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Zweitaktbrennkraftmaschine, insbesondere luftgekühlte, für hohe und
höchste Drehzahlen Die Erfindung betrifft eine insbesondere luftgekühlte Zweitaktbrennkraftmasch.ine
für hohe und höchste Drehzahlen, bei der die Auspuff- und Ladeschlitze in der gleichen
Ringzone an dem dem Zylinderkopf gegenüberliegenden. Ende des Arbeitszylinders angeordnet
sind und von dem als Flachkolben ausgebildeten Arbeitskolben gesteuert werden.
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Bei derartigen schlitzgesteuerten Zweitaktzylindern wird die Anordnung
der Schlitze meistens so getroffen, daß die- Ladeschlitze niedriger bemessen sind
als die Auspuffschlitze und daher vom Arbeitskolben später geöffnet und entsprechend
früher geschlossen werden als letztere. Der Höhenunterschied zwischen den Auspuffschlitzen
und den Ladeschlitzen ist in der Regel bei Maschinen, die für hohe Drehzahl bestimmt
sind, größer als bei Maschinen, die für niedrige oder mittelhohe Drehzahl ausgelegt
sind. Die Reinigung des Zylinders von den Abgasen wird bei bekannten Zweitaktbrennkraftmaschinen
durch eine kunstvolle Bahn der den Zylinder durchströmenden Frischladung zu erreichen
versucht. Die Lade- oder Spülkanäle sind zu diesem Zweck bei den bekannten Maschinen
und Vorschlägen so am Zylinderumfang verteilt und angeordnet, daß eine Spülströmung
zustande kommt, die den zentralen Abgaskern umfaßt und ihn teils zum Auslaß verdrängt,
teils ihn mit sich dorthin führt. Da hierbei ein Teil der Frischladung mit den Abgasen
abströmt, treten bei diesem Verfahren unter Umständen bedeutende Verluste an Frischladung
auf. Dabei hat sich die Umkehrspülung, bei der die Ströme der Frischladung in der
dem Auslaß abgewandten Richtung
in den Zylinder eingeführt werden,
der Querspülung, wo die Auspuffschlitze und Ladeschlitze einander im wesentlichen
gegenüberstehen, als überlegen erwiesen.
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Im Gegensatz hierzu steht ein bekannter Vorschlag, der eine solche
geschlossene Spülform der Frischladung vermeiden will, um die Gefahr zu mindern,
daß Frischgase vorzeitig den Auspuff verlassen können.
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Zu diesem Zweck ordnet der bekannte Vorschlag in einer abgeänderten
Form einer Querspüleinrichtung auf dem ganzen von den Auspuffschlitzen frei gelassenen
Zylinderumfang radial gerichtete und steil nach oben in den Zylinder einmündendie
Spüllufteinlässe an. Hierdurch soll erreicht werden, daß die von allen Seiten kommenden
Frischgasströme im wesentlichen in der oberen. Zylinderhälfte aufeinandertreffen,
sich gegenseitig abbremsen und ihre Strömungsenergie in der Hauptsache in Druck
umwandeln, der den zentralen Abgaskern etwa kolbenartig vor sich her zum Auslaß
treibt.
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Es ist noch ein weiterer Vorschlag bekanntgeworden, der zur Reinigung
des Zylinders von den Abgasen, insbesondere bei schnell laufenden Zweitaktbrennkraftmaschinen,
auf eine kunstvolle Spülbahn der Frischladung zwischen den Spül- bzw. Ladeschlitzen.
und den Auspuffschlitzen verzichtet. Dieser Vorschlag empfiehlt, die Frischgasladung
mit möglichst hoher Geschwindigkeit in den Abgaskern zu leiten, und verwendet dazu
einen düsenförmig ausgebildeten Frischgaskanal, der steil in den Zylinder einmündet.
Die Frischladung, die als freier Strahl in den Zylinder eintritt und sich pinienförmig
aufstülpt, trifft die dem düsenförmigen Frischgaskanal gegenüberliegende Zylinderwand,
und die mit dem Aufstau des Frischgases zusammenhängenden Strömungsvorgänge sollen
eine geordnete Kreislaufströmung um die Achse des Frischgasstrahles hervorrufen:,
die die in Ausdehnung begriffene Frischladung im Zylinder zusammenhält und auf diese
Weise am Entweichen in den Auslaß hindert.
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Die bekannten Zweitaktbrennkraftmaschinen mit an dem dem Zylinderkopf
gegenüberliegenden Ende des Arbeitszylinders angeordneten, in der gleichen Ringzone
liegenden Ein- und Auslaßschlitzen und geschlossener, kunstvoller Spülbahn der Spül-
und Ladeströme können zwar mit mittleren, hohen oder sogar sehr hohen Drehzahlen,
betrieben werden,, wenn. die Ein- und Auslaßsehlitze bezüglich ihrer Höhe und Breite
von vornherein auf die gewünschte Drehzahlspitze ausgelegt sind, es wandert jedoch
hier der Scheitelpunkt der Linie des effektiven Mitteldruckes p, (kg/cm2) bzw. das
Drehmoment in unerwünschter Weise im seilten Maße in das Gebiet der höheren Drehzahlen
ab. Da aber der Scheitelpunkt der Linie des effektiven Mitteldruckes bei den bekannten
Maschinen mit kunstvoller Spülbahn etwa bei zwei Drittel jener Spitzendrehzahl liegt,
für die die Maschine ausgelegt ist, tritt das maximale Drehmoment bei solchen Maschinen
von z. B. 6ooo Umdr./min erst bei rund 4000 Umdr./min, auf, und unterhalb, dieser
Drehzahl fällt die Linie des effektiven Mitteldruckes sehr stark ab. Wünscht man
das maximale Drehmoment aber bei niedrigerer Drehzahl, z. B. bei bereits 2ooo Umdr./min,
so ist es erforderlich, die Ein- und Auslaßschlitze von vornherein entsprechend
niedriger zu bemessen, und dies hat dann wieder zur Folgie, daß die betreffende
Zweitaktbrennkraftmaschine ein starkes Abfallen des mittleren., effektiven Druckes
bei steigender Drehzahl aufweist, da jetzt die zur Verfügung stehende kurze Zeitspanne
von rund 1/"o Sekunde bei hoher Drehzahl nicht mehr zur Durchführung einer kunstvollen
Zylinderausspülung auf geschlossener Bahn; genügt.
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Dieser der Zweitaktbrennkraftmaschine mit Schlitzsteuerung und kunstvoller
Spülbahn anhaftende grundsätzliche Mangel wird nach dem erfinderischen Gedanken
dadurch beseitigt oder zum,indest stark abgeschwächt, daß auf eine kunstvolle Spülbahn
der Frischladung überhaupt verzichtet und die Einrichtung so getroffen wird, daß
die mit hoher kinetischer Energie behafteten Verbrennungsgase quasi die Spülbahn.
befolgen, während die in kompakter Form mit größtmöglicher Geschwindigkeit auf kürzestem
Weg geradlinig zum Zylindermittelpunkt beförderte Frischladung gewissermaßen das
»Ruhende« darstellt. Es können in. diesem Fall die Ein- und Auslaßschlitze so bemessen
werden, daß die Linie des effektiven Mitteldruckes p, ihren. Scheitelpunkt in. einem
ebenso niedrigen Drehzahlbereich aufweist wie bei einer üblichen Zweitaktbrennkraftmaschine,
die für mittelhohe Drehzahlen. ausgelegt ist, während die Zweitaktbrennkraftmaschine
nach der Erfindung gleichzeitig darüber hinaus für die hohen und höchsten Drehzahlen
befähigt ist, die üblichen Zweitaktbnennkraftmaschinen mit geschlossener, kunstvoller
Spülbahn der Frischladung nur mit stark abfallendem mittlerem, effektivem Druck
bzw. Drehmoment zugänglich sind.
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Von den bekannten Vorschlägen, die auf eine geordnete Bahn des Spül-
und Lademittels verzichten, unterscheidet sich die vorliegende Erfindung vor allem
dadurch, daß sie die Frischladung mit Hilfe mehrerer auf den, Zylindermittelpunkt
gerichteter Ladekanäle als Frischgaskern in den Zylindermittelpunkt setzt und den
Abgasen die Möglichkeit gibt, um den Frischgaskern herum in. den Auslaß abzuströmen.
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Um die bei der erfindungsgemäßen Zweitaktbrennkraftmaschine angestrebten
und möglichen hohen und höchsten Drehzahlen trotz der äußerst geringen Zeitspannen,
die für den Ladevorgang zur Verfügung stehen, sicherzustellen, werden die Oberkanten
der Ladeschlitze oder Einlaßschlitze in an sich bekannter Weise auf etwa die gleiche
Höhe gelegt wie die Oberkanten der Auslaßschlitze. Ferner wird zur Erreichung des
beschriebenen Zieles von den an sich bekannten Maßnahmen Gebrauch gemacht, daß die
Steuerung des Frischgasübertrittes in denArbeitszylinder durch imKalbenmantel vorgesehene
Überströmschlitze zwischen Spülpumpe und Einlaßkanälen erfolgt und daß der
Frischgasübertritt
aus der Spülpumpe in die Einlaßkanäle unmittelbar nach Öffnung der Auslaßschlitze
stattfindet.
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Die Erfindung ist in der Zeichnung in einigen Ausführungsbeispielen
dargestellt. Es zeigt Fig. i einen Längsschnitt durch den Zylinder der erfindungsgemäßen
Zweitaktbrennkraftmaschine nach Linie A-B von Fig. 2; der Arbeitskolben hat eben
begonnen, die Einlaßkanäle zu öffnen, Fig. 2 einen Querschnitt durch den Zylinder
nach Linie C-D von Fig. i, Fig.3 einen Längsschnitt durch einen anders ausgebildeten
Zylinder nach Linie E-F-G-H von Fig. 4;- in dieser Figur befindet sich der Arbeitskolben
in seiner unteren. Totlage, und die Ein.laßkanäle sind voll. geöffnet, Fig.4 einen
Querschnitt durch den Zylinder der Maschine nach Linie J-K-L-M von Fig. 3, Fig.5
eine etwas andere Ausführung der Einmündung der Einlaßkanäle in den Zylinder als
nach den Fig. i und 3.
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In allen Figuren bezeichnet a den Zylinder, b den Zylinderkopf,
c das Kurbelgehäuse, d den Arbeitskolben, ei und e2 die Auspuffkanäle, f
1, f2 und f3 die Einlaßkanäle, g die im Kolbenschaft vorgesehenen Überströmschlitze,
g' die mit den Überströmschlitzen g korrespondierenden Querschnitte der Einlaßkanäle
f1, f2, f3. Die von außen einsetzbaren Mündungsstücke der Einlaßkanäle haben den
Kennbuchstaben h, während mit i der in die Kurbelkastenpumpe einmündende
Saugkanal und mit k der Pleuelzapfen des Triebwerks bezeichnet ist. Der Neigungswinkel
der Einlaßkan:ä.le gegen die Horizontalebene ist mit dem griechischen Buchstaben,
a bezeichnet. In Fig. i ist M' der Zylindermittelpunkt, auf den die Mittellinien
der voll geöffneten Einlaßkanäle f1, f2, f3 bzw. f1, f2 in Fig. 2 gerichtet sind,
wie in. Fig. i angedeutet ist. Unter dem Zylindermittelpunkt M' ist der Mittelpunkt
des aus dem nutzbaren Hubraum und dem Verdichtungsraum gebildeten Zylinderraumes
zu verstehen.
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Der Auspuff- und Ladevorgang spielt sich bei der Z«eitaktbrennkraftmaschine
nach der Erfindung wie folgt ab: Im Punkt i des Kurbelkreises der Fig. i öffnen
die Auspuffkanäle ei, e2, und unmittelbar danach erfolgt im Punkt 2 des Kurbelkreises
die Öffnung der Überströmschlitze g durch die Querschnitte g', so daß die Frischladung
in die Einlaßkanäle f1, f2 bzw. f1, f2, f3 abströmen und durch die bereits vorher
vom Arbeitskolben d aufgesteuerten Einlaßschlitze in den Zylinder einströmen kann.
Die Einlaßkanäle f1, f2, f3 sind sämtlich auf den Zylindermittelpunkt M' gerichtet,
also bei Motoren üblicher Bauart unter 5o bis 70° gegen den Kolbenboden: geneigt,
und ihre Oberkanten liegen auf etwa der gleichen Höhe wie die Oberkanten der Auspuffkanäle
ei, e2.
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Die aus den einzelnen Einlaßkanälen auf kürzestem Wege und innerhalb
der größtmöglichen zur Verfügung stehenden Zeitspanne zum Zylindermittelpunkt beförderten
Frischladungsteile bilden einen resultierenden Strahl von großer Durchschlagskraft
in Richtung zum Zylinderkopf, und der aus den einzelnen Ladestrahlen gebildete Kegel,
dessen Spitze ursprünglich etwas über Zylindermitte liegt, schiebt sich nach oben.
Dabei verdrängt er die Verbrennungsgase durch seinen räumlichen Zuwachs, wobei die
Abgase um den Mantel des von den Frischgasen gebildeten Kegels herum mit der ihnen
innewohnenden bedeutenden Geschwindigkeit in die Auspuffkanäle ei, e2 abströmen
können. Von wesentlicher Bedeutung ist für den Vorgang, daß die aus den einzelnen,
jedoch zahlenmäßig beschränkten, Einlaßkanälen in den Zylinder eingeschossenen Ladungsteile
im Zylinder so schnell wie möglich zusammengeführt werden und daß die einzelnen
Einlaßkanäle so angeordnet sind, daß sich die Impulse der von ihnen entlassenen
Frischladungsteile addieren.
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Da es für die Wirkung der erfindungsgemäßen Anordnung wesentlich ist,
daß die Neigung der Einlaßkanäle gegen die Horizontalebene möglichst gleichmäßig
ausfällt und diese Bedingung besonders bei Gußzylindern schwierig einzuhalten ist,
werden an sich bekannte, von außen einsetzbare Mündungsstücke h für die Einlaßkanäle
f1, f2 bzw. f1, f2, f3 vorgesehen, die sehr genau hergestellt werden können und
in ihrem zylindrischen Teil zugleich als Zylinderlaufbahn dienen können.
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Die Fig. 2 und 4 zeigen zwei verschiedene beispielhafte Anordnungen
der Einlaßkan,äle f1, f2 bzw. fh f2, f3 am Zylinderumfang, desgleichen unterschiedlich
geführte Auspuffkanäle ei, e2. Es sind noch weitere brauchbare Anordnungen
denkbar, wesentlich ist jedoch, daß die Mittellinien der Kanäle f1, f2, f3
... sich im Zylindermittelpunkt treffen. Gemäß Fig. 5 können die Einlaßkanäle
auch abgerundet in den Zylinder einmünden. Wenn die Zweitaktmaschine nach der Erfindung
keine Kurbelkastenpumpe aufweist, sondern an eine besondere Ladepumpe angeschlossen
werden soll, so wird die Anordnung am besten so getroffen, daß die Ladepumpe in
den Kurbelraum der Maschine fördert. Man kann statt dessen aber auch die Ladepumpe
direkt an die Einlaßkanäle mittels der Überströmschlitze g' anschließen und letztere
durch ein Steuerorgan genau so absteuern, wie dies im gezeichneten Falle der Kurbelkastenspülpumpe
durch die im Kolbenmantel vorgesehenen überströmschlitze ä erfolgt.