DEV0005850MA - - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

Tag der Anmeldung: 2. April 1952 Bekanntgemacht am 10. November 1955

DEUTSCHES PATENTAMT

Die Erfindung betrifft eine Zweitaktbrennkraftmaschine mit Schlitzspülung, insbesondere luftgekühlte Dieselmaschine, bei der die Auslaß- und Spülschlitze am inneren Zylinderende in ungefähr der gleichen Höhenlage angeordnet sind.

Bei Maschinen dieser Art ist es grundsätzlich sehr nachteilig, daß ein bedeutender Teil der KoI-benbodenfläche ständig im Auslaßströmungsfeld liegt, während je nach Anordnung und Anzahl der Spül- bzw. Ladeschlitze ein anderer Teil der Kolbenbodenfläche bei jedem Hubwechsel von kühlenden Frischgas- bzw. Frischluftströmen bestrichen wird. Dieser Mangel haftet weder den Zweitaktbrennkraftmaschinen mit an verschiedenen Zylinderenden angeordneten Auslaß- und Spülschlitzen noch jenen Zweitaktmotoren an, bei denen die Auslaßschlitze oberhalb der Spülschlitze rings um den Zylinderumfang angeordnet werden. Bei der letzterwähnten Zylinderausbildung wird nach erfolgter Entspannung der Verbrennungsgase praktisch die gesamte Kolbenfläche durch die einströmende Frischladung wirksam gekühlt. Durch diese ununterbrochene thermische Entlastung und gleichmäßige Wärmeabfuhr bleibt der Arbeitskolben rund

509 579/221

V5850Ia/46a²

und kann daher auch bei hoher Drehzahl und Luftkühlung des Zylinders Ix-i hoher Belastung mit engem Laufspiel in den Zylinder eingepaßt werden, olim: in demselben anzureiben. Ähnlich ist der Vorgang Ik¹J ilen Zweitaktbrennkraftmaschine!! mit an verschiedenen linden angeordneten Auslaßschallern und Spül- bzw. Ladeschlitzen. Sind hier die Auslal.ischalter als zwangläuiig gesteuerte Ventile ausgebildet, so wird der Arlx.'itskoll)en dem Auslaßströmungsfeld gänzlich entzogen und bei jedem I lubwechsei nur von kühlenden Frischluftströmen bestrichen, sind dagegen im Zylinder aufeinanderzu- und wieder voneinander weglaufende Kolben vorgesehen, von denen der eine die Auslaßschlitze, der andere die Spül- bzw. Ladeschlitze steuert, so wird der die Auslaßschlitze steuernde Kolben zuerst dem Auslal.tströmungsfeld und dann dem Spülströmungsfeld ausgesetzt, so daß keine unterschiedliche Erhitzung bzw. Kühlung von Kollxmoberlläclienteilen eintreten kanu wie bei einem Zweitaktmotor, bei dem die Auslaß- und Spülschlitze am gleichen Zvlinderende in ungefähr der gleichen 'Höhenlage angeordnet sind. Diese Schlitzanordnung führt zwangläufig dazu, daß sich am Kolben und am Zylinder unterschiedlich heiße Zonen ausbilden, daß Kolben und Zylinder nach längerem lietrieb unrund werden, der ΚοΙΙκίι schließlich zum Anreiben kommt, und die Anwendung der Luftkühlung, insbesondere bei Dieselmaschinen, sehr schwierige Aufgaben stellt, wenn ein anstandsloser Dauerbetrieb gewährleistet sein soll.

Hei Zweitaktmotoren, bei denen die am inneren Zylindereiide angeordneten Spülkanäle steil nach oben in den Zylinder einmünden und den Auslaßkanälen direkt gegenübergestellt sind, erfolgt eine Kühlung (k'fi Kolbens durch die Spülströme praktisch überhaupt nicht.

Bei einer Zweitaktbrennkraftmaschine mit am inneren Zvlinderende, in ungefähr der gleichen 'Höhenlage angeordneten Auslaß- und Spülkanälen und Umkehrspülung, blasen die zu beiden Seiten der Auslaßkanäle angeordneten, (lach oder schräg nach oben in den Zylinder einmündenden Spülkanäle die !Mischladung in einer vom Auslaß abgewandten Richtung gegen die den Auslaßkanälen gegenüberliegende Zylinderwand. Hier erfolgt zwar eine teilweise Kühlung des Kolbens, aber es wird gerade jener Teil der Kolbenoberfläche, der im Auslaßströmungsfeld liegt, nicht von den Frischgasströmen erfaßt. Es ist daher bereits vorgeschlagen worden, zu beiden Seiten der Auslaßkanäle mindestens zwei l'aare von Spülkanälen vorzusehen, von denen nur das eine (hintere) Paar schräg nach oben in (k'ii Zylinder einmündet, während das andere, den Auslaßkanälen näherliegende Spülkanalpaar schräg nach unten gegen den Kolbenboden gerichtet ist. Bei dieser kühlungstechnisch vorteilhafteren Variante der Umkehrspülung ist aber dafür der Spülungseffekt wesentlich schlechter, weil sich die schräg nach unten auf den Kolbenboden gerichteten Spülströme dort aufstauen und die Wendung nach oben zum Zylinderkopf überhaupt nicht ausführen können. Infolgedessen wird bei dem Vorschlag die Kühlung des Kolbenbodcns mit einem beträchtlichen Verlust an Disziplinierung der Spülströmung erkauft.

Es sind weiterhin Vorschläge bekannt, die auf eine Vereinigung der Merkmale der vorstehend behandelten Spülungseinrichtungen hinzielen. Das sind Vorschläge, bei denen der Zylinder sowohl zu beiden Seiten der Auslaßkanalgruppe bzw. des Auslaßkanals angeordnete, gegen die hintere Zylinderwand gerichtete, flach oder schräg nach oben in den Zylinder einmündende Umkehrspülkanälc, als auch in der hinteren Zylinderwand vorgesehene, schräg oder steil nach oben in den Zylinder einmündende Querspülkanäle aufweist. Auch mit diesen Quer-Umkehr-Spüleinrichtungen werden die eingangs behandelten, ungünstigen thermischen Verhältnisse des Kolbens von Zweitaktzylindern mit am inneren Zylinderende in ungefähr der gleichen Höhenlage angeordneten Einlaß- und Auslaßschaltcrn ersichtlich nicht abgestellt.

Bei einem Vorschlag dieser Art sind in der dem Auslaßkanal gegenüberliegenden Zylinderwand Querspülkanäle bzw. einander gegenübergestellte, flach oder schräg nach oben in den Zylinder einmündende Umkehrspülkanäle so angeordnet, daß sie mit dem Auslaßkanal die Form des Buchstabens »T« bilden, während weitere, unmittelbar zu beiden Seiten des Auslaßkanals angeordnete, flach oder schräg nach oben in den Zylinder einmündende Spülkanäle gegen die Zylindermitte gerichtet sind und der Kolben eine Leitvorrichtung aufweist. Die letztere ist im Umriß und in der Höhe so geformt, daß sie .die aus den letzterwähnten Spülkanälen kommenden Spülströme während des Spülvorganges zuerst gegen die hintere Zylinderwand und dann von dort aus wieder gegen die Zylindermitte ablenkt, so daß ein großer Teil der Kolbenobcrflächc von kühlenden Spülströmen bestrichen wird. Dieser Einrichtung haftet aber wieder der Mangel an, daß der Kolben mit einer Leitvorrichtung ausgestattet sein muß, die die Kolbenoberflächc zusätzlich vergrößert, und daß ein Kolben mit einer Leitvorrichtung, oft schon aus Gründen der Brennraumgestaltung, für manche Zwecke grundsätzlich nicht verwendbar ist.

Bei einem anderen bekannten Vorschlag zur Abstellung des einleitend geschilderten, grundsätzliehen Mangels bei Zweitaktzylindern mit am gleichen Zvlinderende angeordneten Auslaß- und Spülkanälen ist die Anordnung so getroffen, daß auf der den zwei Auslaßkanälen gegenüberliegenden Zylinderwand flach oder schräg nach oben in den Zylinder einmündende, einander gegenüberliegende Spülkanäle vorgesehen sind, die mit den beiden Auslaßkanälen die Form eines »T« bilden, und daß ein weiterer Spülkanal oder mehrere Spülkanäle zwischen die beiden Auslaßkanäle gesetzt sind und flach oder schräg nach oben in den Zylinder einmünden. Bei dieser Anordnung wird das Auslaßströmungsfeld am Kolbenboden praktisch vollständig von Frischgasströmen bestrichen und ein hoher Grad von gleichmäßiger Wärmebeanspruchung von Kolben und Zylinder erreicht.

579/221

V 5850 Ia/46a²

Nach einem weiteren, bekannten Vorschlag dieser

Art wird der angestrebte Effekt weiterhin dadurch verbessert, daß der zwischen den Auslaßkanälen angeordnete Spülkanal gegen den Kolbenboden gerichtet ist.

Der letztgenannte Vorschlag beseitigt zwar praktisch vollständig den grundsätzlichen Mangel einer Zweitaktbrennkraftmaschine mit am gleichen Zylinderende angeordneten Auslaß- und Spülschlitzen,

ίο erfordert aber zwei Auslaßkanäle. Werden nun mehrere luftgekühlte Zylinder in Reihe hintereinander angeordnet, so ergeben sich aber Schwierigkeiten bei der Unterbringung der Auslaßstutzen, die in die allen Zylindern gemeinsame Auslaßleitung einmünden. Diese Schwierigkeit ist aber nicht ein Mangel des zuletzt beschriebenen Vorschlages allein, sondern er haftet allen Zweitaktmotoren mit Luftkühlung an, bei denen das Auslaßströmungsfeld einen verhältnismäßig großen Teil des Kolbenumfangs einnimmt.

Die Erfindung verfolgt das Ziel, eine intensive Kolbenkühlung durch die Frischluftströme und ein kleinstmögliches Auslaß Strömungsfeld auf dem Kolbenboden bei hohem Spülungseffekt zu erreichen und dabei die Zylinderkonstruktion so zu gestalten, daß insbesondere bei luftgekühlten Maschinen eine Zylinderreihung bei einfach aufgebauter Auslaßleitung für sämtliche Zylinder bei geringstmöglichem Zylinderabstand durchgeführt werden kann, so daß ohne Verlust an Spülungs- und Kühlungseffekt bei einer insbesondere luftgekühlten Vielzylinder-Reihenmaschine die gleichen Vorteile sichergestellt werden können, die bei einem Einzylindermotor viel leichter zu bewerkstelligen sind.

Die Erfindung geht aus von einer Zweitaktbrennkraftmaschine, insbesondere luftgekühlten Dieselmaschine, bei welcher am inneren Zylinderende einem einzigen Auslaßkanal mindestens ein Paar gegeneinander gerichtete, flach oder schräg nach oben in den Zylinder einmündende Spülkanäle derart gegenüberliegen, daß der Auslaßkanal und das Spülkanalpaar bzw. die Spülkanalpaare die Form eines »T« bilden und unmittelbar neben dem Auslaßkanal ein durch diesen voneinander getrenntes, weiteres Paar in den Zylinder einmündender Spülkanäle liegt, deren Mündungsachsen auf die dem Auslaßkanal gegenüberliegende Zylinderwand gerichtet sind.

Die Erfindung besteht darin, daß unter Verwendung eines Flachkolbens die zu beiden Seiten des Auslaßkanals liegenden Spülkanäle, die vorzugsweise später geöffnet und früher geschlossen werden als die übrigen Spülkanäle, flach oder, wie an sich bekannt, schräg nach unten in den Zylinder einmünden und die Mündungsachsen dieser Spülkanäle sich hinter der dem Auslaßkanal gegenüberliegenden Zylinderwand schneiden.

Der Ladungswechsel spielt sich dann nach dem Stand der heutigen Erkenntnisse folgendermaßen ab: Nach Ablauf des entsprechend groß bemessenen Vorauslasses des einzigen Auslaßkanals steuert der Kolben beim weiteren Abwärtsgang die dem Auslaßkanal gegenüberliegenden, gegeneinandergerichteten Spülkanäle auf, die flach oder schräg nach oben in den Zylinder einmünden. Sobald sich die aus diesen Hauptspülkanälen kommenden Spülströme aneinander aufgerichtet haben und aufwärts zum Zylinderkopf strömen, steuert der Arbeitskolben die unmittelbar zu beiden Seiten des Auslaßkanals angeordneten Spülkanäle auf, deren Mündungsachsen sich hinter der dem Auslaßkanal gegegenüberliegenden Zylinderwand schneiden und flach in den Zylinder einmünden oder vorzugsweise gegen den Kolbenboden gerichtet sind. Die aus diesen Spülkanälen kommenden Spülströme, die den Kolben auf großer Länge überströmen, stören die Hauptströmung nicht, sondern unterstützen deren Aufwärtsbewegung sogar von unten her und hindern dieselbe daran, etwa mit dem Auslaßkanal kurzzuschließen. Die weitere Aufgabe dieses durch den Auslaßkanal voneinander getrennten Spülkanalpaares ist, den Kolbenboden zu beiden Seiten des Auslaßströmungsfeldes intensiv zu kühlen. Das durch die Anordnung eines einzigen, entsprechend hoch bemessenen Auslaßkanals bewußt verkleinerte Auslaß Strömungsfeld auf dem Kolbenboden wird dadurch noch weiter herabgesetzt.

Bei der Reihung von Zylindern, insbesondere von luftgekühlten Einzelzylindern, ist es mit der Erfindung bei gutem Spülerfolg und bei weitgehender thermischer Entlastung von Kolben und Zylinder möglich geworden, den Zylinderabstand so klein zu halten, wie es die Lagerabmessungen der Kurbelwelle überhaupt zulassen und eine sehr einfach aufgebaute Auslaßleitung für sämtliche Zylinder der Reihe zu verwirklichen. Da sämtliche Auslaßstutzen etwa senkrecht zur Ebene der Zylinderreihe gestellt sind, können sie sich nicht gegenseitig Platz wegnehmen wie bei bisher bekannten Maschinen, deren Zylinder ein großes Auslaßströmungsfeld auf Grund mehrerer Auslaßkanäle je Zylinder aufweisen, was verwickelt aufgebaute Zylinder und Auslaßleitungen zur Folge hat und damit vorteilhaft gebaute Mehrzylinder-Reihenmaschinen mit den günstigen, kurzen Lagern ausschließt.

Die Erfindung ist in der Zeichnung an mehreren Ausführungsbeispielen schematisch dargestellt.

Fig. ι ist ein Längsschnitt durch den Zylinder einer erfindungsgemäß ausgebildeten Zweitaktbrennkraftmaschine; no

Fig. 2 und 3 stellen durch die Kanalzone gelegte Querschnitte nach Linie A-B bei Zweizylinder-Reihenmaschinen mit Luftkühlung bzw. Wasserkühlung dar;

Fig. 4 und 5 zeigen durch die Kanalzone gelegte Querschnitte einer Zweizylinderreihe nach der Erfindung in abgewandelter Form.

Es bezeichnen: α den Zylinder, b den Zylinderkopf, c den Arbeitskolben, d den einzigen Auslaßkanal und e_v e₂ das auf der dem Auslaßkanal d gegenüberliegenden Zylinderwand angeordnete Spülkanalpaar, das mit dem Auslaßkanal d zusammen die Form eines »T« bildet. Die Spülkanäle e_v e₂ münden flach oder schräg nach oben in den Zylinder ein und sind die Hauptspülkanäle, denen insbesondere die Aufgabe zufällt, den Zylinder bei allen

509 579/221

V5850 I al46a-

Drehzahlen und Belastungen hinreichend mit Frischiadiing zu versorgen.

Mit /,, /., ist flie durch den Auslaßkanal d voneinander getrennte, zweite Spülkanalgruppe bezeichnet. Die Kanäle /,,/"., münden flach oder vorzugsweise schräg nach unten gegen den Kolbenboden geneigt in den Zylinder ein. Ihre Mündungsachsen schneiden sich hinler der dem Auslaßkanal d gegenüberliegenden Zyliudcrwand. Die Spülkanäle f_v /₂ werden nahe an den Auslaßkanal d herangerückt und vorU'ilhafterwcise niedriger ausgeführt als die

I lauptspi
Durch

!kanüle
die

·,, c, wie m hig. ι gezeigt ist.
erfindungsgemäße Anordnung ist es möglich, das Auslaßströnnmgsfeld am Kolbenboden

Jf) auf ein Sechstel oder noch weniger des Kolbenumfangs zu begrenzen, die Ränder des Auslaßströmtingsfeldes am Kolbenboden wirksam zu kühlen und einen guten Spülungseffekt sicherzustellen, ferner bei Reihenanordnung mehrerer Zylinder den kürzeslmöglichen Zylinderabstand, insbesondere bei Anwendung der Luftkühlung, auszuführen zu können und verwickelt aufgebaute, mehrteilige Auslaßleitungen bzw. Auslaßstutzen samt Abgasleittiiigen zu vermeiden.

Wie in Fig. 3 gezeigt ist, können die Spülkanäle f_t, f., oder bei Kinzelzyliiidern sämtliche Spülkanäle an den I Jmlenkstellen in bekannter Weise mit Fornidcekeln verschlossen sein.

In den Fig. .| und 5 der Zeichnung ist eine weitere Ausführungsform der Erfindung schematisch dargestellt. Hei dieser 1>eispielsweisen Ausführung ist unmittelbar neben dem einzigen Auslaßkanal d nur auf der einen Seite ein auf die gegenüberliegende Zyliiiderwand gerichteter Spülkanal /, bzw. f., vorgesehen. I )er Mündungsquerschnitt des ihm schräg gegenüberliegenden I lauptspülkaiials C₂ bzw. C₁ wird crfindtingsgemäß zur Stabilisierung der Gesanitspülströmung entsprechend größer gehalten als der Mündungsquerschnitt des diesem in der hinleren Zyliiiderwand gegenüberliegenden Hauptspülkanals.

In Kig.3 ist mit χ der Einlaßkanal in die Kurbelkammer bezeichnet, wobei die Kurbelkammer als Kurbelkammerpumpe ausgebildet ist.

In den IMg. 2 bis 5 sind Zweizylinder-Reihenniascliinen dargestellt; selbstverständlich können die dargestellten Zylindereinheiten beliebig oft hinlereinandergereiht werden.

Die Erfindung eignet sich für Otto- und Dicselmaschinen, insbesondere für luftgekühlte Reihenmaschinen dieser Art.

Claims (2)

1. Patentansprüche:

   Angezogene Druckschriften:

   Deutsche Patentschriften Nr. 673 636, 637 647, 041, 283 626;

   schweizerische Patentschrift Nr. 131 894.

   ι. Zweitaktbrennkraftmaschine, insbesondere luftgekühlte Dieselmaschine, bei welcher am kurbelseitigen Zylinderende einem einzigen Auslaßkanal mindestens ein Paar gegeneinander gerichtete, flach oder schräg nach oben in den Zylinder einmündende Spülkanäle derart gegenüberliegen, daß der Auslaßkanal und das Spülkanalpaar bzw. die Spülkanalpaare die Form eines »T« bilden, und unmittelbar neben dem Auslaßkanal ein durch den Auslaßkanal voneinander getrenntes weiteres Paar in den Zylinder einmündender Spülkanäle liegt, deren Mündungsachsen auf die dem Auslaßkanal gegenüberliegende Zylinderwand gerichtet sind, dadurch gekennzeichnet, daß unter Verwendung eines Flachkolbens (c) die zu beiden Seiten des Auslaßkanals (d) angeordneten Spülkanäle (fvf-i)' d'^c vorzugsweise später geöffnet und früher geschlossen werden als die übrigen Spülkanäle (V₁, C₂), flach oder, wie an sich bekannt, schräg nach unten in den Zylinder (α) einmünden und die Mündungsachsen dieser Spülkanäle (f_v f„) sich hinter der dem Auslaßkanal (d) gegenüberliegenden Zylinderwand schneiden.
2. 2. Zweitaktbrennkraftmaschine nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß unmittelbar neben dem einzigen Auslaßkanal (d) nur auf der einen Seite ein auf die gegenüberliegende Zylinderwand gerichteter Spülkanal (Z₁ oder /₂) vorgesehen ist und der Mündungsquerschnitt des ihm schräg gegenüberliegenden Hauptspülkanals (c₂ oder C₁) zur Stabilisierung der Gcsamtspülströmung entsprechend größer gehalten ist als der Mündungsquerschnitt des diesem in der hinteren Zylinderwand gegenüberliegenden Hauptspülkanals.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

   © 509 579/221 11.55