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Zweitaktbrennkraftmaschine mit Umkehrspülung Die Erfindung bezieht
sich auf eine Zweitaktbrennkraftmaschine mit Umkehrspülung, bei welcher die Ei.nlaßkanäle
zu beiden Seiten des Auslaßkanals bzw. der Auslaßkanäle- angeordnet sind und die
Einlaßkanäle unter Wahrung der G.rundrißsymmetrie ihrer Achsen in bezug auf den
Auslaßkanal bzw. die Ausla$kanäle, gegen die dem Auslaßkanal bzw. den Auslaßkanälen
gegenüberliegende Zylinderwand gerichtet sind.
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Bei einer Umkehrspülung der genannten Art tritt im Zylinder eine theoretisch
symmetrische Strömung auf, die jedoch bereits durch kleine Verschiedenheiten in
der Bearbeitung der Einlaßschlitze, durch Rußablagerungen in den Einlaßschlitzen,
durch Wirbelformen der Strömung usf. empfindlich gestört wird: Die Strömungsverhältnisse
sind labil, und es besteht die Gefahr eines sogenannten Umschlagens der Strömung
nach der einen oder nach der anderen Richtung, je nachdem, wo diie Störung auftritt.
Der Spülvorgang kann so in unkontrollierbarer Weise verändert werden und auch bei
aufeinanderfolgenden Hüben verschieden sein. Hierdurch wird die Gleichmäßigkeit
des Ganges des Motors beeinträchtigt.
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Durch die Erfindung wird nun z.ielbewußt eine Unsymmetrie der Spülströmung
dadurch erzielt, daß die zu beiden Seiten des Auslasses angeordneten Einlaßkanäle
bzw. Einlaßkanalgruppen ungleich ausgebildet sind, wobei entweder die Querschnitte
der beiden Einlaßkanäle bzw. Einlaßkanalgruppen verschieden groß sind oder die beiden
Einlaßkanäle bzw. Einlaßkanalgruppen bei gleicher Querschnittsgröße verschiedene
Querschnittsformen aufweisen. Dadurch wird auch bei ungenauer Bearbeitung oder ungleichmäßiger
Verschmutzung der Ei.nlaßschlitze die unsymmetrische
Spülströmung
aufrechterhalten, so daß die Strömungsverhältnisse unter allen Umständen stabil
sind und eine völlige Gleichförmigkeit derselben im Zylinder bei den aufeinanderfolgenden
Spülvorgängen gewährleistet ist. Herstellungsmäßig bietet die Beibehaltung der Symmetrie
in bezug auf Aufteilung und Achsrichtung der Spülschlitze wesentliche Vorteile,
weil hierdurch die Einstellung der Bearbeitungsmaschinen erleichtert wird.
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Gemäß der Erfindung wird die Verschiedenheit der Einlaßkanäle bzw.
Einlaßkanalgruppen durch Verschiedenheit der Querschnitte bzw. Zeitquerschnitte
und/oder Verschiedenheit der Form der beiden Einlaßkanäle bzw. Einlaßkanalgruppen
erreicht. Unter dem Ausdruck Zeitquerschnitt der Einlaßkanäle ist hierbei die Summe
der Produkte aus den in den einzelnen Intervallen der Spülperiode freigegebenen
Querschnitten und der zugehörigen relativen oder absoluten Zeiten au verstehen.
Es können die Einlaßkanäle bzw. Einlaßkanalgruppen gemäß der Erfindung auch bei
gleicher Breite verschieden hoch sein, sie können in verschiedener Höhe liegen,
oder es können bei gleicher Höhenlage der unteren Begrenzungen der Einlaßkanäle
bzw. Einlaßkanalgruppen die oberen Begrenzungen derselben verschieden hoch liegen.
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Einlaß- und Auslaßschlitze verschiedener Höhe bzw. mit verschieden
geneigten oberen Begrenzungskanten wurden zwar bisher bereits vielfach angewendet,
doch diente diese Maßnahme immer dazu, durch Überschneidung der COffnungszeiten
. der einzelnen Schlitzgruppen eine Verbesserung der Ladung des Zylinders zu erzielen.
Die Spülströmung blieb dabei symmetrisch zu der durch die Achsen der Spülkanäle
bestimmten Grundrißsymmetralen, da zumindest die einander gegenüberliegenden - jeweils
bezüglich der Grundrißsymmetrale symmetrischen - Schlitze gleichen Querschnitt und
gleiche Form aufwiesen.
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Bei nach dem Dieselprinzip mit direkter Einspritzung oder nach dem
Ottoprinzip arbeitenden Motoren ist eine Rotation der Zylinderladung zur Verbesserung
der Gemischbildung und Verbrennung vorteilhaft, jedoch haben bei Zweitaktmotoren
miit Umkehrspülung die Versuche, eine solche Rotation der Ladung im Zylinder zu
erzeugen, nicht zum Erfolg geführt. Bei einer bekannten Ausführung, bei welcher
die Einlaßkanälle den Auslaßkanälen gegenüberliegen, soll eine Rotationsströmung
der Zylinderladung dadurch erreicht werden, daß die Einlaßkanäle im Grundriß nicht
symmetrisch zu den Aurslaßkanälen angeordnet sind, sondern tangential an einem gegenüber
der Zylinderbohrung 'kleineren konzentrischen Kreis liegen. Dieses Spülverfahren
hat sich in der Praxis offenbar aus dem Grunde nicht durchgesetzt, weil die Spülluft
größenteils auf kurzem Wege zu den EinlaßsehLitzen strömen wird und daher der Spüleffekt
schlecht ist.
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Gegenüber den bekannten Ausführungen, .bei tvelchen zur Erzielung
einer Rotationskomponente die Schlitzanordnung bzw. der Verbrennungsraum unsymmetrisch
ausgeführt werden mußte, kann bei der erfindungsgemäßen Ausbildung der Spülschlitze
der Verbrennungsraum rotationssymmetrisch ausgebildet sein. Bei Dieselmotoren hat
sich die Verwendung einer an sich bekannten Mehrlocheinspritzdüse in Verbindung
mit der erfindungsgemäßen Schlitzausbildung als vorteilhaft erwiesen und ermöglicht
eine bessere Gemischbildung als die Verwendung einer Einspritzdüse mit zentraler
Austrittsöffnung.
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Es ist auch eine Zweitaktbrennkraftmaschine mit durch den Kolben gesteuerten
Schlitzen bekanntgeworden, bei welcher die Schlitze in Richtung dies Zylinderumfanges
in drei Gruppen unterteilt sind und durch die erste Gruppe Luft annähernd senkrecht
und die zweite Gruppe schräg zur Zylinderachse in den Zylinder eingeführt wird.
Durch die dritte, den ersten beiden Schlitzgruppen gegenüberliegende Gruppe von
Schlitzen werden die Verbrennungsgase abgeführt. Bei dieser Spülanordinung ist von
vornherein die Anordnung der Einlaßschliitze im Grundriß unsymmetrisch. Die beiden
getrennten Spülströme sind absichtlich so gelegt, daß sie sich nicht stören und
sind nicht auf die den Auslaßkanäle n gegenüberliegende Zylinderwand gerichtet.
Es liegen hier also völlig andere Verhältnisse vor, als sie bei der Erfindung vorausgesetzt
sind. Die höhere Ausführung der Schlitze der ersten Einlaßschlitzgruppe bzw. deren
Unterteilung in der Höhe dürfte lediglich den Zweck verfolgten, möglichst wenig
an durch die flach gerichteten Schlitze der zweiten Gruppe einströmender Spülluft
zu verlieren.
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In der Zeichnung ist die Erfindung an Hand eines Ausführungsbeispieles
erläutert.
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Fig. i und 2 zeigen den theoretischen Strömungsverlauf bei einem Zylinder
mit Umkehrspülung und in üblicher Weiise ausgebildeten Schlitzen an Hand eines Axialschnittes
und eines Querschnittes durch den Zylinder; Fig.3 und 4 zeigen die Schlitzausbildung
und den Strömungsverlauf bei einem Zylinder mit der erfindungsgemäßen Umkehrspülung
an Hand: eines Axialschnittes und eines Querschnittes durch den Zylinder; Fig. 5
zeigt eine Abwicklung der Schlitzanordnung nach Fig. 4.
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Bei der üblichen Ausführungsform eines Zylinders für Umkehrspülung
sind, wie die Fig. i und 2 zeigen, die Einlaßsohlitze i, 2, 3, 4, 5 und 6 symmetrisch
in bezwg auf die Auslaßschlitze 7 in der Zylinderbüchse 8 angeordnet. Die Achsen
der Einlaßschlitze i bis 6 sind im der bei einer Umkehrspülung üblichen Weise derart
schräg angeordnet, daß der Spülstrom schräg nach oben gegen die den Auslaßschlitzen
7 gegenüberliegende Zylinderwand gerichtet ist, und es sind die einander symmetrisch
gegenüberliegenden Einlaßschlitze völlig gleich ausgebildet. Hierbei entsteht ein
Strömungsverlauf, welcher durch die entsprechenden Pfeile angedeutet ist. Wie diese
Darstellung zeigt, sind die Strömungsverhältnisse im Zylinder symmetrisch und die
Strömung kulminiert an der Stelle d in der
Zylindermitte im Bereich
der Einspritzdüse 9 im Zylinderkopf 12. Durch kleine Verschiedenheiten der Bearbeitung
der Einlaßschlitze, durch ungleiche Rußablagerungen in denselben und durch besondere
Fluktuationen der Strömung an sich kann nun das Strömungsgleichgewicht gestört werden,
wodurch ein Umschlagen des Kulminationspunktes a. in unkontrollierbarer Weise nach
links oder rechts erfolgt, so daß die Strömungsverhältnisse bei jedem Spülvorgang
verschieden sein können und sich ein ungleichmäßiger Gang des Motors ergibt.
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Gemäß der Erfindung sind nun, wie die Fig. 3, 4. und 5 zeigen, zwar
die Achsrichtungen der Einlaßschlitze I, 2, 3 und 4', 5', 6' wieder symmetrisch
zu den Auslaßschlitzen 7, jedoch weist die im Sinne der Zeichnung rechts angeordnete
Gruppe der Einlaßschlitze a', 5', 6' eine andere Querschnittsform auf als die links
angeordnete Gruppe 1, 2, 3. Hierdurch weist die Einströmung von links ein Übergewicht
auf, und es wird einerseits eine Rotationskomponente in der Richtung des Pfeiles
io erzielt xnd anderseits der Kulminationspunkt der Strömung nach rechts an die
Stelle ä verschoben. Durch die Rotationskomponente wird nun eine bessere Gemischbildung
erreicht, wogegen durch die Verlagerung des Kulminationspunktes der Strömung nach
rechts die bei den üblichen Ausführungsformen nach den Fig. i und 2 labilen Strömungsverhältnisse
stabil werden. Das Übergewicht der von links'durch die Schlitze 1, 2, 3 eintretenden
Spülluftströme wird unter allen Bedingungen, auch bei ungenauer Bearbeitung der
Schlitze oder bei ungleicher Verrußung derselben aufrechterhalten, und es ist ein
Umschlagen des Kulminationspunktes ä nach links nicht möglich, so daß die Gleichheit
der aufeinanderfolgenden Spülvorgänge unter allen Betriebsbedingungen gewährleistet
ist. Es wird somit einerseits ein gleichmäßiger Gang des Motors und anderseits eine
bessere und sparsamere Gemischbildung erzielt.
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Wie Fig. 3 und insbesondere die Abbildung der Schlitzpartie nach Fig.
5 zeigen, ist die Ungleichheit der Einlaßquerschnittsform bei einer bevorzugten
Ausführung der Erfindung dadurch erreicht, daß die Schlitzgruppe _f', 5', 6' eine
um den Betrag x kleinere Höhe aufweist als die Schlitzgruppe 1, 2, 3, wogegen die
Breite der korrespondierenden Schlitze .4.' und I bzw. 5' und 2 bzw. 6' und 3 gleich
ist. Dadurch, d.aß die Schlitze 1, 2, 3 gegenüber den Schlitzen 4', 5', 6' nach
oben verlängert sind, werden die Schlitze 1, 2, 3 gegen Ende des Spülvorganges später
durch den Motorkolben i i abgedeckt, und es vergrößert sich bei gleichen Gesamtquerschnitten
bzw. Einlaßzeitquersahnitten gegen Ende des Spülvorganges die Differenz der Querschnitte
der linken Einlaßschlitzgruppe 1, 2, 3 und der rechten Einlaßschlitzgruppe q.',
5', 6' immer mehr, so daß die Rotationskomponente sich gegen Ende des Spülvorganges
verstärkt. Die Einspritzdüse 9 ist, wie die Zeichnung zeigt, als Mehrlochdüse ausgebildet.
Solche Mehrlochdüsen sind an sich bekannt und üblich, weisen jedoch bei der erfindungsgemäßen
Ausbildung den Vorteil auf, daß die Strahlrichtung des Brennstoffes der Rotationsbewegung
der Zylinderfüllung und der exzentrischen Verlagerung des Kulminationspunktes a.'
entspricht,