Zweitaktbrennkraftmaschine. Vorliegende Erfindung bezieht sieh auf eine Zweitaktbrenukraftmaschine mit durch den. Kolben gesteuerten. Spül- und Auslass- öffnungen in der Zylinderwand, mit zentral im Zylinderdeckel vorgesehenen und unmit telbar in den Verbrennungsraum einmünden der Brennstoffeinspritzung und mit einem durch kegelige Abfasungen des Deckels und des Kolbens in der innern Endlage des Kol bens zwischen:
letzterem und dem Deckel ge bildeten, von dem Umfang des Kolbens aus gehenden und gegen den Deckel gerichteten, ringförmigen, kegeligen Spalt.
Um bei derartigen Maschinen eine gute Verbrennung und somit einen hohen effekti ven Mitteldruck zu erreichen, wird vor allem ein gutes Reinspülen des Zylinders und ausserdem eine für die Einspritzung und die Verbrennung geeignete Form des Verdich tungsraumes erforderlich.
Dies soll nach der Erfindung dadurch er reicht werden, dass der Deckel im Anschluss an seine Abfasung mit einer solchen Aus- sparung versehen und der Kolben im An schluss an seine Abfasung derart geformt ist,
dass eine Konzentrierung .des Volumens des Verdichtungsraumes in der Nähe der Peri pherie dieses Raumes zustande kommt und dass der aus dem erwähnten Spalt herausge- presste Luftstrom sich nach dem Verlassen dieses Spaltes zwecks Verhinderung einer Wandreibung von der Deckel- und der Kol benwand loslöst und in der Richtung gegen den Deckel hin sich bewegt.
In Fig. 1 und 2 der Zeichnung sind zwei bekannte Zweitaktbrennkraftmaschinen sche matisch dargestellt.
In sämtlichen Abbildungen; bezeichnet 1 den Zylinder, 2 den Kolben und 3 den Zylinderdeckel mit einer zentral vorgesehe nen Brennstoffeinspritzung. Der Verdich tungsraum ist mit 5 bezeichnet.
Es ist bekannt, dass eine bessere Ver wertung der Luft bei der Verbrennung da durch erhalten werden kann, dass man das Volumen des Verdichtungsraumes haupt- sächlich in der Nähe von dessen Peripherie konzentriert.
Bei der Maschine gemäss Fig. 1 ist ferner der Verdichtungsraum zwischen dem Deckel 3 und dem Kolben 2, wenn letzterer sich in seiner innern Endlage befindet, derart aus gebildet, dass aussen rings um ein in axialer Richtung dünner ringförmiger Spalt oder Volumenteil & gebildet wird, der zu der Zylinderachse senkrecht gerichtet ist und eine gewisse radiale Länge besitzt. Der Verdichtungsraum ist ferner einwärts zum Mittelpunkt mit einer Aussparung 7 bezw. 8 sowohl im Kolben wie auch im Deckel aus gebildet.
Die Aussparung 7 im Kolben ist hierbei damit begründet worden, dass der hierdurch entstehende ringförmige Absatz 13 am Um fang des Kolbens den Brennstoffstrahl daran hindern soll, auf die gekühlte Zylin derwand aufzutreffen:, um eine Niederschla gung von kondensiertem Brennstoff auf die Zylinderwand zu verhindern. Hierbei ist aber die direkt unvorteilhafte Wirkung ganz übersehen worden, welche durch die Volu menminderung zwischen den den Spalt 6 bil denden Ringflächen des Kolbens und des Deckels entsteht, wenn der Kolben sich seiner innern Endlage nähert. Die hierbei erzeugte, radial gerichtete Luftströmung P kreuzt nämlich den Brennstoffstrahl, wo durch ein Teil des Brennstoffes sich ober halb des Luftstromes befindet und dabei gegen den Deckel gepresst wird, wodurch die Verbrennung verschlechtert wird.
Bei der bekannten Ausführung gemäss Fig. 2 ist der Kolben 2 am Umfang mit einer ringförmigen kegeligen Fläche und der Deckel 3 mit einer entsprechenden kegeligen Fläche versehen, zwischen denen in der innern Endlage des Kolbens ein ringförmi ger kegeliger Spalt oder Volumensteil 9 ge bildet wird. Die kegelige Fläche des Deckels wird einwärts zum Mittelpunkt in bogen förmiger Richtung fortgesetzt oder eventuell in gleicher Richtung.
Die Luftströmung P, welche entsteht, wenn der Kolben sich dem Deckel nähert, wird in diesem Fall dazu ge- bracht, sich längs der Deckelfläche zu bewe gen, welche Fläche sie nicht verlassen kann, wobei sie infolge der Wandreibung bald ge bremst wird und somit eine geringe oder keine Wirkung auf die Brennstoffstrahlen ausübt. Ferner wird durch das Streichen der Wand entlang die Luft und etwaiger mit gerissener Brennstoff abgekühlt, was eben falls auf die Verbrennung unvorteilhaft ein wirkt.
In den Fig. 3 bis 3, der Zeichnung sind zwei Ausführungsbeispiele des Erfindungs gegenstandes dargestellt.
Fig. 3 und 4 zeigen je ein Beispiel im Achsialschnitt; Fig. 5 ist ein Achsialschnitt des zweiten Beispiels längs der Linie 5-5 in Fig. 6, und Fig. 6 ist ein Querschnitt längs der Linie 6-6 in Fig. 5 durch den Zylinder der Brennkraftmaschine mit sogenannter ent- gegengerichteter Spülung.
Bei der Ausführungsform gemäss Fig. 3 sind, gleichwie bei der bekannten Ausfüh rung gemäss Fig. 1, eine Aussparung 7 bezw. 8 sowohl im Kolben ? wie auch im Deckel 3 vorhanden.
Zum Unterschiede von der Aus führung gemäss Fig. 1 sind aber hier am Um fang des Kolbens und des Deckels schräg aufwärts gegen den Mittelpunkt gerichtete kegelige Abfasungen ausgebildet, so dass in der innern Endlage des Kolbens zwischen den erwähnten Abfasungen, ein schräg auf wärts gegen den Deckel gerichteter ringför miger kegeliger Spalt 10 gebildet wird. Der Übergang zwischen den Aussparungen und den kegeligen Abfasungen, ist hierbei abge rundet.
Durch die schräge Abfasung des Kolbens wird bewirkt, dass die Spülung von den Of f- nungen in der Zylinderwand, wenn sich der Kolben in seiner innern Endlage befindet, erheblich verbessert wird, weil die Spülluft dadurch eine geeignete Richtung aufwärts gegen den Deckel erhält. Diese Wirkung wird in dem Falle besonders vorteilhaft, wo, wie dies unten näher beschrieben werden wird, sogenannte entgegengerichtete Spülung zur Anwendung gelangt.
Eine ganz neue Wirkung, die dadurch erreicht wird, dass sowohl der Kolben 7 wie auch der Deckel 3 mit schrägen Abfasungen im Verein mit einer Aussparung wenigstens im Deckel versehen wird, besteht darin, dass wenn sich der Kolben seiner innern End- lage nähert, die zwischen dem Kolben und dem Deckel im Ringraum 10 befindliche Luft in den Verdichtungsraum 5 in der Weise eingepresst wird, dass eine Luftströ mung P erhalten wird, die mit Rücksicht auf die einkommenden, Brennstoffstrahlen besonders vorteilhaft ist.
Der aus dem Spalt 10 hervorgepresste Luftstrom löst sich, wie ersichtlich, nach Verlassen des Spaltes von der Deckel- und der Kolbenwand ab und be wegt sich in der Richtung gegen den Deckel hin. Durch das erwähnte Loslösen vom Spalt wird eine Abbremsung durch Wandreibung vermieden. Der Strahl wird zum grossen Teil, dank der Aussparung 8, dazu gebracht, ober halb der Brennstoffstrahlen zu passieren, und zwar ohne Gefahr, gebremst zu werden.
Der einkommende Brennstoff wird somit durch den Luftstrom abwärts gegen den Kolben gezwungen, und gleichzeitig trifft der Luftstrom auch auf die Brennstoff strahlen auf, die vom Kolben gegen den Deckel zurückprallen, und bringt diese mit sich. Durch diese Anordnung wird somit er zielt, dass der Brennstoff über der ganzen Endfläche des Kolbens gleichförmig verteilt wird.
Wenn der Kolben dann abwärts geht und die Expansion vor sich geht, dringt .die oberhalb des Brennstoffes befindliche Luft durch die Brennstoffschicht hindurch, wo durch die Verbrennung unterhalten und deren Intensität erhöht wird. Hierdurch wird mit andern Worten eine vollständigere Verbrennung als bei den be kannten Formen der Verdichtungsräume erreicht, wodurch der Brennstoffverbrauch pro Pferdekraftstunde vermindert wird. Ferner kann eine grössere Brennstoffmenge vollständig verbrannt werden, was mit sich bringt, dass der Mitteldruck im Zylinder und damit auch die Leistung der Maschine er höht werden kann.
Ferner wird durch die angeführte Ausbildung des Kolbens und des Deckels erreicht, dass der Verdichtungsraum in die Nähe seiner Peripherie konzentriert wird, wodurch, wie eingangs erwähnt, eine bessere Verwertung der Luft bei der Ver brennung erzielt wird.
Bei der Ausführungsform gemäss Fig. 3 ist die Deckelfläche innen eben ausgeführt. Von dieser Ausführungsform unterschei det sich dieselbe gemäss Fig. 4 bis 6 dadurch, dass die Deckelfläche innen kegelig ausge führt ist. Die Wirkung ist dieselbe wie bei der Ausführungsform nach Fig. 3, das heisst der aus dem Spalt 10 herausgepresste Luft strom kann ohne Wandreibung in der Rich tung gegen den Deckel hin sich bewegen.
Betreffend der kegeligen Abfasungen des Kolbens und des Deckels soll bemerkt wer den, dass der Winkel der Erzeugenden der Kegelflächen der Abfasungen zu einer senk recht zur Zylinderachse gelegenen Ebene zweckmässig zwischen 20 bis 60 liegen kann, und die radiale Länge (b) .der Abfasungen kann zweckmässig zwischen 3 bis 15 % des Kolbendurchmessers ein.
Bei der Ausformung des Arbeitszylinders und des Kolbens bei Zweitaktbrennkra.ft- maschinen mitsogenannter doppeltgerichteter Spülung ist man bisher der Ansicht gewesen, dass die Spülluft, um die beste Spülwirkung zu geben, nachdem sie durch die Spülöffnun gen passiert ist, durch -den Zylinderraum so zusagen fegen und die Verbrennungsgase vor ihr durch die Auspufföffnungen hinaus schieben. darf.
Man hat es nämlich als wesentlich erachtet, dass die Reinspülung einen so kontinuierlichen. und ruhigen Ver lauf wie möglich erhalten sollte, wodurch Wirbelbildungen und somit eine Mischung von Spülluft und Verbrennungsgasen im möglichst grossen Grad vermieden werden sollte.
Man hat somit von diesem Gesichts punkte aus meistens entweder den Kolben kopf oder den Zylinderdeckel oder beide in solcher Weise ausgeformt, dass das Umbie- gen der Luftströmung sowohl aufwärts wie auch abwärts in allen Weisen erleichtert und der Luftstrom während der Bewegung durch den Zylinderraum nach Möglichkeit zusam mengehalten werden sollte.
Diese Lösungen des Problems sind aber, wie dies durch bewerkstelligte U ntersucliun- gen nachgewiesen worden ist, fehlerhaft und dazu nicht geeignet, die besten Reinspül- resultate zu geben.
Die Luft ist nämlich viel mehr leichtbeweglich, als was man sich ge- wöhnlicherweise vorstellt, und ihre Geneigt heit, sich mit den Verbrennungsgasen zu mischen, ist sehr gross, was, wie dies ausge führte Experimente gezeigt haben, sich ins besondere bei den sogenannten ruhigen Strö- mungsverläufen geltend macht, welche in verhältnismässig grossen, bleibenden Wirbel bildungen, unter anderem kräftigen senk rechten Wirbeln im rechten Winkel zur Symmetrieebene resultieren.
Grosse Mengen Spülluft strömen dabei durch die Auslauf öffnungen hinaus, während die Wirbelbil dungen, welche zum Teil aus Verbrennungs gasen bestehen, nachdem der Kolben die Auslauföffnungen gedeckt hat, irr dem Zy linder bleiben. Viele Versuche sind gemacht worden, um von diesen Wirbeln frei zu wer den, und zwar zum Beispiel durch geeignetes Anbringen gewisser Spülöffnungen et:c. Kein tatsächlich genügendes Resultat ist aber er reicht, sondern immer mehr Konstrukteure sind auf die einfachgerichtete Spülung mit Spülöffnungen im untern Teil des Zylinders und Auslaufventilen im Zylinderdeckel über gegangen, ein System, das obwohl kost spieliger, jedoch leichter zu einem der Ziele, und zwar einem höheren Spülungswirkungs grad, führt.
Indessen darf eine Spülung von der so genannten doppelgerichteten Art einen ganz andern Verlauf haben. Man soll vielmehr da nach streben, die Spülluft mit höchstmög licher Geschwindigkeit nach oben gegen den obern Teil des Zylinders zu werfen und mit Rücksicht auf die Bewegungsriehthing des Luftstromes den Deckel in der Weise auszu- bilden, dass der Spülluftstrom nicht nach un ten geführt wird, sondern statt dessen in eine grosse Anzahl kleiner Wirbelbildungen umgewandelt wird, welche dazu neigen, im obern Teil des Zylinders zu bleiben und die Verbrennungsgase allmählich zu deplacieren. Hierbei entstehen in der Schicht zwischen der Spülluft und den Verbrennungsgasen allerdings auch Wirbelbildungen,
aber die Wirbel werden auch hier klein und durch die reine Spülluft allmählich deplaciert, und die Mischungen werden während der letzten Phase des Spülverlaufes durch die Auslauf öffnungen hinausgeschoben.
Durch Umbiegen der innern Fläche des Zylinderdeckels nach oben am innern Um fang der Abfasung, das heisst dadurch, dass der Declzel 3 mit einer Aussparung versehen wird, im Verein mit der Anwendung einer schrägen Abfasung am Kolben 7, hat es sieh erwiesen, dass der obenerwähnte ruhige Spülstrom vermieden wird, und dass die er wünschte Ansammlung von Spülluft im obern Teil des Zylinders erhalten wird.
Die ses Ergebnis wird nicht nur bei der Anw en- dung der gewöhnlichen doppelgerichteten Spülung, sondern in noch höherem Grade bei der Anwendung der sogenannten ent- gegengerichteten Spülung erreicht, das heisst wenn die Spülung durch Spülöffnungen er folgt, welche paarweise gegen die entgegen gesetzt der Auslassöffnungen gelegene Zy linderwand gerichtet sind, wie dies in Fig. 5 und 6 gezeigt ist.
In diesen Figuren bezeich net 11. die zwei Paare von Spülöffnungen und 1? die Auslassöffnungen. Die Spülluft strömt hier gegen die den Auslassöffnungen 12 gegenüberliegende Zy linderwand und dann dieser Wand entlang. Die Spülöffnungen können selbstver ständlich auch in. anderer Weise angeordnet sein, z. B. derart, dass die Spülluft hauptsäch lich längs der den Auslassöffnungen ent gegengesetzt gelegenen Zylinderwand, oder derart, dass die Spülluft sowohl gegen wie auch längs der erwähnten Wand gerichtet wird.