Zweitaktbrennkraftmaschine mit Gleichstromspülung. Die Schwierigkeiten der vollständigen Ausspülung der Abgase aus dem Zylinder bei der Gleichstromspülung der Zweitaktbrenn- kraftmaschinen sind bekannt. Wird die Gleichstromspülung derart durchgeführt. dass das Spülmittel nur durch gegen die Zylinder- axe gerichtete Schlitze in den Zylinder ein geführt wird, so ist es auch bei sehr steil gegen die Auslassseite gerichteten Einlass schlitzen nicht möglich, die Arbeitsraumteile am Zylinderumfang zu spülen, da die Spül schlitze immer noch gegen die Zylindermitte berichtet sind.
Ausserdem wird durch die Schrägstellung aller Schlitze der vwirksamc Einlassquerschnitt verkleinert, was eine Ver grösserung der Schlitzhöhe und damit eine Verringerung des nutzbaren Hubvolumens zur Folge hat. Bei nur tangential gerichteten Schlitzen ist wiederum eine Ausspülung der Zylindermitte nicht, möglich. Daher hat man versucht, bei nur tangential gerichteten Ein lassschlitzen einen Kolben mit konkavem Bo- den anzuwenden, und alle Schlitze gegen die Mulde im Kolbenboden zu richten. Abgese hen davon, dass die Spülung durch die Um lenkung aller Spülströme längere Zeit erfor dert, ist eine Spülung der Zylindermitte auf der Auslassseite nicht möglich, da die Spül luft durch den Rotationswirbel dort wieder an den Zylinderumfang geschleudert wird.
Dieser Nachteil ist schon dadurch zu vermei den versucht worden, dass man zwei oder mehrere übereinanderliegende Spülschlitzrei hen angeordnet hat, von denen die eine tan gentiale und die andere bezw. die andern w < "eniger tangential bez-,v. gegen die Zylin- deraae gerichtete Schlitze besitzt.
Diese Aus- bildung der Schlitze ist bei sehr kleinen 3lo- toren praktisch nicht mehr möglich. Ausser- dem ist hierdurch eine Ausspülung eines im Kolbenboden befindlichen Brennraumes auch nicht möglich. Gerade aber diese Brenuraum- anordnung hat sich bei Viertaktmotoren be stens bewährt.
Bei Zweitaktmotoren ist sie nicht anzutreffen, da die thermische Bean spruchung des beim Zweitaktverfahren an sich schon hoch beanspruchten Kolbens ohne Spülung und Kühlung eines in seinem Boden angeordneten Brennraumes durch das Spül mittel nicht mehr beherrschbar ist. Die bis herigen Spülungsarten sind also nicht für jede Zylindergrösse und auch nicht für jeden Brennraum geeignet.
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Zweitakt-Brennkraftmaschine mit Gleich stromspülung, welche eine Reihe von auf dem ganzen Zylinderumfang verteilten, durch den Kolben gesteuerten Einlassschlitzen auf weist, welche nur zum Teil gegen die Zylin deraue gerichtet sind. und bei welcher der Kolbenboden eine Aussparung besitzt, deren Tiefe gegen die Zylinderwandung abnimmt.
Die Figuren betreffen Ausführungsbei spiele der Erfindung.
Fig. 1. 5. 9, 12 und 18 zeigen jeweils einen Querschnitt durch den Zylinder und die Einlassschlitze einer vertikalen Brennkraft- maschine; Fig. 4, 10. 11 und 17 zeigen Längs schnitte durch den Zylinder, die Einlass schlitze, sowie den Kolben von Brennkraft- maschinen. und zwar mit dem Kolben in dem untern Totpunkt, in welchem die Einlass schlitze völlig geöffnet sind; Fig. 8 ist ein Längsschnitt entsprechend Fig. 10. jedoch bei erst teilweise durch den Kolben geöffneten Einlassschlitzen; Fig. 2, 3, 6, 7, 13, 14 und 19 stellen Längsschnitte durch eine Zylinderwandung mit jeweils einem Schlitz dar; Fig. 15 und 16 sind perspektivische Dar stellungen des Kolbens im Zylinder;
Fig. 20 stellt den abgewickelten Zylinder mantel gemäss Fig. 18 mit den einzelnen Ein lassschlitzen dar; Fig. 21 zeigt einen Längsschnitt durch den Zylinder einer Doppelkolbenmaschine, während Fig. 22 einen entsprechenden Quer schnitt darstellt.
Nach Fig. 1 bis 4 besitzt der Kolben im Kelbenboden eine konzentrisch angeordnete, als Brennraum wirkende Aussparung 13. Die auf dem Zylinderumfang verteilt angeord neten Einlassschlitze 1 bis 12 sind abweeh- selnd radial und tangential gerichtet. Die radial gerichteten Schlitze 1, 3, 5. 7, 9 und 11 (Fig. 1) sind alle nach unten auf die im Kolbenboden vorgesehene Aussparung 13 gerichtet. Weiterhin sind diese Schlitze, wie insbesondere aus Fig. 4 hervorgeht, tiefer an geordnet als die tangential gerichteten Schlitze 2, 4, 6, 8, 10 und 12. Durch im Kolbenboden 19 vorgesehene Vertiefungen wird jedoch erzielt, dass die radialen Schlitze zu gleicher Zeit mit den tangentialen Schlit zen geöffnet werden.
Die obern Schlitzstirn flächen 14 der radialen Schlitze verlaufen steiler nach unten, als die untern Schlitzstirn flächen 15 (Fig. 2). Hierdurch wird erzielt, dass die durch die radialen Schlitze geführten Teilströme a zunächst beim Öffnen der Sehlitze auf die tiefsten Stellen des Brenn- raumes 13 gerichtet werden, dass jedoch beim weiteren Öffnen der Schlitze diese Teilströme immer flacher werden, so dass nahezu der gesamte Inhalt der muldenartigen, als Brenn- raum dienenden Aussparung 13 von dem Spülmittel erfasst wird. Die Fig. 1 und 4 zei gen, dass die einzelnen radialen Teilströme sich in der Zylindermitte treffen. sich hoch richten und den Abgaskern einwandfrei aus spülen.
Die tangentialen Einlassschlitze 2, 4, 6, B. 10 und 12 sind unter sich gleich stark tan- gential gerichtet (Fig. 1<B>)</B>. Die obern und un tern Schlitzstirnflächen 16 und 17 dieser Schlitze verlaufen parallel zueinander und sind, wie Fig. 3 zeigt, senkrecht zur Längs achse des Zylinders angeordnet. Die durch die tangentialen Schlitze geführten Teil ströme b liegen oberhalb der radialen Teil ströme a, so dass ein störungsfreier Verlauf der einzelnen Ströme gewährleistet ist.
Die tangentialen Spülströme b sind auf die Zy linderwandung 18 gerichtet, erreichen die selbe jedoch nicht, da sie vorher mit einem andern tangentialen Teilstrom zusammen treffen und beide Ströme sich gegenseitig ab lenken. Durch diese Ablenkung wird ein in einigem Abstand von der Zylinderwandung 18 verlaufender, nach den Auslassorganen geriehteter Rotationswirbel c erzeugt, der auf einem Zylinder S (Fig. 1) umläuft. Durch entsprechende Ausbildung und An ordnung der tangentialen Schlitze lassen sich jeweils ein oder mehrere Rotationswirbel er zeugen, die mit mehr oder weniger Abstand von der Zylinderwand 18 verlaufen.
Ein ge genseitiges Stören dieser Rotationswirbel kann bei entsprechend steiler Ausbildung der obern und untern Schlitzstirnflächen 16 und 17, sowie bei stärkerer oder schwächerer tan gentialer Richtung der Schlitze vermieden werden.
Das Ausführungsbeispiel nach Fig. 5 bis 10 zeigt ebenfalls eine Maschine mit einer im Kolbenboden konzentrisch angeordneten, als Brennraum wirkenden Aussparung. Auf dem Zylinderumfang sind die Schlitze 20 bis 31 mit gleicher Höhe angeordnet, die alle vom Kolben 19 gleichzeitig geöffnet werden. Die auf der Zv linderwand 18 neben einander liegenden Schlitze sind abwechselnd tangential und radial gerichtet (Fig. 5 und 9). Die radialen Schlitze 20, 22, 24, 26, 28 und 30 sind alle auf den muldenartigen Brennraum 13, d. h. nach unten gerichtet, und ihre obern und untern Schlitzstirnflä chen 32, 33 verlaufen parallel (Fig. 6). Die tangentialen Schlitze 21, 23, 25, 27, 29 und 31 sind gleich stark tangential gerichtet (Fig. 5 und 9).
Die untern Schlitzstirnflä chen 35 sind steil nach den Auslassorganen des Zylinders geneigt und die obern Schlitz stirnflächen 34 sind schwach nach unten ge neigt (Fig. 7).
Beim Öffnungsbeginn der Schlitze (Fig. 5 und 8) werden die Teilströme d der radialen Schlitze nach unten in die als Brennraum wirkende Aussparung 13 geleitet. Da aber auch bei dieser Kolbenstellung zunächst nur die obern Schlitzflächen 34 der tangentialen Schlitze die Richtung ihrer Teilströme be einflussen, so werden auch die tangentialen Ströme e schwach nach unten in die Aus sparung 13 zugeführt. Innerhalb der Aus sparung 13 treffen die radialen und tangen tialen Ströme d und e zusammen und len- ken sich gegenseitig ab (Pfeilrichtung f in Fig. 5). Die Resultierende ergibt einen Rota tionswirbel g (Fig. 8) mit geringem Durch messer, in welchen die radialen Ströme teil weise mit hineingezogen werden.
Dieser Ro tationswirbel verläuft, infolge der gegensei tigen Ablenkung der einzelnen,Teilströme auf einer Zylinderfläche S (Fig. 5). Hier durch wird ein Teil der Aussparung 13 und des Zylinders durch einen Rotationswirbel g, der sieh in der Nähe der Zylinderaxe nach den Auslassorganen bewegt (Fig. 8), ausge spült.
Mit dem weiteren Öffnen der Schlitze ändern sich auch die Richtungen der tan- gentialen Ströme, die nach und nach immer steiler werden. Die radialen Ströme werden bei weiterem Öffnen durch die tangentialen Ströme nicht mehr beeinflusst. sondern strö men nunmehr unter den tangentialen Strö men hindurch zur Mitte hin. Dadurch ver- grössert sich die Zylinderfläche des von den zusammentreffenden tangentialen Teilströ men gebildeten Wirbels.
Fig. 9 und 10 zeigen den Verlauf bei voll- geöffneten Schlitzen. Die Ströme d der radia len Schlitze spülen die Aussparung 13 aus und richten sich auf, um in der Mitte zu sammenzutreffen. Diese Ströme d verlaufen alsdann geradlinig in der Zylindermitte nach den Auslassorganen und spülen den Abgas kern aus (Fig. 10). Die nach oben gerich teten tangentialen Ströme h treffen auf die Zylinderwand 18, werden dort umgelenkt und verlaufen in einem Rotationswirbel i (Fig. 10) an der Zylinderwand entlang.
Das Ausführungsbeispiel nach den Fig. 11 bis 16 betrifft eine Maschine mit einer im Kolben 19 exzentrisch angeordneten, als Brennraum wirkenden, muldenförmigen Aus sparung 50. Hierfür ergeben sich besonders schwierige Spülverhältnisse, da einerseits die muldenförmige Aussparung 50 im Kolben 19 ausgespült werden muss und anderseits die Spül- und Ladeluft zur Verbesserung der Spülung und Verbrennung einen Rota tionswirbel ausführen soll. Die Spülschlitze a-49 sind so ausgeführt, dass sie besonders tuiir kurzhubige Motoren. oder solche mit gro ssem Zylinderdurchmesser geeignet sind. Es sind radiale, in der einen Drehrichtung tan gentiale und in der andern Drehrichtung tan gentiale Schlitze vorgesehen.
Dem Spülstrom mn aus Schlitz 36 fällt die Aufgabe zu. die muldenförmige Ausspa rung 50 im Kolben auszuspülen, sich an der dem Schlitz 36 gegenüberliegenden Wand hochzurichten und seinen Weg in der Nähe der Zylinderachse durch den Zylinder zu den Auslassorganen zu nehmen. Dadurch, dass das Spülmittel durch den Schlitz 36 nach unten in die Mulde geführt wird, entsteht über der Aussparung eine Druckminderung, d. h. eine Art Sog, so dass der an der Wand der Aussparung emporgerichtete Spülmittel strahl mn (Fig. 16) nicht zu den Auslassorga nen emporsteigen. sondern in diesen Sog hin eingezogen und sich eine Wirbelwalze bilden würde. Hierdurch würde nicht nur die Spü lung der Zylindermitte verschlechtert, son dern auch vor allem der Rotationswirbel am Zylinderumfang gestört.
Um diese Wirbel bildung zu vermeiden. wird ein Spülmittel strom an diese Stelle des Zylinders geführt.
Die dem Schlitz 36 benachbarten Schlitze 37 und 49 sind entgegengesetzt tangential ausgebildet (siehe Fig. 12), und ihre obern und untern Schlitzstirnflächen 51 und 52 verlaufen senkrecht zur Längsmittelachse des Zylinders (siehe Figr. 13). Die durch diese beiden Schlitze in den Zylinder und durch im Kolben 19 angeordnete Kanäle 53 geleiteten Spülmittelströme k (Fig. 16) treffen sich an der Stelle A (Fig. 12), wo vom Spülstrom mn der erwähnte Unterdruck erzeugt würde. Die Teilströme k liegen infolge der erwähn ten Ausbildung der Schlitze 37 und 49 und des Kolbens unterhalb der Teilströme o. welche durch die tangentialen Schlitze 38, 41. 43, 45 und 48 in den Zylinder gelangen.
da, wie Fig. 13 erkennen lässt, die obern und untern Schlitzstirnflächen 54 und 55 dieser Schlitze steiler nach dem Zylinderkopf zu gerichtet sind. Damit der aus den beiden Strömen k entstehende, resultierende Strom sich bei A hochrichten kann. sind die den Schlitzen 3 7 und 49 gegenüberliegenden Schlitze 42 und 44 den ersteren entsprechend, ebenfalls entgegengesetzt tangential gerich tet ausgebildet. Die Teilströme n (Fig. 16) dieser Schlitze 42 und 44 treffen sich in B (Fig. 12). Da ferner die Schlitze 39, 40. 46 und 47 (Fig. 12) gegen die Mitte gerichtet sind, wird tatsächlich erreicht. dass ein Hoch richten der zuvorgenannten Ströme mn, k und n in A und B stattfindet, da die Teilströme n den Teilströmen k das Gleichgewicht hal ten.
Die Teilströme o gehen auch über die radialen Ströme p hinweg, ohne dass eine Störung erfolgt und treffen auf die Zylin derwandung 18. Hier erfahren die Ströme o eine Umlenkung und werden in einem an der Zylinderwandung 18 entlang führenden Ro tationswirbel q zu den Auslassorganen ge führt (Fig. 16). Die radialen Schlitze 39 und 46, deren untere Schlitzstirnflächen 5 7 etwas aufwärts gerichtet stehen. während die obern Schlitzstirnflächen 56 waagrecht sind, sind tiefer als die Schlitze 38, 41, 43, 45 und 48 angeordnet (Fig. 11 und 15), weisen je doch die gleiche Höhe wie diese auf.
Durch im Kolben 19 jeweils an entsprechenden Stel len angeordnete Vertiefungen 58 (Fig. 14) werden die Schlitze 39 und 46 gleichzeitig mit den andern Schlitzen geöffnet. Durch diese Ausbildung und Anordnung wird erreicht, da.ss die durch diese Schlitze geleiteten radia len Spülströme unter den tangentialen Strö men o hindurchgehen, ohne dass die tangen- tialen Schlitze, z. B. 38 und 45 besonders steil gerichtet sein müssen.
Wie die Fig. 13 erkennen lässt, sind die obern und untern Schlitzflächen 59 und 60 der radialen Sehlitze 40 und 47 steiler nach oben gerich tet, als die Stirnflächen der radialen Schliize 39 und 46. und die äussere ist steiler als die innere. Hierdurch wird noch eine bessere Spülung des in der Zylindermitte vorhande nen Abgaskernes erreicht.
Das Ausführungsbeispiel gemäss Fig. 17 bis 20 ist ebenfalls eine Maschine mit einer im Kolbenboden exzentrisch angeordneten. muldenartigen. als Brennraum wirkenden Aussparung 50. Der auf die Aussparung 50 hin gerichtete breite Schlitz 62 ist radial an geordnet, und die obern und untern Schlitz stirnflächen 7 6 und 777 verlaufen parallel zu einander und entsprechend nach unten. Das Spülmittel wird durch diesen Schlitz 62 und einem mit der Aussparung 50 verbundenen Kanal 61 in den Zylinder eingeleitet, und nach Auftreffen auf die dem Schlitz gegen überliegende Wand der Aussparung umge lenkt.
U m eine schädliche Wirbelbildung zu verhindern, sind die entgegengesetzt tangen tial verlaufenden Schlitze 63 und 75 vor gesehen, deren Schlitzstirnflächen 78 und 79, wie Fig. 19 zeigt. waagrecht sind. Die durch diese Schlitze und im Kolbenboden vorgese henen Kanäle 53 geführten Teilströme tref fen sich im Punkte A dicht oberhalb der Aus sparung 50 (Fig. 18) und lenken den an der Wand der Aussparung umgelenkten Strom aus dem Schlitz 62 so ab, dass eine störende Wirbelbildung dieses Teilstromes vermieden wird. Die Schlitze 67 und 71 sind eben falls entgegengesetzt tangential ausgebildet (Fig. 18) und besitzen waagrechte obere und untere Schlitzstirnflächen 80 und 81 (Fig. 19). Die beiden Teilströme dieser Schlitze treffen sich etwa im Punkte B (Fig. 18).
Der Teilstrom des radialen Schlit zes 69 wird ebenfalls zum Punkte B geleitet, und diese drei Teilströme halten den durch die Schlitze 62, 63 und 65 geführten Strö men das Gleichgewicht, so dass hierdurch ein Hochrichten der Ströme aus den Schlit zen 62, 63, 67, 69, 71 und 75 erfolgt. Die gleichsinnig und gleichwinklig tangential gerichteten Schlitze 63, 66, 68, 70, 72 und 74 (Fig. 18) ergeben einen nach den Aus lassorganen des Zylinders sich bewegenden Rotationswirbel. der infolge der steilen obern und untern Schlitzstirnflächen 82,-83 dieser Schlitze (Fig. 19) ohne die aus den Schlit zen 62, 63, 67. 69, 71 und 75 tretenden Luft ströme zu stören in der Nähe bezw. an der Zylinderwandung 18 entlang verläuft.
Die Schlitze 65 und 73 (Fig. 18), deren Spülströme sieh etwa in der Zylindermitte treffen. richten sich gegenseitig hoch und helfen ebenfalls den Abgaskern ausspülen. Damit die durch diese Schlitze geleiteten Teilströme nicht durch den Rotationswirbel gestört werden. z. B. durch die Teilströme der Schlitze 64 bezw. <B>72,</B> sind die Üffnungs- ka.nten der Schlitze 65 und 7 3 tiefer gesetzt als die tangentialen Schlitze und werden ent sprechend später durch den Kolben geöffnet (Fig. \_'0). Hierdurch wird erzielt, dass die nahezu radialen Ströme aus den Schlitzen 65 und 7 3 tiefer liegen,
als die tangentialen Ströme der Schlitze 64 und<B>72,</B> so dass eine gegenseitige Störung nicht erfolgen kann. Dies ergibt noch den weiteren Vorteil, dass die tangentialen Schlitze nicht besonders steil nach oben gerichtet sein müssen, und ein starker Rotationswirbel von verhältnismässig geringer Steigung erzeugt wird, wodurch auch die dicht oberhalb des Kolbenbodens am Umfang vorhandenen Abgaszonen erfasst werden.
So tief wie die Schlitze 65 und 73 sind auch die Schlitze 6 7 und 71 angeordnet, so dass deren Teilströme durch die Ströme der tangentialen Schlitze 66 und 70 nicht gestört werden (siehe auch Fig. 20).
Damit der aus dem radialen Schlitz 69 geleitete Teilstrom unterhalb des rotierenden Stromes aus dem tangentialen Schlitz 68 fliesst, um also auch in diesem Falle eine gegenseitige Störung zu vermeiden, ist der Kolben 19 an der Stelle des Schlitzes 69 mit einer Vertiefung 58 versehen. Dieser Schlitz 69, der die volle Schlitzhöhe wie die Schlitze 62, 63, 74 und 75 (siehe Fig. 20) aufweist, wird also gleichzeitig mit den Schlitzen 62, 63, 64, 66, 68, 70, 72, 74 und 75 geöffnet.
Von diesen Schlitzen sind die tangentialen Schlitze 64, 66. 68, 70 und 72 weniger hoch als die andern. tas Gleiche gilt für die Schlitze 65, 67, 71 und 73, die jedoch, wie ausgeführt, später durch den Kolben geöff net werden als die andern Schlitze.
Der Verlauf der Spülströme bei diesem Ausführungsbeispiel entspricht im wesent lichen etwa dem in Fig. 16 gezeigten. Die Erfindung erstreckt sich auch auf Doppelkolbenmaschinen. Dabei können die Kolbenböden der beiden Kolben spiegelbild lich gleich oder aber ungleich ausgebildet sein. Die Fig. 21 und 22 zeigen eine Aus führung mit Doppelkolben. Hierbei ist der Boden 84 des Einlasskolbens 85 mit einer Aussparung 90 versehen.
Die symmetrisch auf den Umfang der Zylinderwandung 18 verteilten radialen Einlassschlitze 87, 88 und 89 sind auf die Aussparung 90 des Hohl kolbens gerichtet und treffen sich in der Mitte des Zylinders, wodurch ein Hochrich ten des Spülmittelstromes erfolgt. so dass auch hierdurch die in der Zylindermitte be findlichen Abgase mit Sicherheit völlig aus getrieben werden. Die übrigen Einlassschlitze sind tangential gerichtet und leiten das Spül mittel, ohne dass sich die beiden Spülmittel ströme stören können, in einen Rotations wirbel am äussern Zylinderumfang, der sich gegen den mit einem konischen Boden 84 versehenen Auslasskolben 86 bewegt.
Die tangentialen Schlitze können ver- s chieden stark tangential gerichtet sein und die einzelnen Schlitze parallele oder unter verschiedenen Winkeln geneigte obere und untere Schlitzstirnflächen aufweisen. Ebenso ist es möglich, dass mehrere tangentiale Schlitze andern entgegengesetzt tangential sind, so dass zwei gegenläufige Rotationswir bel erzeugt werden.