß der Verbrennungsprodukte während des letzten Teiles des Arbeitstaktes und die Luftzufuhr während des letzten Teiles des Arbeitstaktes mit einer zeitlichen Verzögerung nach Beginn des Auslasses beginnt, wobei ein schnellerLuftwirbel in einer Säule in gleichgerichtetem Strom durch den Zylinder fortschreitet und die Verbrennungsprodukte aus dem Zylinder durch den Auslaß an seinem anderen Ende herausspült, dadurch gekennzeichnet, daß a) der Auslaß während des ersten Teils des Verdichtungstaktes geschlossen wird und die Luft noch eine gewisse Zeit lang nach dem Schließen des Auslasses weiter einströmt, b) für den Auslaß und die Lufteinströmung zusammen eine Gesamtzeit von mindestens ioo Kurbelwinkelgraden verwendet wird, wobei durch die beiden Maßnahmen a), b) eine volle Luftfüllung in dem Zylinder mit regelmäßiger Luftwirbelung zwecks augenblicklicher Kraftstoffmischung im bestimmten Gemischverhältnis und sofortiger Zündung geschaffen wird, und c) die Zeiten des Beginns der Kraftstoffeinspritzung und der Zündung mit der Menge und Dauer der Einspritzung koordiniert werden und so die Verbrennung gemäß dem OttomotorencykIus mit ihrem höchsten Druckanstieg nahe der inneren Totpunktstellung des Kolbens erfolgt.
  2. 2. Anwendung des Verfahrens nach Anspruch r bei einer Brennkraftmaschine, bei der der scheibenförmige Verbrennungsraum in der Mitte eines Zylinders zwischen zwei sich enta gengesetzt hin- und herbewegenden Kolben während des letzten Teiles ihres Verdichtungstaktes gebildet wird, und bei der die Auslässe in der Zylinderwand am Umfange derselben an einem Ende des Zylinders angeordnet sind und durch den einen Kolben gesteuert werden und die Lufteinlässe mit schrägen Wänden in der Zylinderwand am Umfang derselben an dem anderen Ende des Zylinders angeordnet sind und durch den anderen Kolben gesteuert werden, und bei der die Einspritzdüse sich in der Mitte des Zylinders befindet und in Richtung des Luftwirbels tangential zum scheibenförmigen Raum einspritzt, und bei der die Elektroden der Zündvorrichtung sich am Umfang des scheibenförmigen Raumes am Rand des Einspritzstrahles und, radial gemessen, vorzugsweise 3o bis 6o° von der Düsenspitze entfernt befinden und bei der der den Auslaß steuernde Kolben mit seiner Kurbel so versetzt ist, daß er dem den Lufteinlaß steuernden Kolben um to bis 2o Kurbelwinkelgraden vorläuft.
  3. 3. Anwendung des Verfahrens nach Anspruch z bei einer Brennkraftmaschine, bei der die Lufteinlässe sich am Kopfende des Zylinders befinden und sich in den scheibenförmigen Verbrennungsraum öffnen und die Auslässe in der Zylinderwand am Umfange derselben etwas oberhalb der unteren Kolbenstellung beim Arbeitstakt angeordnet sind, und bei der die Lufteinlässe durch Ventile unabhängig gesteuert werden,- und bei der die Einspritzdüse und die Zündvorrichtung am Kopfende des Zylinders so angeordnet sind, daß sie durch den einströmenden Luftwirbel eine zusätzliche Zeit lang bei jedem Umlauf gespült und gekühlt werden.
  4. 4. Anwendung des Verfahrens nach Anspruch r bei einer Brennkraftmaschine, bei der die Auslässe in der Zylinderwand am Umfang derselben etwas oberhalb der unteren Kolbenstellung beim Arbeitstakt und die Lufteinlässe mit schrägen Wänden in der Zylinderwand am Umfang derselben am Kopfende des Zylinders gegenüber dem scheibenförmigen Verbrennungsraum angeordnet sind, und bei der ein Steuerschieber innerhalb des Zylinders angeordnet ist, der an seinem Umfang eine Reihe von Auslässen, die mit den Zylinderauslässen in Deckung gebracht und aus dieser herausbewegt werden können, und an seinem Umfang eine weitere Reihe von Lufteinlässen, die mit den Zylinder einlässen in Deckung gebracht und aus dieser herausbewegt werden können, enthält, und bei der die Einspritzdüse und die Zündvorrichtung am Kopfende des Zylinders so angeordnet sind, daß sie durch den einströmenden Luftwirbel eine zusätzliche Zeit bei jedem Umlauf gespült und gekühlt werden. In Betracht gezogene Druckschriften: Französische Patentschrift Nr. 917 2z2; USA.-Patentschriften Nr. 2 484 009, 2 058 350.
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