Zweitakt-Brennkraftmaschine Die Erfindung bezieht sich auf eine Zweitakt- Brennkraftmaschine mit Gleichstromspülung, sowie mit mehreren Auslassventilen im Zylinderkopf und mit vom Kolben gesteuerten Einlassschlitzen, die über den ganzen Zylinderumfang mindestens annähernd gleichmässig verteilt und derart tangential angeord net sind, dass die Luft im Zylinder eine Drehbewegung ausführt.
Der Zweck der Erfindung besteht darin, die Le bensdauer und den Nutzwirkungsgrad einer bekann ten Maschine der erwähnten Art zu vergrössern. Die Lösung dieser Aufgabe besteht in einer Verbesse rung der Spülung und Kühlung der Zylinderwände und der Ventile und einer besseren Verteilung und Zerstäubung des Brennstoffes in der Aufladeluft. Die Lösung der gestellten Aufgabe wird durch die Ver einigung an und für sich bekannter Merkmale er reicht, welche Merkmale sich in überraschender Art und Weise ergänzen.
Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Auslassventile durch zwei zentral im Zylinderkopf befindliche koaxial zueinander und beweglich inein ander angeordnete Ventile, nämlich ein Aussenventil mit Sitz im Zylinderkopf und ein im Aussenventil ge führtes Innenventil mit Sitz im Aussenventil, gebildet sind und dass die Gase hinter mindestens einem der Ventile derart geführt werden, dass sie die durch die Einlassschlitze hervorgerufene Luftdrehung im Zylinder unterstützen.
Es wird dadurch eine einheitliche Drehbewegung der Luft im Zylinder erreicht, was sowohl für den Auslass, den Spül- und Ladevorgang, die Kühlung der von der Spülluft berührten Wände und die Brenn stoffverteilung und -zerstäubung von Vorteil ist und zur Erhöhung des Wirkungsgrades und der Lebens dauer der Maschine beiträgt. Die Spül- und Ladelufteinströmung kann eine gegen eine Brennraumeinbuchtung im Kolben gerich tete Bewegungskomponente aufweisen, z. B. durch die Ausbildung der Einlassschlitze.
Eine besondere Aufgabe der Maschine kann ihre Lösung darin finden, dass getrennte Übereinander liegende Einlassschlitze im Zylindermantel vorgesehen werden.
Eine zweckmässige Lösung zur Unterstützung der Luftdrehbewegung kann auf verschiedene Art und Weise erzielt werden. Es kann nach mindestens einem der Auslassventile mindestens ein Auslasskanal im Zylinderkopf exzentrisch zur betreffenden Ventil achse angeordnet sein. In besonders zweckmässiger Art und Weise kann ein spiralförmiger Sammelraum nach einem oder beiden Auslassventilen vorgesehen werden.
Eine gute Kühlung, von der besonders die Lebens dauer der Maschine beeinflusst wird, kann dadurch erhalten werden, dass die Vorrichtung zur Lieferung von Spül- und Ladeluft so bemessen und ausgeführt ist, dass die gelieferte Spülluftmenge ausreicht, den Raum hinter dem Ventilauslass zu spülen und nach Ventilschluss den Raum oder die Räume vor der Abgassammelleitung mit verhältnismässig kalter Spül luft während der folgenden Verdichtungs-, Verbren- nungs- und Expansionsperiode gefüllt zu halten.
In baulicher Hinsicht können folgende Ausbil dungen des oder der Abgaskanäle, im Zylinderkopf besondere Vorteile ergeben. Zum Beispiel können die Abgase nach jedem Auslassventil durch einen besonderen Kanal im Zylinderkopf nach aussen ge führt werden, oder es kann nach den Auslassventilen für beide Teilkanäle ein gemeinsamer, nach aussen geführter Kanal im Zylinderkopf vorgesehen sein. Im ersteren Falle können die Kanäle im Zylinderkopf je an eine besondere Abgasleitung angeschlossen werden.
In den acht Figuren sind beispielsweise Ausfüh rungsformen des Erfindungsgegenstandes dargestellt. Gleiche Zahlen bzw. Buchstaben bezeichnen entspre chende Teile.
Fig. 1 zeigt einen Schnitt durch die Zylinderachse einer Zweitakt-Brennkraftmaschine mit sogenannter mechanischer Aufladung, Fig. 2 einen Schnitt durch den Zylinderabschluss in Richtung der Zylinderachse, Fig. 3 einen Schnitt durch einen Zylinderabschluss entsprechend dem Linienzug 1-I von Fig. 2, Fig. 4 einen solchen entsprechend dem Linienzug 11-II von Fig. 2;
Fig. 5 stellt einen Schnitt entsprechend dem Li nienzug III-111 von Fig. 1 dar und Fig. 6 einen gleichen Schnitt III-III entsprechend der Fig. 1, bei einer anderen Ausführungsart; Fig. 7 zeigt einen Schnitt durch die Zylinderachse einer Zweitakt-Brennkraftmaschine mit Abgasturbo aufladung und Fig.8 einen gleichen Schnitt einer Zweitakt- Brennkraftmaschine, welche mit kombinierter Abgas turbo- und mechanischer Aufladung arbeitet.
In Fig. 1 ist 1 der Zylinderblock, 2 der Kurbel- "a ehäuseunterteil, 3 die Kurbelwelle, 4 eine Zylinder büchse, 5 die Steuerwelle, 6 ein Arbeitskolben, 7 eine Schubstange und 8 ein Zylinderabschluss. Die Zy linderbüchse 4 ist in der Nähe der inneren Tot punktlage des Kolbens mit Einlassschlitzen 9 und im Zylinderabschluss 8 mit zwei koaxial zueinander und ineinander beweglich gelagerten Auslassventilen 10 und 11 ausgerüstet.
Die Spül- und Ladeluft wird den Zylindern 12 durch ein von der Maschine selbst angetriebenes Gebläse, das im gezeigten Beispiel als rotierendes Gebläse 13 ausgebildet ist, durch den Stutzen 35, den Raum 14 und die Einlassschlitze 9 zugeführt. Die Auspuffgase verlassen den Zylinder 12 zwischen den beiden Ventilen 10 und 11 durch den Raum 15 und durch den Raum 16 ausserhalb des äusseren Auslassventils 10.
Von dort gelangen sie entweder gemeinsam, wie in Fig. 1, 2, 3, 4 und 7 dargestellt, durch die Leitung 17 nach aussen, oder getrennt, wie in Fig. 8 dargestellt, durch die Leitungen 17' und 17" zu der Gasturbine 37 eines Turbo- laders 38. Das Auslassventil 10 wird durch den Steuer nocken 18, die Stange 19, den Hebel 20 und den Federteller 21, unter Mitwirkung der Feder 22, ge steuert, währenddem das Auslassventil 11 durch den Steuernocken 23, die Stange 24, den Hebel 25, unter Mitwirkung der Haarnadelfeder 26 und des Bügels 27, betätigt wird.
In Fig.2 sieht man, wie sich die Auslassräume 16 und 28 nach den Auslassventilen 10 und 11 im Raum 29 vereinigen, um dann, wie in Fig. 1 dar gestellt, gemeinsam zur Abgasleitung 17 zu führen. 30 ist das Brennstoffeinspritzventil. Es geht durch einen Stutzen 31 im Zylinderabschluss 8 und ist gegen die Vertiefung 32 im Kopf des Kolbens 6 gerichtet.
Fig. 3 zeigt die Weiterführung der Abgase nach dem inneren Auslassventil 11 aus dem Raum 15 nach Durchtritt durch die Öffnungen 10' (Fig.2) des äusseren Auslassventils 10 in eine spiralförmige Aus bildung des Raumes 28, der nachher in den Raum 29 übergeht. Die Anordnung des Brennstoffventil stutzens 31 ist ebenfalls dargestellt. Die Brennstoff einspritzung erfolgt vorzugsweise in Richtung der Drehbewegung der Spül- und Ladeluft im Zylinder und der Abgase und Spülluft im Raum 15 und 28 entsprechend der Pfeile 33.
Fig. 4 zeigt den Durchtritt der Abgase und der Spülluft durch den ebenfalls spiralförmig ausgebil deten Raum 16 in den Raum 29. Die Drehbewegung der Luft im Zylinder und auch in diesem Auslass ventil erfolgt vorzugsweise in gleicher Richtung, wie dies durch die Pfeile 34 angedeutet ist. In der gleichen Richtung wird auch der Brennstoff durch den Stutzen 31 in den Brennraum tangential einge führt.
In Fig. 5 sieht man die Ausbildung der Einlass schlitze 9 in der Zylinderbüchse 4. Diese münden tangential in den Zylinderraum ein, um dort eine Drehbewegung zu erzeugen, welche vorzugsweise in der gleichen Richtung erfolgt, wie dies die Pfeile 33 und 34 in Fig. 3 und 4 andeuten. Die Versteifungs wände 1', 1", 1<B>'</B> und 1<B>Y'</B> im Zylinderblock sind so gerichtet und geformt, und die Eintrittsstutzen 35 für die zugeführte Spül- und Ladeluft so angeord net, dass die Drehbewegung der Spül- und Ladeluft entsprechend der Drehrichtung, wie die Pfeile dies andeuten, noch unterstützt wird.
In Fig. 6, die einen Schnitt am gleichen Ort, wie Fig. 5, zeigt, ist die Ausbildung noch so getroffen, dass die im Raum 14 (Fig. 1) eintretende Spül- und Ladeluft vor Eintritt in die Einlassschlitze in einen spiralförmig begrenzten Raum 36 tritt und dann erst durch .die tangential_en Schlitze 9 in der Zylinder büchse 4 gelangt. Dadurch soll die Wirbelbildung im Zylinder noch verstärkt werden.
In Fig.6 deutet 35 einen Eintrittsflansch für die vom Gebläse 13 in den Raum 14 und weiter in den Raum 36 geförderte Spül- und Ladeluft an.
In Fig.7 ist eine ähnliche Ausbildung wie in Fig. 1 gezeigt, nur mit dem Unterschied, dass die Abgase der Maschine aus beiden Auslassventilen ge meinsam in ein Abgasturbogebläse 37, 38 über geleitet werden. Die Abgase gelangen deshalb aus der Abgasleitung 17 in die Turbine 37 und von dort durch die Leitung 39 ins Freie, oder in einen Wärmeaustauscher oder dergleichen. Die Spül- und Ladeluft gelangt aus dem. Gebläse 38 durch die Leitung 40 und den Stutzen 35 in den Raum 14 und weiter in den Raum 36 und durch die Einlassschlitze 9 in den Zylinder 12.
Fig. 8 zeigt hingegen eine Ausführungsform des Erfindungsgegenstandes, bei welcher die Abgase und eventuell auch mindestens ein Teil der Spülluft durch das innere Auslassventil in die Leitung 17" getrennt zu einer besonderen Turbine oder Stufe oder zu einem Segment einer Abgasturbine 37 geführt werden, wäh renddem die durch das äussere Auslassventil 10 und dann durch den Ringraum 16 austretenden Gase bzw. auch Spülluft durch die Leitung 17' in eine andere Turbine bzw. Stufe bzw. in ein anderes Einlassseg- ment einer Turbine 37 einströmen.
Bei einer sol chen Ausführungsform kann beispielsweise das innere Auslassventil 1l zuerst geöffnet werden, und seine Abgase können unter dem dann herrschenden höheren Druck in dem betreffenden Brennkraft- maschinenzylinder durch den Raum 28 zu einer besonderen Turbine oder zu einer Stufe oder zu einem besonderen Einlassdüsensegment der Turbine 37 ge leitet werden.
Die durch das äussere Auslassventil austretenden Gase können erst später, das heisst bei niedrigerem Druck im Zylinder, durch die Leitung 17' zu einer besonderen Turbine oder Stufe oder zu einem anderen Düseneintrittssegment einer Tur bine 37 geführt werden. Auf diese Weise wird der Öffnungsdruck des inneren Auslassventils kleiner, als wenn beide Ventile gleichzeitig öffnen würden, aber auch der Öffnungsdruck des äusseren Auslassventils ergibt sich dadurch niedriger, weil in seinem späteren Öffnungszeitpunkt der Druck im Zylinder 12 bereits, z. B. sogar bis auf den Spüldruck, gefallen ist.
Des ferneren ist die Ausbildung entsprechend Fig. 8 so getroffen, dass zwei Reihen von Einlass schlitzen 9 bzw. 9' in der Zylinderbüchse 4 angeord net sind. Die unteren Einlassschlitze 9 dienen haupt sächlich zur Spülung des Zylinders und die oberen (9') hauptsächlich zur Einführung der Ladung unter hauptsächlich erhöhtem Druck.
Da die Ladeschlitze 9' für eine wirksame Nachladung möglichst spät durch den Kolben 6 geschlossen werden müssen, und zwar wenn der Auspuffvorgang mindestens teilweise beendigt ist - aber anderseits der Auspuffvorgang schon beginnt, wenn diese Schlitze noch offen sind müssen mindestens im Zutrittsraum 41 zu den Schlit zen 9' Rückschlagorgane 42 angeordnet sein, welche verhindern, dass Auspuffgase in das Nachladegebläse 43 gelangen. Die Eintrittsschlitze 9' für die Nach ladung können auch nur auf einem Teil des Zylinder umfanges angeordnet sein, aber dort auch zur Unter stützung der Drehbewegung im Zylinder 12 tangential in denselben einmünden.
Im gezeichneten Beispiel wurde als Nachladegebläse ein von der Steuerwelle 5 durch eine Kette 43' oder sonstwie angetriebenes Rotationsgebläse 43 angenommen. Dieses Gebläse kann mit Vorteil aus dem Raum 14 bzw. 36 vor den Einlassschlitzen 9 durch die Leitung 44 ansaugen, erhält also seine Luft aus der Förderleitung 40 des Turboladergebläses 38. Dadurch erübrigt sich eine besondere Ansaugvorrichtung mit Luftfilter und Ge räuschdämpfer für das Gebläse 43 und bei grossen Drehzahlen des Turboladers kann der Nachlade druck im Gebläse 43 dadurch stark über den Spül luftdruck gesteigert werden.
In der Förderleitung des Gebläses 38 kann selbstverständlich auch ein Ladeluftkühler 45 vorgesehen sein, ebenso, wie aber nicht gezeichnet, ein solcher zwischen dem Ge bläse 43 und dem Einlassraum 41 zu den Nachlade schlitzen 9'. Es kann aber auch irgendein anderes Gebläse, z. B. ein Zentrifugalgebläse, als Nachlade gebläse 43 verwendet werden. Ferner kann aber auch durch die unteren Einlassschlitze 9 von einem mechanisch oder sonstwie angetriebenen Gebläse Spülluft zugeleitet und von einem Abgasturbolader durch die oberen Schlitze 9' in der Hauptsache nur Ladeluft zugeführt werden.
Pro Maschine können natürlich in bekannter Weise mehrere Turbolader und auch mechanisch oder sonstwie angetriebene Gebläse vorgesehen sein.
Die Spül- sowie auch die Nachladeschlitze 9 bzw. 9' sowie die obere Wand, ihre Zuleiträume 36 bzw. 41 können so geformt sein, dass im Zylinder ein gegen die Kolbenvertiefung gerichteter Lufteinlass er folgt, um den dortigen Kolbenraum auch gut zu spülen und den Kolbenkopf zu kühlen. Die Steuerung der Auslassventile kann entweder so ausgebildet sein, dass dieselben gleichzeitig öffnen, oder vorteilhafter weise das innere Auslassventil früher geöffnet wird.
Die Ausbildung kann auch so getroffen sein, d'ass das innere Ventil erst auf dem äusseren Ventil abschliesst, wenn das letztere bereits geschlossen ist.
In Fig. 2 wird bei geschlossenen Auslassventilen 10 und<B>11</B> die Spülung und Füllung mindestens der Räume 15 und 16 hinter den Auslassventilen durch die Punktierung <I>A</I> und<I>B</I> dieser Räume dargestellt. In Fig.3 und 4 ist auch die Füllung der Räume 28 und 16 im Auslasskanal hinter den Ventilen eben falls durch Punktierung C und D veranschaulicht. In Fig. 3 und 4 ist durch die Linien e und f ange deutet, dass auch die Abgaskanäle 29 gespült und mit kalter Luft gefüllt werden, und dass auch beim Rückprallen von Abgasen, z.
B. von einer Turbine her, mindestens die Räume 15 und 16 zwischen und ausserhalb der Auslassventile 10 und 11 und die Abgaskanäle 28, 29 während des Spülvorganges mit verhältnismässig kalter Spülluft gespült werden und auch während der Verdichtungs-, Verbrennungs- und Expansionsperiode z. B. bis zum Querschnitt e damit gefüllt bleiben.