DE2248559C2 - Zweitakt-Hubkolbenbrennkraftmaschine mit Umkehrspülung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Zweitakt-Hubkolbenbrennkraftmaschine mit Umkehrspülung mit einer Schlitzanordnung von im wesentlichen zur Zylinder-

achse senkrecht verlaufenden Auslaß- und Spülschlitzen, wobei den Spülschlitzen Hilfsspülschlitze zugeordnet sind, deren axiale Dimension kleiner ist ais die der Spülschlitze.

Eine derartige Maschine ist z. B. aus der schweizerischen Patentschrift 379 196 bekannt.

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Weiterentwicklung dieser bekannten Maschine, wobei neben anderen wichtigen Vorteilen die Stabilität und Gleichmäßigkeit der Spülung erhöht werden soll. Da-

durch wird allgemein die Qualität der Spülung, d.h. der Austausch der Brenngase durch frische Luft ve^: besser!.

Die erfindungsgemäße Maschine, durch weiche dieses Ziel erreicht wird, ist dadurch gekennzeichnet, daß die Spülschlitze eine Gruppe bilden, die sich in der Symmetrieachse der Schlitzanordnung befindet, und daß die Auslaßschlitze in zwei Gruppen an den beiden Enden der Gruppe der Spülschlitze angeordnet sind.

Bei einer derartigen Anordnung der Schlitze entsteht ein zentraler Strahl der Spülluft, welcher darauf durch seitliche Strahlen aus den Hilfsspülschlitzen unterstützt wird. Der Hauptstrahl ist in allen Fällen stabil und ist z. B. nicht durch die im Spülluftbehälter auftretenden Schwingungen beeinflußt. Die Hilfsspülschlitze beeinflussen die Richtung dieses Strahles nicht, sondern ergänzen nur den benötigten Querschnitt für die Luftströmung. Dadurch wird eine gleichmäßige Spülung mit einem stabilen Verlauf der

Spülluft erhalten, was insbesondere bei Gasmotoren mit innerer Gemischbildung, wo das Gas während des Kompressionshubes direkt in den Zylinder eingeführt wird, wichtig ist. Durch die stabile Spülung wird nämlich das für klopffreien Betrieb wichtige, von Zyklus zu Zyklus, d. h. von Hub zu Hub der Maschine gleichbleibende Brenngas I.uftgemisch erhalten. Die Kopfgrenze kann genau definiert werden, was zu einer bedeutenden Erhöhung der zulässigen Leistung der Maschine führt.

Es ist dabei möglich, zwischen den beiden Gruppen von Auslaßschlitzen Hilfsauslaßschlitze auszubiU den, deren axiale Dimension kleiner ist als die der Auslaßschlitze, wobei die Auslaßschlitze zusammen mit den Hilfsauslaßschlitzen in einem Sektor von 170 bis 180 angeordnet sind. Dadurch wird eine große Querschnittfläche der Auslaßschlitze erhalten, welche den Spülvorgang erleichtert. Die Hilfsauslaßschlitze unterstützen den Spülvorgang, indem sie eine Behinderung des einströmenden Spülluftstrahles durch ausströmende Brenngase verhindern.

Weiter ist es möglich, an beiden Seiten der Gruppe von Spülschlitzen Hilfsspülschlitze anzuordnen, wobei die Spülschlitzc in einem Sektor von 120 bis

130 liegen und die Spülschlitze zusammen mit den Hilfsspülschlitzen in einem Sektor von 260 bis 270' liegen. Dadurch wird ein optimaler Verlauf des Spül-Vorganges erhalten. .·

Dabei kann vorzugsweise das Querschnittsverhültnis der Auslaßschlitze zusammen mit den Hilfsauslaßschlitzen und der Spülschlitze zusammen mit den Hilfsspülschlitzen im wesentlichen 1:2 betragen. Gleichzeitig kann die Querschnittsfläche der Spülschlitjo das 0,65- bis 0,7fache der Gesamtquerschnittsfläche der Spülschlitze und der Hilfsspülschlitze zusammen betragen. Versuche am Modell und am Prüfstand haben gezeigt, daß bei diesen Verhältnissen optimale Resultate der Spülung erhalten werden.

Dabei ist es möglich, die untere Kante der Spülschlilze an der Stelle auszubilden, wo im unteren Totpunkt des Kolbens dessen Sleuerkante liegt und die Entfernung der oberen Kante der Auslaßschlitze in einer Entfernung von 27⁰O des Kolbenhubes von der unteren Kante der Spülschlitze anzuordnen.

Es hat sich gezeigt, daß diese gegenüber dem üblichcn Maß etwas vergrößerte Höhe der oberen Kante der Auslaßschlitze, die zu einem früheren Auslaßbeginn führt, bedeutende Vorteile im Betrieb der Maschine zur Folge hat. Es wird dadurch nämlich ein sonst in gewissen Fällen auftretender Rückschlag des Zylinderinhaltes in die Spülschlitze vermieden, weleher eine Störung der Anfangsphase der Spülung verursachen kann und außerdem zu einer Verschmutzung der Spülschlitze führen kann.

Dabei ist es möglich, die untere Kante der Auslaßschlitze um ein geringes Maß über der oberen Kante der Spülschlitze anzuordnen und jeweils zwischen zwei in axialer Richtung übereinander befindlichen Schlitzer, einen horizontalen Steg auszubilden, dessen Höhe etwa 6°o des Kolbenhubes beträgt. Dabei werden Kurzschlußverluste der Spülluft vermieden, die sonst aus den Spülschlitzen direkt in die Auslaßschlitze überströmen könnte.

Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispieles an Hand der Zeichnung. Es zeigt

Fig. 1 einen Schnitt durch einen Zylinder einer erfindungsgemäUen Brennkraftmaschine,

Fig. 2 einen Schnitt nach der Linie Il-II in der Fig. 1,

Fig. 3 einen Schnitt nach der Linie IH-III in der F i g. 1,

Fig.4 den Schnitt nach der Linie IV-IV in der F i g. 2,

Fig.5 den Schnitt nach der Linie V-V in der Fig. 3,

Fig. 6 den Schnitt VI-VI aus der Fig. 3 und

Fig. 7 eine Abwicklung der Schlitzanordnung vom Zylinderinnern ausgesehen.

In der F i g. 1 ist in einem Zylinderblock 1 einer großen aufgeladenen Zweitakt-Hubkolbenbrennkraftmaschine, z. B. für den Hauptantrieb eines Schiffes, eine Zylinderbüchse 2 angeordnet, die eine Schlitzanordnung3 aufweist, die Auslaßschlitze 4 und Spülschlitze S enthält. Die Auslaßschlitze 4 sind zusammen mit zwischen ihnen angeordneten Hilfsauslaßschlitzen 6 an einen Auslaßkanal 7 des Zylinderblocks 1 angeschlossen, welcher in einen nicht dargestellten Abgassammler mündet, aus welchem die Abgase einer ebenfalls nicht dargestellten Abgasturbine zugeführt werden. Die unterhalb der Auslaßschlitze angeordneten Spülschlitze 5 sind zusanv men mit seitlich von ihnen angeordneten Hillsspülschlitzen 8 an einen im Zylinderblock ausgebildeten Luftkanal 10 angeschlossen, welcher mit einem nicht dargestellten Luftaufnehmer in Verbindung steht, dem Luft durch ein ebenfalls nicht dargestelltes Geblase einer Turboladegruppe zugeführt wird.

Wie aus den Fig.4 bis6 hervorgeht, führen die Schlitze4,S und die Hilfsschlitze6,8 flach, d.h. im wesentlichen horizontal in den Zylinderraum der Zy-Iinderbüchse2. In der Fig.4 ist dabei ein Kolben 11 in seiner unteren Totpunktlage dargestellt, wobei seine Steuerkante 12 auf der Höhe einer unteren Kante 13 der Spülschlitze 5 bzw. der Hilfsspülschlitze 8 liegt.

Wie insbesondere aus der F i g. 7 hervorgeht, bilden die Spülschlitze S eine Gruppe, die sich in der Smymeirieachse A der Schlitzanordnung 3 befindet, wobei die Auslaßschlitzc 4 in zwei Gruppen an beiden Enden der Gruppe der Spülschütze 5 angeordnet sind. Zwischen den beiden Gruppen von Auslaßschlitzen 4 befinden sich die Hilfsauslaßschlitze 6, deren axiale Dimension kleiner ist als die der Auslaßschlitze. Dabei sind die Auslaßschlitze zusammen

»5 mi' den Hilfsauslaßschlitzen in einem Sektor mit einem Winkele von 170 bis 180 angeordnet. Bei einer optimalisierten Ausführungsform wird ein Winkel vor 175 verwendet. Dieser optimale Winkel kann jedoch nach der Größe der Maschine und ihrem Verhältnis vom Durchmesser zum Hub verschieden sein. Die Spülschlitze 5 liegen dabei in einem Sektor/ von 120 bis 130°. Die Spülschlitze5 zusammen mit den Hilfsspülschlitzen — liegen in einem Sektor g von 260 bis 270 .

Das Querschnittsverhältnis der Auslaßschlitze 4 zusammen mit den Hilfsauslaßschlitzen 6 gegenüber den Spülschliuen 4 zusammen mit den Hilfsspülschlitzen 8 beträgt im wesentlichen 1:2. Außerdem beträgt die Querschnittsfläche der Spülschlitze 5 das 0,65- bis 0,7fache der Gesamtquerschnittsfläche der Spülschlitze 5 und der Hilfsspülschlitze 8 zusammen.

Wie bereits erwähnt, befindet sich die untere

Kante 13 der Spülschlitze 5 bzw. der Hilfsspülschlitze8 an der Stelle, wo im unteren Totpunkt des Kolbens 11 dessen Steuerkante 12 liegt. Die Eritfernung B der oberen Kante 14 der Auslaßschlitze 4 bzw. der Hilfsauslaßschlitze6, die gleich hoch liegen, von der unteren Kante 13 der Spülschlitze5 bzw. der Hilfsspülschlitze 8 beträgt dabei 27 % des Kolbenhu-

5" bes H. Dieser Kolbenhub ist in der Fig. 1 eingetragen.

Weiter ist aus der F i g. 7 noch ersichtlich, daß die untere Kante der Auslaßschlitze4 um ein geringes Maß C über der oberen Kante der Spül sch litze 5 liegt. Dieses Maß kann z. B. 1 bis 2 ⁰Zo des Kolbenhu- besH betragen. Außerdem ist jeweils zwischen zwei in axialer Richtung übereinander befindlichen Schiitzen ein horizontaler Steg 15 ausgebildet, dessen Höhe D etwa 6 ° 0 des Kolbenhubes H beträgt.

Der von der Symmetrieachse A am weitesten entfernte Spülschlitz ist in axialer Richtung kürzer als die übrigen Spülschlitze 5. Über diesem kürzeren Spülschlitz befindet sich der erste Auslaßschlitz4, dessen axiale Länge etwas kleiner ist als die axiale Länge des nächsten Auslaßschlitzes 4. Durch diese Ausbildung ist es möglich, bei einem gegebenen Umfangswinkel der Auslaßschlitze ein optimales Verhältnis der Querschnitte der Auslaßschlitzc und der

Einlaßschlilzc zu erhalten, wobei die erwähnt.; Höhe D der Stege 15 eingehalten werden kann.

Aus der F i g. 2 geht hervor, daß die Hilfsauslaßschlitze 6 im Zylinder 2 mit ihren Achsen radial angeordnet sind. Der erste Auslaßschlitz 4, welcher der Symmetrieachse A am nächsten liegt, verläuft ebenfalls radial. Der zweite Auslaßschlilz4 ist hingegen mit seiner Achse parallel zu diesem angeordnet. Durch die abweichende Anordnung der Achse des äußersten Auslaßschlitzes wird eine Verminderung des Aiii Strömwiderstandes der Abgase erzielt, da sie bei dieser Anordnung im Auslaßkanal 7 weniger umgelenkt werden müssen als wenn sie radial gerichtet wären.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (9)

Patentansprüche:

1. Zweitukt-Hubkolbenbrennkraftmaschine mit Umkehrspülung mit einer Schutzanordnung von im wesentlichen zur Zylinderachse senkrecht verlauferden Auslaß- und Spülschlitzen, wobei den Spülschlitzen Hilfsspülschlitze zugeordnet sind, deren axiale Dimension kleiner ist als die der Spülschlitze, dadurch gekennzeichnet, daß die Spülschlitze (5) eine Gruppe bilden, die sich in der Symmetrieachse(A) der Schlitzanordnung (3) befindet, und daß die Auslaßschlitze (4) in zwei Gruppen an den beiden Enden der Gruppe der Spülschlitze (5) angeordnet sind.

2. Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an beiden Seiten der Gruppe von Spülschlitzen Hilfsspülschlitze angeordnet sind.

3. Maschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß sich zwischen den beiden Gruppen von Auslaßschlitzen (4) Hilfsauslaßschlitze (6) befinden, deren axiale Dimension kleiner ist als die der Auslaßschlitze, wobei die Auslaßschlitze zusammen mit den Hilfsauslaßschlitzen in einem Sektor (e) von 170 bis 180 angeordnet sind, die üpulschlitze (5) in einem Sektor (/) von 120 bis 130 liegen und die Spülschlitze (5) zusammen mit den Hilfsspülschlitzen (8) in einem Sektor (s?) von 260 bis 270° liegen.

4. Maschine nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Querschnittsverhältnis der Auslaßschlitze (4) zusammen mit den Hilfsauslaßschlitzcn (6) und der Spülschlitze (4) zusammen mit den Hilfsspülschlitzen (8) im wesentlichen 1 : 2 beträgt.

5. Maschine nach Anspruch 3. dadurch ge-" kennzeichnet, daß die Querschnittsfläche der Spülschlitze (5) das 0,65- bis OJfache der Gesamtquerschnittsfläche der Spülschlitze (5) und der Hilfsspülschlitze (8) zusammen beträgt.

6. Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich die untere Kante (13) der Spülschlitze (5) an der Stelle befindet, wo im unteren Totpunkt des Kolbens (11) dessen Steuerkante (12) liegt, und daß die Entfernung (B) der oberen Kante der Auslaßschlitze (4) von der unteren Kante (13) der Spülschlitze (5) 27" ο des Kolbenhubes (H) beträgt.

7. Maschine nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die untere Kante der Auslaßschlitze (4) um 1 bis 2 ° ο (Maß C) über der oberen Kante der Spülschlitze (5) liegt und daß jeweils zwischen zwei in axialer Richtung übereinander befindlichen Schlitzen ein horizontaler Steg (15) ausgebildet ist, dessen Höhe (D) etwa 6ⁿo des Kolbenhubes (H) beträgt.

8. Maschine nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der von der Symmetrieachse (A) am weitesten entfernte Spülschlitzc (5) in axialer Richtung kürzer ist als die übrigen Spülschlitze (S), und daß sich über diesem, von der Symmetrieachse (A) betrachtet, der erste Auslaßschlitz (4) befindet, dessen axiale Länge etwas kleiner ist als die axiale Länge weiterer Auslaßschlitze (4).

9. Maschine nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Hilfsauslaßschlitze (6) im Zylinder (2) mit ihren Achsen radial angeordnet sind, daß der erste Auslaßschlitz (4), welcher der Symmetrieachse (A) am nächsten liegt, ebenfalls radial verläuft und daß ein weiterer Auslaßschlitz (4) zu diesem mit seiner Achse parallel angeordnet ist.