Zweitakt-Brennkraftmaschine Die Eindung bezieht sich auf Zweitakt4Brenn- kraftmaschinen mit Spül- und Ladeluftventilen im Zylinderkopf und mit vom Kolben gesteuerten Aus lassschlitzen.
Sie !besteht darin, dass die Ausbildung so getroffen ist, dass der Eintritt der Spül- und Lade luft ,in den Zylinder durch mindestens zwei im Zy linderkopf koaxial zueinander und beweglich inein ander angeordnete Einlassventile erfolgt. Dadurch wird eine grosse Gesamteintrittsfläche-für die Spül- und Ladeluft auf einem minimalen Durchmesser der Zylinderkopffläche erreicht.
Es fallen -dadurch auch die Ventilgewichte leichter aus, was .bei ihrem kurz dauernden und raschen Öffnen und Schliessen bei Zweitakt@Brennkraftmaschinen von .besonderer Wich tigkeit ist. Zwei koaxial zueinander angeordnete und ineinanderliegende Einlassventile .können koaxial zum Zylinder angeordnet sein.
Dies gibt eine besonders einfache Ausbildung des Zylinderkopfes und auch der Steuerung der Einlassventile. Sie ermöglicht auch eine gute Entleerung, Spülung .und Ladung der Zy linder symmetrisch um die Achse der letzteren herum.
Das eine der beiden Einlassventile kann bei Beginn der Spülperiode zuerst und das andere, koaxial dazu angeordnete Einlassventil erst später geöffnet werden, um die zur Öffnung der Ventile aufzubringenden Steuerkräfte zu trennen und um eine sich verän dernde Spülwirkung im Zylinder zu erreichen.
'Des weitern kann die Ausbildung so getroffen sein, dass der Abschluss der mindestens zwei :koaxialen Einlassventile erst nacheinander erfolgt, um ein gleich- zeitiges Absetzen dieser Ventile auf ihren Sitzflächen zu vermeiden.
Durch die tangentiale Einführung der Spül- und Ladeluft in den Zylinderkopf durch min destens eines der Einlassventile kann eine Drehbewe gung dieser Luft beim Eintritt in den Zylinder durch dieses Ventil erzeugt werden.
Durch solche Dreh bewegungen, die auch .noch während des Verdich- tungs- und Verbrennungshubes andauern und dazu im eingeschnürten Brennraum noch verstärkt werden, werden auch die Brennstoffverteilung und die Ver brennung im Zylinder verbessert- Die Ausbildung der Auslassschhtze im Zylinder kann auch so getroffen sein,
dass ausser einer tangen- tialen Einführung der Spül- und Ladeluft in den Zy linderkopf zwecks Herstellung einer Drehbewegung beim Eintritt dieser Luft in den Zylinder auch ein tangentialer Austritt durch die Abgasschlitze im Zy linder stattfindet,
welcher die Drehbewegung der Luft im Zylinder begünstigt.
Die Spül- und .Ladevorrichtung kann so gross .bemessen und ausgebildet sein, dass auch der Raum nach den Auslasssahlitzen um die Zylinderbüchse -her um mindestens teilweise mit verhältnismässig kalter Spülluft gespült wird und Spülluft während der Ver- dichtungs-, Verbrennungs- und Expansionsperiode in diesem Raum verbleibt.
In den drei .Zeichnungen sind in neun Figuren einige .beispielsweise Ausführungsformen des Erfin- dungsgegenstandes dargestellt.
Gleiche oder ähnliche Teile bzw. Zustände sind mit gleichen Zahlen oder Buchstaben bezeichnet. Fig. 1 stellt einen Schnitt durch eine Zylinder- achse einer Brennkraftmaschine mit Abgasturbo Spülung und -Ladung da:r.
Fig. 2 zeigt einen Schnitt durch die Zylinderachse durch einen Zylinderkopf sowie durch einen Teil eines Zylinders.
Fig. 3 veranschaulicht einen Schnitt quer zur Zy linderachse durch einen Zylinderkopf entsprechend dem Linienzug IH-II:I von Fig. 2, und Fig. 4 einen solchen entsprechend dem Linienzug IV-IV von Fig. 2.
Fig. 5 zeigt ebenfalls einen Schnitt quer zur Zy- linderachse durch einen Zylinderkopf, wobei sich die ser Schnitt über zwei Zylinderköpfe erstreckt.
Fig.6 stellt einen Querschnitt VI VI nach Fig. 1 quer zur Zylinderachse je durch einen Zylin der einer Brennkraftmaschine bei einer besonderen Ausführung dar.
Fig. 7 zeigt einen ähnlichen Schnitt, wie in Fig. 1 durch einen Zylinder einer Brennkraftmaschine, wel che :mit einem Abgasturbogebläse gespült und mit einem von der Maschine selbst angetriebenen Lade gebläse in der Hauptsache geladen und eventuell auch gespült wird.
Die Fig. 8 und 9 stellen Querschnitte durch die Steuerwelle bei anderen Ausbildungen der Steuer nocken, als wie sie in den Fig. 1 und 7 gezeigt sind, dar.
In Fig. 1 zeigt 1 das Maschinengestell, 2 die Grundplatte, 3 die Kurbelwelle und 4 eine Zylinder büchse, 5 die Steuerwelle und 6 einen Kolben einer Brennkraftmaschine nach dem Erfindungsgegenstand. 7 ist eine Schubstange und 8 ist ein Zylinderkopf.
9 sind die Auslassschlitze für die die Maschine ver lassenden Abgase und 10 und 11 die zueinander :koaxial angeordneten und ineinander bewegten Ein lassventile. 12 ist der Zylinderraum, 14 ist das in diesem Fall durch eine 13 angetrie bene Spül- und Ladegebläse.
Die Abgasturbine 13 erhält .ihre Abgase aus dem. die Abgasschlitze 9 umgebenden Raum 15, welche ihre Gase an die Ab gasleitung 16 und von dort zur Turbine 13 abgeben. Das Ladegebläse 14 gibt seine Förderluft durch die Leitung 17 sind die Zweigleitungen 17' .bzw. 17" getrennt an die Räume 18', 18 bzw. 19', 19 vor die beiden Einlassventile 10 respektive -11 ab.
Vom Raum 19 tritt die Ladeluft durch den Raum 10a zwischen den beiden Ventilen zur Abschlussstelle des Ventils 11. Durch die Ventilabschlussstellen beider Ventile 10 und 11 gelangt dann die Spül- und Ladeluft in den Verbrennungszylinder 12. 21 ist der Steuer nocken für das Einlassventil 10.
Dieser wird durch eine nicht gezeichnete Rolle oder eine Gleitfläche, die auf denn Nocken 21 gleitet, mittels der Stange 23, dem Hebel 24, dem Ventilteller 25 geöffnet und un ter Wirkung der Feder 26 geschlossen. Die Steuerung des inneren Ventils 11 geschieht durch den Nocken 27,
die Rolle oder Gleitfläche 22 mittels der- Stoss stange 28, dem Hebel 29, und es wird durch die doppelte Haarnadelfeder 30 unter Vermittlung des Joches 31 geschlossen.
Der Steuernocken 21 und der Steuernocken 27 können so ausgebildet sein, dass die -beiden Ventile mindestens annähernd im gleichen Moment öffnen bzw.
schliessen. Es kann aber auch wahlweise das eine Ventil vor dem anderen geöffnet werden, oder das eine wahlweise ebenfalls s nicht gleichzeitig wie das andere schliessen. Damit kann das gleichzeitige Öffnen bzw. Schliessen der Ven tile vermieden und die dadurch entstehenden Kräfte auf die Steuerteile und die Steuerwelle getrennt werden,
wodurch ein kleinere gleichzeitige Be anspruchung derselben auftritt. Durch das frühere Öffnen zum Beispiel des äusseren Einlassventils 10 kann insbesondere durch dasselbe zuerst igespült und durch das innere Ventil 11 erst später gespült aber zusätzlich, wenn es später als das Ventil 10 schliesst, auch nachgeladen werden.
32 ist ein Brennstoffventil eines Zylinders, das im Stutzen 33 im Zylinderkopf 8 gelagert ist. Die Ausbildung kann auch so getroffen sein, dass das Brennstoffventil 32 in eine Vertiefung 9' des Kolbens gerichtet ist. 34 ist die von der Steuerwelle 5 aus angetriebene Brenn stoffpumpe.
In Fig. 1 sind die Nocken 21 und 27 so gezeich net, dass sie mindestens annäh@emd gleichzeitig die Ventile 10 und 11 öffnen und schliessen. Die Spü lung beginnt -also annähernd gleichzeitig durch beide Ventile und die Ladung durch dieselben endet eben falls gleichzeitig.
Wie dies in Fi.g. 1 ebenfalls dargestellt ist, kann die Förderluft des Gebläses 14 z. B. im. Kühler 42 vor Eintritt in die Maschine gekühlt werden, wodurch die Kühlung der Zylinderköpfe, der Zylinder und Kolben verstärkt und auch die Luftaufnahme der Maschine und ihre Leistung vergrössert sowie ihre Wirtschaftlichkeit verbessert wird.
Statt wie in Fig. 1 dargestellt, kann zur Lieferung von Spül- bzw. Lade- bzw. auch Nachladeluft irgend eine andere Gebläseart bzw. eine Pumpe statt des Turboladers 13, 14 vorgesehen sein. Diese können auch mechanisch von der Brennkzaftmaschine selbst oder anderweitig angetrieben werden.
In Fig. 2 ist 8 ein Zylinderkopf, 10 ist das äussere und 11 das inneue Einlassventil. 18 -ist der Zutritts- _ raum zur Abschlussstelle des' Ventils 10 und 19 der Zutrittsraum zum inneren Einlassvenbil 11.
Entspre- chend der gezeichneten Ausbildung trennen sich die Räume 18 und 19,bei der Eintrittsstelle im Zylinder- kopf 8 rund besitzen eine gemeinsame Zuleitung 20.
Der Kalben 6 besitzt auch hier eine Vertiefung 9'. 32 ist ein Brennstoffventil, das in einem Stutzen 33 im Zylinderkopf in Richtung gegen die Vertiefung 9' geführt ist. Es können mehrere solcher im gleichen Zylinderkopf anbeordnet sein.
Fig. 3 zeigt die Einführung der Spül- und Lade luft oder nur der Ladeluft allein zum inneren Ein- lassvenbil 11.
Der Eintrittsstutzen 20 ist exzentrisch zur Zylinderachse und der Achse beider Ventile ange ordnet und mündet in einen spiralförmigen Raum 19, von wo aus dann der Eintritt der Spül- und Lade luft durch den Raum 10a zur Abschlussstelle des Ventils <B>11</B> fuhrt, siehe auch Fig. 1 .und 2.
Im spiral- förmigen Raum 19 entsteht eine Drehbewegung, wie sie durch die Pfeile 35 angedeutet ist.
Nach Fig. 4 ist der Eäntrittsstutrzen 20, hier der gleiche wie inRTI ID="0002.0219" WI="10" HE="4" LX="1294" LY="2481"> Fig.3, für die Spül- und Ladeluft ebenfalls exzentrisch zur Zylinder- bzw. Ventilachse angeordnet und führt in einen spiralförmigen Raum 18,
wo ebenfalls eine Drehbewegung entsprechend dem Pfeil 36 entsteht, so dass auch beim Eintritt der Spül- und Ladeluft auch durch das Ventil 10 hin durch im Zylinderraum eine Wirbelbewegung im .glei- chen Sinn wie nach Fig.3 zur besseren Kühlung der Zylinderwände und guten Spülung des Zylinderrau mes und Brennstoffverteilung im Brennraum statt findet.
Diese Wirbelbewegung wird vorteilhafterweise so stark gewählt, dass sie auch noch bei Abschluss der :beiden Einlassventile 10 und 11, das heisst be sonders in der Nähe -der oberen Totpunktlage des Kolbens, während der Brennstoffeinspritzung und während der Verbrennungsperiode, das heisst im Zu stand, wie er durch Fig. 2 dargestellt ist, mindestens noch andauert.
Vorteilhafterweise geschieht die Ein spritzung des Brennstoffes in der Richtung der Strö mung 35 (Fig. 3) ,bov. 36 (Fig. 4), das heisst entspre chend der Drehbewegung der eintretenden Spül- und Ladeluft.
In den Fig. 3 und 4 ist noch. durch die Tren nungslinie A angedeutet, dass _ der Einlasskanal 20, wie übrigens auch aus Fig. 2 ersichtlich ist, zu beiden Ventilen 10 und 11 ein gemeinsamer ist, im Gegen satz zu der Ausführung nach Fig. 1, wo die Einlass- kanäle 18', 18 baw. 19', 19 unter sich getrennte Zuleitungen 1<B>7</B> bzw. 17" haben.
Nach Fig.5 ist ein gemeinsamer Eintrittskanal 20' für zwei nebeneinanderliegende Zylinder ange ordnet. Aus diesem ,kann z. B. die Spül- und Lade luft zu nur .den einen (inneren oder äusseren) oder zu allen Einlassventilen 10', 11', 10", 11" für diese zwei Zylinder geleitet werden.
Die Einlassleitung 20' führt die Spül- und Ladeluft in die beiden spiralför- migen, um die Ventile angeordneten Räume 18" bzw. 19" und die Räume 18"' bzw. 19"' für die je zwei äusseren und inneren Einlassventile 10', 10" und 11', 11". In den Räumen 18" -bzw. 19" und 18"' bzw. 19"' findet eine Drehbewegung gemäss den Pfeilen 35' bzw. 36' und den Pfeilen 35" bzw. 36" statt.
Diese Drehbewegung in diesen Spiralgehäusen 18" bzw. 19" und 18"' bzw. 19<B>"</B> wirkt sich dann als Wir belbewegung in den Zylinderräumen 12 (Fig. 1) bzw. in den Brennräumen 9' (Fig. 2) aus.
Es kann im Eintrittskanal 20a zur besseren Trennung der Spül- und Ladeluft zu den zwei Zylindern auch eine Trenn wand, z. B. eine Zylinderkopf eingegossene, urmehr oder weniger lange Blechwand 43 eingebaut sein.
Die Zuleitung der Spül- und Ladeluft 20' 'kann durch getrennte Einlassleitungen 17' bzw. 17" nach Fig. 1 je getrennt zu den beiden Einlassventilen eines Zylin ders führen, oder nach den Fig. 2, 3 und 4 gemein sam zu beiden Einlassventilen eines Zylinders oder zu allen vier von .zwei Zylindern.
Die Fig. 6 zeigt einen Schnitt nach dem Linien zug VI UI von Fig. 1 quer zur Zylinderachse durch die Zylinderbüchse 4 und das Maschinengestell 1.
Es ist eins solche Ausbildung dargestellt, wobei um die Zylinderbüchse 4 herum ein spiralförmiges Auf- nahmegehäuse 15' angeordnet ist,
welches die aus den tangential gerichteten Abgasschlitzen 9 austre tenden Abgase sukzessive aufnimmt und durch die Öffnung 15" zur Abgasleitung 16 (Fig. 1 oder 7)
führt. Durch den spiralförmig sich öffnenden Quer schnitt der Sammelleitung 15' wird die Drehbewegung der Abgase und der Spülluft auch nach Austritt der Abgase aus den Schlitzen 9 weiter unterhalten, so dass der Abfluss dieser Gase aus dem Zylinderraum 12 (Fig. 1 oder 7) und durch die Schlitze 9 ein wider standsloserer ist, wodurch die Spül- und Ladewirkung im Zylinder verbessert wird.
Fig. 7 stellt einen ähnlichen Schnitt durch eine Zylinderachse einer Brennikraftmaschine nach dem Erfindungsgegenstand, wie Fig. 1, dar, wobei nament lich die Spül- und Ladevorrichtung aber anders aus gebildet ist.
1 ist der Zylinderblock, 2 die Grund platte, 3 die Kurbelwelle, 4 eine Zylinderbüchse, 5 die Steuerwelle, 6 ein Arbeitskolben, 7 eine Schub stange, 8 ein Zylinderkopf, 9 die Abgasschlitze in der Zylinderbüchse 4,
10 das äussere und 11 das innere der koamal zueinander angeordneten und in einander bewegten Einlassorgane. 12 ist der Zylinder- raum. 21 ist der Steuemooken für das äussere Eiu- lassventil 10;
23 seine Stossstange, an deren unterem Ende eine Steuerrolle 22 oder eine Gleitfläche auf dem Einlassnocken 21 aufliegt. 24 .ist der Ventilhebel, 25 der Ventilteller, 26 die Ventilfeder, welche das Ventil 10 schliesst. 27 .ist der Steuernocken für das innere Einlassventil 11, das mittels einer nicht ge zeichneten Rolle oder Gleitfläche durch die Stoss stange 28, den Hebel 29, das Ventil 11 geöffnet wird.
Dieses Ventil wird durch die doppelte Haar nadelfeder 30, unter Vermittlung des Gabelhebels 31, geschlossen. Die Abgase verlassen bei Abdeckung der Schlitze 9 durch den Kolben den Zylinder und treten durch den Raum 15 in die Leitung 16 über.
Aus der Leitung 16 gelangen die Abgase in eine Abgasturbine 37 und von dort in .ihre Austrittslei- tung 38, entweder direkt ins .Freie, oder noch vorher durch einen nicht gezeichneten Vorwärmer, Dampf kessel oder dergleichen in dasselbe.
Die Abgasturbine 37 treibt eine Gebläse 39 an, welches seine Förder- luft in die Leitung 40 abgibt.
Aus der Leitung 40 wird die vom Gebläse 39 geförderte Luft einerseits durch die Leitung 18" in den Raum vor der .Ab schlussstelle des Ventils 10 geliefert und anderseits durch die Leitung 41 zum mechanisch oder sonst-wie angetriebenen Spül- und Ladegebläse bzw. nur Lade gebläse 13', von wo die darin. höher verdichtete Luft durch die Leitung 20, 19' in den Raum 19 und durch den Raum 10a zum Ventilabschluss des inneren Ven tils 11 gelangt.
Mit der in Fig. 7 gezeigten mehrfachen Spül- und Ladevorrichtung wird einerseits bezweckt, dass die Abgase nur das Gebläse 39 antreiben müssen, wel ches Spül- und Ladeluft, eventuell nur Spülluft allein, z.
B. durch das äussere Einlassventil 10 zur Maschine liefert, aber unter Umständen auch noch dem mecha nisch oder sonstwie angetriebenen Gebläse 13' seine, unter dem -Druck des Gebläses 39 stehende Ansaug luft liefert. Dadurch wird erreicht, dass im Lade gebläse 13' jeder beliebige, aber ein höherer Druck erzeugt werden kann als im abgasturbinengetriebenen Gebläse 39 allein, wodurch auch die Leistung der Maschine weiter gesteigert werden. kann.
Das Gebläse 13' kann aber seine Förderluft auch aus der Atmo sphäre ansaugen, um den Turbolader 37, 39 noch mehr zu entlasten. Die vom Gebläse 13' gelieferte Luft kann ganz oder teilweise als Nachladeluft die nen. Dies ist solche Luft, welche bei geschlossenen Auslassschlitzen 9 durch beide oder nur eines der Einlassventile 10 und 11 in den Zylinder eingeführt wird.
Es können die Zuleitungen 19, 19' und 20 eine zur Zylinderachse exzentrische Lage erhalten, wie dies in den Fig. 3, 4 und 5 dargestellt ist. Damit kann vor Eintritt der betreffenden Spül-, Lade- bzw. Nach ladeluft eine Drehbewegung um und durch die Ven tile bis in den Zylinder, respektive im Brennraum erzeugt werden.
Je nach der Bemessung der betreffen den Kanäle und dem Druck respektive der Geschwin digkeit der dort durchtretenden Spül-, Lade- resp. Nachladeluft kann eine langsamere oder schnellere Wirbelbewegung hergestellt werden. So kann z.
B., ,insbesondere bei einer Ausführung nach Fig. 7, wo mittels des Gebläses 13' ein :höherer Druck erzeugt werden kann, als es mit dem Abgasturbogebläse 37, 39 möglich ist, in der Zuleitung 19, 10a zum inne ren Ventil 11 eine höhere Wirbelgeschwindigkeit er zeugt werden, als um und durch das äussere Einlass- ventil 10.
Die Drehbewegung der Luft kann natür- lich, ausser durch Spiralgehäuse, auch durch andere Mittel, Einsbauten von Schaufeln, usw. z. B. in die Räume 18, 19, 10a, oder durch-,bekannte Abschir- nnungen an den Ventilen erreicht werden.
Die Wirbel- gesohwindigkeit kann auch durch das eine Einlass- ventil grösser gewählt werden, als durch das andere.
Das Gebläse 13' kann auch seine Ladeluft durch das äussere Einlassventil einführen und' der A#bgasturbo- lader seine Förderluft hauptsächlich als Spülluft durch .das innere Einlassventil 11 einbringen.
So wird beispielsweise die Nachladeluft durch das .innere Ven til 1-1 eingeführt und darin eine grössere Wirbel geschwindigkeit erzeugt. Die .Ausbildung und Anord- nung der Räume 19', 19 bzw. 18', 18 kann auch so getroffen sein,
dass -in beiden Einlassventilen 10 und 11 eine in umgekehrter Richtung drehende Wirbel bewegung entsteht.
iIn Fig. 7 ist 32 ein Brennstoffventil, das in einem Stutzen 33 .im Zylinderkopf 8 gelagert ist, und wel ches seine Brennstofümenge durch die Brennstoff- pumpe 34 erhält. Das Gebläse 13' kann auch als Zentrifugalgebläse oder als irgend eine Art Rota tionsgebläse ausgebildet sein. Die Steuernocken 21 und 27.
sind nach Fig. 7 so ausgebildet, dass beide Ventile 10 und 11 annähernd gleichzeitig öffnen, der Nocken 27 das Ventil 11 aber später als das Ventil 10 schliesst. Dies geschieht .zur Nachladung des Zy- linders, aber auch,
um die Wirbelbildung darin mög lichst lange vor dem Kompressionshub und während der Verbrennungsperiode andauern zu lassen.
Bei einer Ausführung nach Fig.7 kann auch wahlweise .nach dem Turbolader 37, 39 bzw. dem Ladegebläse 13' mindestens eine Kühlvorrichtung 42 bzw. 43 eingebaut werden.
Dadurch werden die bei Fig. 1 bereits genannten Vorteile erreicht. Die Ausbildung der Steuernocken 21 und 27 kann aber auch so getroffen werden, dass keines der beiden Einlassventile gleichzeitig mit dem anderen öffnet, aber auch nicht gleichzeitig schliesst.
Fig. 8 stellt z. B. eine derartige Ausführungsform der Steuernocken 21 und 27 dar, wobei das Einlass- ventil 10 früher geöffnet wird als das Einlassventil 11, und das Einlassventil 11 später geschlossen wird als das Einlassventil 10.
Bei einer solchen Ausführung beginnt die Spülung durch das äussere Ventil 10 zuerst, und es wird .der äussere Umfang des Zylinders zuerst gespült, die Spülluft küMt den: Zylindermantel 4 und den Kolbenumfang sofort. Die Spülung durch das innere Ventil 11 beginnt dann erst später, so dass das Innere des Zylinders 12 auch noch gespült wird.
Beim Schliessen der Ventile erfolgt zuerst der Schluss des äusseren Ventils und erst nachher derjenige des inneren Ventils, so dass durch das letztere noch später Lade- bzw. Nachladeluft in den Zylinder gelangt. Wenn eine Drehbewegung für die eintretende Spül- und Ladeluft bzw. nur für die Ladeluft auch durch das Einlassventil 11 stattfindet, hält dann die Dreh bewegung im Zylinder länger an.
Es können aber auch, entsprechend Fig. 9, die Steuernocken 21 und 27 so ausgebildet sein, dass das innere Ventil 11 zuerst.öffnet und das äussere 10 spä ter und dann auch das innere Ventil früher schliesst und das äussere Ventil später.
Mit einer solchen Aus bildung würde dann erreicht, .dass die Spülung durch das innere Ventil beginnt und die Nachladung durch das äussere Ventil beendigt würde. Dadurch würde zuerst der Kolbenkopf gekühlt und auch das Zylinder innere gespült.
Entsprechend den Ausbildungen der Steuernocken nach den Fsg. 8 und 9 findet also nie ein gleichzeiti- ges Öffnen oder Schliessen der beiden Einlassventile je eines Zylinders statt, so dass -also nie eine Kumu lierung der Steuerkräfte :bei den öffnungs- und Schliessvorgängen dieser Ventile stattfinden würde.