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Zweitakt-Brennkraftmasebine.
Die Erfindung bildet eine Zweitakt-Brennkraftmaschine und bezweckt, durch Vergrösserung des nutzbaren Kolbenhubes die Leistung zu vergrössern.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung schematisch dargestellt.
Fig. 1 zeigt einen Längsschnitt durch eine Brennkraftmaschine bekannter Ausführung und Fig. 2 einen Längsschnitt durch eine für gleichen Zylinderdurehmesser und Kurbelradius gebaute Maschine gemäss der Erfindung. Fig. 3 zeigt einen teilweisen Längsschnitt durch Zylinder und Kolben in grösserem Massstabe vor Erreichung der Totlage. In Fig. 4 ist der gleiche Längsschnitt in einer tieferen Lage des Kolbens dargestellt. Fig. 5 stellt den Längschnitt für die erreichte Totlage dar. Fig. 6 zeigt einen Längsschnitt durch ein Ausführungsbeispiel einer Brennkraftmasehine mit Fremdspülnng.
In Fig. 1 ist 1 der Zylinder, 2 der Deckel, 3 der Kolben, 4 ist der Kolbenzapfen, 5 die Kolbenstange,
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den Innenraum X des Zylinders mit dem die Spülluft enthaltenden Innenraum Y des Kurbelgehäuses 12 in Verbindung setzt. 13 sind die Einlassöffnungen für die Spülluft. Mit h ist der nutzbare Kolbenhub der bekannten Anordnung bezeichnet, k ist die Höhe der üblichen Auspufföffnungen.
Die Ausspülung des Zylinders findet gemäss Fig. 1 in bekannter Weise wie folgt statt : Während des Expansionshubes öffnet der nach abwärts gehende Kolben 3 vor Erreichung der Totpunktlage zunächst die Auspufföffnungen 10, wodurch ein Teil der Verbrennungsgase in den Auspuff entweicht.
Beim weiteren Annähern des Kolbens an die untere Totpunktlage werden die Einlassöffnungen 13 des Spülluftkanals 11 in den Zylinder geöffnet, so dass die Spülluft aus dem Raum Y des Kurbelgehäuses 12 durch den Kanal 11 und die Öffnungen 13 in den Zylinder einströmt. Beim Eintreten der Spülluft in den Zylinder tritt jedoch der Nachteil einer Durcheinanderwirbelung der Spülluft mit den Verbrennungsgasen auf, da die Spülluft mit grosser Geschwindigkeit und mit einem anfänglichen Überdruck von zirka 0.3 Atm. in den Zylinder eintritt.
Bei den gebräuchlichen Anordnungen weisen die Auspuffschlitze 10 ungefähr eine Länge von etwa 25% des Kolbenhubes, die Lufteinlassschlitze 13 von etwa 18% des Kolbenhubes auf. Dadurch geht ein grosser Teil des wirksamen Kolbenhubes verloren. Endlich bewirkt die grosse Länge der gebräuehlichen Auspuffsehlitze auch einen Verlust an Spülluft.
Die Bemessung der Länge der vom Kolben gesteuerten Auspuffschlitze und der Spülluftschlitze erfolgte bisher mit Rücksicht darauf, dass einerseits die Auspuffgase schnell genug entweichen können, anderseits die Spülluft Zeit genug zur Verfügung haben muss, um den Zylinder mit frischer Luft zu füllen. Bei der bisher bekannten Anordnung der Auspuffschlitze ergab sich jedoch der Nachteil, dass die Verbrennungsgase unter relativ hoher Spannung ins Freie gelangten, wodurch ein beträchtliches Auspuffgeräusch verursacht wurde.
In Fig. 2 ist 1 der Zylinder, 2 der Deckel, 3 der Kolben, 4 der Kolbenzapfen. 5,6, 7 sind die Kolbenstange samt Kurbelzapfen und Kurbel. Mit 8 ist die Maschinenwelle bezeichnet, hl ist der nutzbare Kolbenhub, & i die Höhe der Auspufföffnungen. 16 sind im hohlen Kolben vorgesehene Schlitze, die mit Schlitzen 16 der Zylinderwand zur Deckung gebracht werden können. 17 ist eine die Kammer 11 gegen das Kurbelgehäuse abschliessende Wand.
Aus dem Vergleiche der Fig. 1 und 2 ist ersichtlich, dass der nutzbare Kolbenhub/tt nach dem vorliegenden Verfahren gegenüber dem nutzbaren Kolbenhub h der bekannten Maschinen, gleichen Zylinderdurchmesser und Kurbelradius vorausgesetzt, um einen gewissen Betrag a vergrössert ist. An
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Hand der Längsschnitte 3, 4 und 5 soll zunächst das Verfahren gemäss der Erfindung schrittweise erläutert werden, und soll dargetan werden, auf welche Weise gemäss der Erfindung der oben erwähnte Gewinn a an nutzbarem Kolbenhub erzielt wird.
In den Fig. 3,4 und 5 sind die einzelnen Teile mit den gleichen Bezugszeichen wie in Fig. 2 bezeichnet. Durch den Pfeil p ist die Drehrichtung der Kurbel angegeben.
Die Ausspülung des Zylinders findet-gemäss dem vorliegenden Verfahren wie folgt statt : In Fig. 3 ist der Kolben am Ende des Expansionshubes vor Erreichung der Totlage dargestellt, in welcher Stellung die Auspufföffnungen 10 geschlossen sind, jedoch bereits eine Eröffnung der Kanäle 13 des Spülluftkanales 11'stattgefunden hat. In dieser Stellung strömen die Verbrennungsgase in die geschlossene Kammer 11 ein. Beim weiteren Niedergang des Kolbens 3 gemäss Fig. 4 werden die Auspufföffnungen 10 geöffnet. Infolgedessen strömen die in der Kammer 11 unter Druck aufgespeicherten Verbrennunggase längs des Kolbenbodens durch die Auspufföffnungen 10 in den Auspuffstutzen 9.
Diese Strömung verstärkt das im gleichen Sinn erfolgende Abströmen der im Zylinder befindlichen Verbrennungsgase durch die Öffnungen 10 in den Auspuffstutzen 9, wodurch das Ausspülen des Zylinders rascher und gründlicher vor sich geht.
Beim weiteren Niedergang des Kolbens bis in seine Totlage nach Fig. 5 werden die Schlitze 15 des Kolbens allmählich mit den Schlitzen 16 der Kammer 11 zur Deckung gebracht. so dass die Spülluft aus dem Raume Y der Kurbelkammer 12 durch die Schlitze 15 in die Kammer 11 einströmt. Aus der Kammer 11 strömt ein Teil der Spülluft längs dem Kolbenboden in den Zylinder, indem dabei die Spülluft dem von den Verbrennungsgasen gezeigten Weg folgt. Durch die vorhergegangene äusserst kräftige Vorspülung wurden die in der Kammer 11 unter Druck aufgespeicherten Verbrennungsgase mit grosser Geschwindigkeit längs dem Kolbenboden in den Zylinder geführt und die in diesem befindlichen Verbrennungsgase durch die Auspufföffnungen angetrieben.
Durch die unter dem Einfluss der aufgespeicherten Verbrennungsgase vor sich gehende Vorspülung wird auch eine Art saugende und mitreissende Wirkung auf die aus der Kammer 11 abströmende Spülluft ausgeübt. Dadurch wird die Durchwirbelung von Spülluft und Verbrennungsgasen vermieden und der Spülvorgang dadurch verbessert.
Das Überströmen der im Zylinder und in der Kammer 11 befindlichen Verbrennungsgase in die Kurbelkammer wird dadurch verhindert, dass die Verbindung der Kammer 11 mit dem Innenraum Y des Kurbelgehäuses erst dann erfogt, bis der Druck der Verbrennungsgase im Zylinder infolge Eröffnung der Auspufföffnungen 10 unter den im Kurbelgehäuse herrschenden Überdruck von ungefähr 0-3 Atm. gesunken ist.
In Fig. 6 ist Z der die zuzuführende Spülluft enthaltende Raum, im vorliegenden Falle die Leitung für die Zufuhr der Spülluft. 19 ist eine im Kolben vorgesehene Tasche, welche Schlitze 20, 22 zur Verbindung der Tasche mit der die Verbrennungsgase aufnehmenden Kammer 11 aufweist. Durch die Schlitze 16 kann die Tasche 19 mit der Spülluftleitung Z verbunden werden.
Der Vorgang der Fremdspülung ist nach der Ausführungsform gemäss Fig. 6 folgender : Am Ende des Expansionshubes findet zunächst die Eröffnung der Eintrittsschlitze 13 in die Kammer 11 statt, so dass sich die Kammer 11 mit Verbrennungsgasen füllt. Der Schlitz 16 ist hiebei noch geschlossen, und bleibt dies so lange, bis die Periode des Vorspülens durch die Auspuffgase beendet ist. Beim weiteren Abwärtsgang des Kolbens werden die Schlitze 20 und 22 geöffnet, wodurch die Spülluft aus dem Raum Z
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die Auspufföffnungen 10 ins Freie treibt.
Gemäss der Erfindung ist die Tasche 19 im Kolben 3 mit Steuerschlitzen 20,22 verschiedener Höhenlage versehen. Durch diese Anordnung wird sowohl der rechtzeitige Abschluss der Kammer 11 gegen die Tasche 19 während der Vorspülperiode, als auch der Übertritt der Spülluft vom Speicherraum Z nach dem Zylinder 1 sichergestellt.
Gemäss der Erfindung ist der Kolben 3 als Steuerorgan für die Auspufföffnungen 10, für die Ver- bindungs öffnungen 13 zwischen Innenraum X des Zylinders und der genannten Kammer 11, ferner für die Verbindungsöffnungen 16 zwischen der Kammer 11 und dem die zuzuführende Spülluft enthaltenden Raum Y bzw. Z ausgebildet. Zu diesem Zwecke ist der Kolben 3 mit die Kolbenwand durchsetzenden Schlitzen 15 (Fig. 2-5) bzw. 20,22 (Fig. 6) zur Steuerung der Spülluft bei ihrem Übertritt von dem die zuzuführende Spülluft enthaltenden Raum Y bzw. Z in die genannte Kammer 11 versehen.
Es könnte jedoch statt mit Hilfe der Schlitze die Steuerung der Eintrittsöffnungen 16 auch durch die Unterkante des Kolbens erfolgen.
Ferner ist in sämtlichen dargestellten Ausführungsbeispielen sowohl für Eigen-, als auch für Fremdspülung die die Auspuffgase aufnehmende Kammer 11 mit einer Wand 17 versehen, welche sie von dem Raum Y bzw. Z abschliesst, welcher die zuzuführende Spülluft enthält, welche Wand auch das Aufspeichern der Verbrennungsgase zwecks Vorspülung ermöglicht.
Erfindungsgemäss sind die den Auspuff steuernde Kante t (Fig. 2,4, 6) des Kolbens und die den Spüllufteintritt steuernde Kante t, versetzt angebracht.
. Es ist bereits bekannt geworden, die Spülluft dem Zylinder durch Schlitze im Kolben zuzuführen.
Im vorliegenden Falle sind jedoch die Schlitze 15 bzw. 20, 22 im Kolben während der Füllung der
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Kammer 11 mit Verbrennungsgasen und während des darauffolgenden Rückströmens der Verbrennunggase in den Zylinder und deren Abströmen durch den Auspuff geschlossen, erst nach entsprechendem Absinken des Druckes im Zylinder verbinden sie die Kammer 11 mit dem die Spülluft enthaltenden Raum.
Die Anordnung der die Kolbenwand durchsetzenden Schlitze 15, 20,22 bringt folgenden wesentlichen Vorteil mit sich : Der nutzbare Kolbenhub wird infolge dieser Anordnung von der Höhe der Ein-
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erfolgt, deren Höhe mit Rücksicht darauf beliebig klein gemacht werden kann, dass sie in beliebiger Zahl am Umfang des Kolbens verteilt werden können.
Der eben geschilderte Vorteil bringt es im Verein mit der Verbesserung des Ausspülvorgauges durch die Vorspülung mit Verbrennungsgasen mit sich. dass erfindungsgemäss die Höhe kl der Auspuff-
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wie aus Fig. 2 ersichtlich ist.
Bei den bisherigen Ausführungen, u. zw. gemäss Fig. 1, mussten die Auspufföffnungen. 10 früher geöffnet werden als die Einlassöffnungen 1. 3, um zu vermeiden, dass hochgespannte Verbrennungsgase in den Kurbelkasten eindringen und die dort befindliche Spülluft verunreinigen und gegebenenfalls die
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nur so hoch-bemessen, als dies aus strömungstechnischen Gründen nötig ist, was den erfindungsgemässen
Gewinn an nutzbarem Kolbenhub mit sich bringt.
Als weiterer Vorteil der erfindungsgemässen Anordnung der Auspuffschlitze ist noch anzuführen, dass durch die länger dauernde Expansion der Verbrennungsgase das Auspuffen derselben bei geringerem Druck erfolgt und dadurch die Auspuffgeräusche wesentlich verringert werden.
Die geringere Höhe der Auspufföffnungen 10 bedingt, wie aus Fig. 3 ersichtlich, dass die Oberkante li der Auspufföffnungen 10 tiefer liegt, als die Oberkante tl der Einlassöffnungen 13 für die Spülluft. Dies ist jedoch auch nur möglich, wenn die Höhe der Einlassöffnungen vergrössert werden kann, ohne dass dabei der nutzbare Kolbenhub vermindert wird. Letzteres ist ebenfalls nur erzielbar, wenn die Steuerung der Spülluft nicht, wie üblich, durch die Oberkante des Kolbens, sondern erfindungsgemäss durch die die Kolbenwand durchsetzenden, im unteren Teil des Kolbens befindlichen Steuerschlitze erfolgt.
Erfindungsgemäss ist die Höhe tpi der Kolbenschlitze 15, 20,22 kleiner gewählt als die Höhe m, der Einlassöffnungen 13 für die Spülluft. Dies wird nur dadurch ermöglicht, dass die Höhe der Einlass- öffnungen 13 beliebig gross gewählt werden kann, da diese ohne Einfluss auf die Grösse des nutzbaren Kolbenhubes infolge der dargestellten Anordnung der Steuerschlitze 15, 20,22 ist, welche allein den Einlass der Spülluft in den Zylinder steuern.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Zweitakt-Brennkraftmaschine, gekennzeichnet durch eine Kammer (11), die am Ende des Expansionshubes vor Erreichung der Totlage mit dem Innenraum (X) des Zylinders (1) in Verbindung gesetzt wird, so dass einTeil der Verbrennungsgase in die Kammer eintritt, worauf die Auspufföffnungen (10) geöffnet werden, so dass ein Vorspülen des Zylinders durch die in der Kammer (11) aufgespeicherten Verbrennungsgase erfolgt, wonach schliesslich der die zuzuführende Spülluft enthaltende Raum (Y bzw. Z),
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