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Zweitaktbrennkraftmaschine Die Erfindung betrifft eine Zweitaktbrennkraftmaschine
mit in einer gemeinsamen Schlitzzone angeordneten Ein- und Auslaßschlitzen, bei
der die aus Luft oder Vergasergemisch bestehende frische Ladung durch tangential
zum Zylinder angeordnete, schräg in Richtung zum Zylinderkopf hin geneigte Kanäle
derart eingeführt wird, daß sie sich in schraubenfönnigem Strom an der Zylinderwand
zum Zylinderkopf bewegt, dort ihre Richtung umkehrt und darauf in Achsenrichtung
absteigt. Bei den bekannten Brennkraftmaschinen dieser Art mit kreisend im Zylinderinnern
aufsteigendem Spülmittel und Frischgas sowie zentralem Abstieg der Ab-
gase
tritt namentlich bei geringerer Belastung der Maschinen infolge der unzureichenden
Ab-
führung der Abgase nach ihrem Auftreffen auf den Kolbenboden einNerlust
an einströmendem Gemisch auf, da dieses zum Teil durch das nahe der Zylinderwand
erfolgende Zusammentreffen mit den Abgasen vor seiner Ausnutzung unmittelbar aus
dem Zylinder abgeleitet wird.
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Erfindungsgemäß soll dies dadurch vermieden werden, daß die Ein' und
Auslaßschlitze über den gesamten Zylinderumfang verteilt sind und daß die an die
Auslaßschlitze anschließenden Auslaßkanäle im gleichen Richtungssinn wie die- Einlaßkanäle
zum Zylinder angeordnet sind. Hierbei ist es vorteilhaft, daß die Ein-und Auslaßschlitze
im äußeren Kolbentotpunkt in der Reihenfolge abwechseln, wobei die einzelnen Kanäle
in ihrer Einmündungsstelle in den Zy4nder gegebenenfalls durch Stege in mehrere
Schlitze unterteilt sind. Durch Heranziehung des gesamten Zylinderumfanges für eine
gleichförnüge Spülung wird eine gleichmäßige Verteilung der Wärmespannungen über
den Zylinderumfang ermöglicht, so daß sowohl der Kolben als auch der Zylinder bei
der Betriebstemperatur vollkommen rund bleiben. Dabei werden die an die Auslaßschlitze
angeschlossenen Kanäle zweckmäßig in der vom Zylinderkopf abgewandten Richtung schräg
zur Zylinderwand, jedoch zur Zylinderquerschnittsebene weniger geneigt angeordnet
als die an die Einlaßschlitze angeschlossenen Kanäle. Hierdurch wird erreicht, daß
die Frischgase in den Zylinder steil einströmen und die Verbrennungsgase erst auf
den Kolbenboden aultreffen, bevor sie nach den mit weniger Steigung verlaufenden
Auslaßschlitzen und -kanälen abgeleitet werden.
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Damit die Verbrennungsgase schon vor Freigabe der Einlaßschlitze durch
den abwärts gehenden Kolbenboden in die Ausfaßschlitze einzuströmen beginnen, sind
ferner die letzteren nach dem Zylinderkopf hin taschenartig erweitert. Die hierdurch
bewirkte Entspannung des Zylinderraumes über dem abwärts gehenden Kolben erleichtert
die Einströmung der Spül-
luft und Frischgase und sichert
den störungsfreien Abzug der Abgase. Durch Schrägstellung dieser Taschen und der
Auslaßschlitze zur radialen leichter Über Richtung die Auslaßschlitze strömen die
hinweg Frischg:#se narV '
dem Zylinderkopf hin. Durch Verlegung der` Oberkanten
und -Unterkanten der Einlaßschlitze zwischen den Oberkanten der Taschen und den
Unterkanten der Auslaßschlitze wird die Einströmung der Frischgase weiterhin störungsfrei
von der Ausströmung der Abgase gemacht.
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je nachdem ein schnelleres Einströmen der Frischgase mit großer Steigung
oder ein langsameres Einströmen der Frischgase mit geringrerer Steigung der schraubenlinienförmigen
Strömung erwünscht ist, kann bei Kurbelkastenspülung die untere Einströrnöffnung
der Überströmkanäle in der gleichen oder in einer anderen Radialebene liegend angeordnet
werden, wie der obere EinstrOmschlitz der Überströmkanäle. Bei Anordnung in der
gleichen Radialebene werden die 'Cberstr#mkanäle in der Tangentialebene bogenförmig
gekrümmt, damit der Überströmkanal am oberen Einlaßschlitz auch in der Tangentialebene
des Zylinders schräg in den Zylinderraum über dem Kolbenboden einmündet.
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Zur Verbesserung der Zuleitung der Frischgase und Ableitung der Abgase
werden vorteilhaft im oder am Zylinder Ringkanäle vorgesehen, die zur Zusammenfassung
der aus dem Zvlinder austretenden oder in diesen eintretenden Gase oder Luft dienen,
wobei der Auslaßringkanal oberhalb des Einlaßringkanals liegt. Die Zusammenfassung
der Abgasströme wird dadurch erleichtert, daß der Auslaßringkanal, in seiner Strömungsrichtung
zunehmenden Querschnitt aufweist.
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Der Kolben kann zur Unterstützung der durch die schraubenlinienförnüge
Einströmung und die zentrale Ausströmung erzielten günstigen Strömungsverhältnisse
als normaler Flachkolben mit leicht überböhtern Boden ausgeführt werden.
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In der Zeichnung sind einige Ausführungsbeispiele des Gegenstandes
der Erfindung dargestellt. Es zeigen Abb« i den Zvlinder einer Brennkraftmaschine
im Längsschnitt, Abb. 2 einen Teil des gleichen Zylinders im Querschnitt nach der
Linie A-B der Abb. i, Abb. 3 eine abgeänderte Form des Zylinders mit
je zwei Einlaß- und Auslaßöffnungen im -leichen Querschnitt nach der Linie
A-B der Abb. i, Abb. 4 eine andere Ausführungsform der Kanalanordnung an einer Vorkammer-Dieselmaschine
im Längsschnitt durch den Zylinder,-Abb. 5 eine sinnbildliche Darstellung
der Einströrmi-ng an einer Abvleklung des inneren Zylinderumfanges unter Fortlassung
der An>-puffschlitze und unter Kennzeichnung der vom -einströmenden Spülmittel unberührten
Fläche, -Abb. 6 eine der Abb. 5 ähnliche sinnbildliche Darstellung
mit Auslaßschlitzen und Einitf,,-schlitzen in anderer Form, Abb. 7 eine weitere
sinnbildliche Darstellung mit anders ausgeführten Ein- und Auslaßschlitzen, wobei
sich benachbarte Ein- und Auslaßschlitze parallel zur Längsrirbtung des Zylinders
teilweise überschneiden, Abb. 8 eine sinnbildliche Darstellung eines weiteren
Ausführungsbeispiels der Ein- und Auslaßschlitze, wobei die Auslaßschlitze nach
oben in eine taschenartige Form übergehen und die Einlaßschlitze zwischen den Ober-
und Unterkanten der Auslaßschlit7e angeordnet sind, Abb. 9 die sinnbildliche
Darstellung einer Ein- und Auslaßschlitzanordnung mit für Luft und Gas getrennten
Einlaßschlitzen, Abb. io einen Querschnitt durch den Zylinder nach der Linie C-D
der Abb. 4, Abb. ii einen Kolben mit #Cberströraöffnungen für die Überströmkanäle
im Zylinder, Abb. 12 eine sinnbildliche Darstellung eines Ausführungsbeispiels gemäß
der Erfindung für Kurbelkastenspülung an einer abgewickelten inneren Zylinderfläche,
Abb. 13 einen Zylinder in der gleichen Ausführungsform im Querschnitt nach der Linie
E-F der Abb. 12, Abb. 14 den «Zylinder des gleichen Ausfährungsbeispiels nach
Ab * b. 12 und 13 in Ansirbt, teilweise im Längsschnitt, Abb. 15 eine sinnbildliche
Darstellung eines anderen Ausführungsbeispiels gemäß der Erfindung für Kurbellzastenspülung
mit abweichender Führung der Einströmschlitze in Abwickelung des Zylinderinnern
und Abb. 16 die gleiche Ausführungsform im Ouerscbnitt durch den Zvlinder nach der
17,inie G-H der Abb. 15-In Abb. i ist die tangential und nach dem Zylinderkopf gerichtete
Einströmung des Spül-
mittels und der Frischgase durch Pfeile angedeutet,-wonach
das Spülmittel und die Frischgase im Zylinder einen rotierenden, schraubenlinienförmig
in Richtung nach dem Zylinderkopf sich fortbewegenden Mantel bilden. Ferner ist
der Verlauf der Strömung der Auspufigase beim Spülvorgang angedeutet-. Die Einlaßschlitze
i sind in Richtung der Kanäle 4 steil aufwärts und annährend tangential zum Zylinderumfäng
gerichtet. Zwischen den Einlaßschlitzen i liegen die Auspufischlitze 2, die gegenüber
ersteren zur Horizontalen etwas weniger geneigt sind und an ihrer Austrittsstelle.aus
dem Zylinder in Richtung nach dem Zylinderkopf zu. in Taschen 3 übergehen.
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Die Lage-der Einlaßkanäle 4 und der Auspuffkanäle
5
zum Zylinder wird durch die Abb, 2 erläutert. Sämtliche Kanäle treten annähernd
tangential an den Zylinderumfang heran.
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. Bei dem Ausführungsbeispiel nach Abb. 3
sind nur
je zwei Ein- und Auslaßkanäle 4 bzw. 5
vorgesehen. Bei diesen Anordnungen
wird jeg-
licher durch Abströmen- des Spülmittels und der Frischgase in die
Auslaßkanäle entstehender Verlust vermieden, da nur die zentral auf den Kolben zuströmenden
nicht rotierenden Ab-
gase durch die Auslaßkanäle ausströmen können. Selbst
bei kleinster Drehzahl des Motors kann kein Frischgasgemisch oder Spülmittel in
die Auslaßkanäle gelangen, da das in Rotationsströmung befindliche Spülmittel und
die Frischgase ent&gengesetzt zur Richtung der tangentialen Auslaßkanäle strömt
und sich infolge der ihm innewohnenden Massenkraft einem mit der Ablenkung Lind
Ausströmung durch die Auslaßkanäle verbundenen starken Richtungswechsel widersetzt.
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Die Abb. 4 zeigt einen Motor mit Gebläseaufladung, bei dem die mit
den einzelnen tangentialen Ein- und Ausströmkanälen in Verbindung stehenden Ringhanäle
im Querschnitt wiedergegeben sind. Die Einlaßkanäle 4 münden hierbei viel steiler
nach dem Zylinderkopf zu in den Zylinder als die Auslaßkanäle 5. Die Öberkanten
der Einla£schlitze i liegen niedriger als die Oberkanten der Taschen 3 der
Auspuffschlitze 2, während die Unterkanten der Einlaßschlitze i jedoch höher
liegen als die Unterkanten der Auslaßschlitze 2, so daß die Einlaßschlitze i in
der Übergangszone der Auspufftaschen 3 nach den Auspuffschlitzen z liegen.
Die Schraubenspülung kann jedoch auch dann angewendet werden, wenn die Einlaßschlitze
i bis zur Kolbenbodenebene in dessen tiefster Stellung hinuntergeführt und die Auslaßschlitze
'2 in den vom einströmenden Spül-
strom unbespülten Flächen angeordnet sind.
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Die unbespülten Flächen 6 sind aus Abb. 5
ersichtlich,
Die Abb. 6, 7, 8 und 9 zeigen verschiedene Ausführungsmöglichkeiten
der Spü-
lung gemäß der Erfindung. Die Abb. 9 zeigt die Möglichkeit
einer Vorlagerung von Luftpolstern vor dem einströmenden Friscbgasgemisch durch
Anbringung zusätzlicher Lufteinlaßöffnungen 7.
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Die Abb. io zeigt eine sinnbildliche Anordnung der Auspufftaschen
3 und der Einlaßkanäle 4 im Querschnitt durch den Zylinder oberhalb der Auslaßschlitze
--9 nach der Linie C-D der Abb. 4. Die Auspufftaschen 3 sind irn Horizontalschnitt
so ausgebildet, daß die tangential einströmenden Fri§chgase oder die Spülluft über
sie hinwegstreichen, ohne in die Taschen 3 oder in die AuslaßSChlitZe 2 einzudringen.
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Die Abb.- ii zeigt einen Kolben für eine Brennkraftmaschine mit Kurbelkastenspülung
im Längsmittelschnitt. Im Zusammenhang mit der Schraubenspülung ist der Kolbenboden
nach Art eines abgestumpften Kegels in der Mitte leicht überhöht. Im Kolbenmantel
sind eine Reihe von Überströraöffnungen 8 vorgesehen, durch wQlche Gas oder
Luft aus dem Kurbelgehäuse in die auf gleichen Radialebenen liegenden Überströraöffnungen
9 mit anschließenden Überströmkanälen io im Zylindermantel überströmen kann
(Abb. 12 bis 15). Durch die im Zylindermantel angeordneten Überströmkanäle io, die
jeweils nach in den gleichen oder in benachbarten Radialebenen darüberliegenden.
Einlaßschlitzen i führen, tritt das Gas in den Zylinderraum oberhalb des Kolbenbodens
bei unterster Kolbentotpunkt-Inge ein. Die Überströmkanäle io können entweder die
in den Abb. 12 und 14 gezeigte Form ,aufweisen oder aber, wie in Abb. 15 und 16
gezeigt, schraubenlinienförmig in der Zylinderwand verlaufen.
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In der Abb. 13 ist ein Auspuffringkanal ii im Ouerschnitt durch
den Zvlinder nach der Linii E-F der Abb. 12 dargestellt. In diesem Ringkanal ii
sammeln sich die durch die Auslaßscblitze 2 zwischen den Einlaßschlitzen i aus dem
Zylinder ausströmenden Abgase. Der Auspuffringkanal ii kann in der Strömungsrichtung
der Abgase, wie aus Abb. 14 ersichtlich ist, zunehmenden Ouersebnitt haben.
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Unterhalb des Auspuffringkanals ii ist ein Ansaugringkanal 12 angeordnet,
welcher zur Zuleitung von Frischgas oder Luft dient (Abb. 14). Falls dem Motor Frischgas
und Luft getrennt zugeführt werden, ist für jedes dieser Medien ein besonderer Ansaugringkanal
12 vorgesehen.
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Das Spülmittel und die Frischgase treten bei der Ausführung nach Abb.
15 für eine Brennkraftmaschine mit Kurbellrastenspülung durch die mit den Auspuffschlitzen
2 auf gleichen Radialebenen liegenden Ansaugöffnungen 13,
welche durch die
Kolbenunterkante gesteuert werden, in den Zylinder unterhalb des Kolbens bzw. in
das sich hieran anschließende Kurbelgehäuse ein. Die Ansaugöffnungen 13 liegen im
Zylinder höher als die Überströraöffnungen g. Werden Lufteinlaßöffnungen und Gaseinlaßöffnungen
gesondert vorgesehen, so münden die Luftansaugöffnungen tangential in den
Zy-
linder, während die Gaseinsaugöffnungen radial einmünden. Auf diese Weise
kann während des Ansaugvorganges unter dem Kolben ein rotierender Luftmantel mit
einem Gaskern geschaffen werden. Während der Steuerzeit dauert die Rotation des
Luftmantels an, wodurch ein Luftpolster den Friscbgasen bei der Spülung vorgelagert
wird. Derselbe Effekt läßt sich bei tangentialen Einlaßöffnungen für die Luft und
gesonderter Steuerung des Gases durch -einen Drehschieber oder einen Spülpumpenkolbe-ii
erzielen.
Bei Anwendung der Schraubenspülung gestalten sich die Verbrennungsvorgänge für Dieselmotoren
und für Vergasermotoren verschieden. Infolgedessen muß bei diesen beiden Maschinengattungen
der Zylinderkopf bei Anwendung der Schraubenspülung verschieden ausgestaltet werden.
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Gegen Ende des Spülvorganges ist der Zylinder nach Abb. 14 oberhalb
des unteren Kofbentotpunktes bis zum Zylinderdeckel von rotierendem Frischgas angefüllt.
Der Rest der Verbrennungsgase befindet sich über der Kolbenbodenmitte und nimmt
einen zentralen, kegelartigen Raum ein. Nunmehr verschließt der Kolben bei Beginn
des Kompressionshubes die Einströbschlitze, i. Infolge der kinetischen Energie des
Spülmittels, welche am Umfang des Zylinders im Bereich des unteren Kolbentotpunktes
ein Nachsaugen bewirkt, und zusammen mit der Verdrängerwirkung des aufsteigenden
Kolbens werden die Abgase nach dem Umfang des Kolbenbodens befördert und entweichen
bei weiterem Aufsteigen des Kolbens durch die Taschen 3 der Auslaßschlitze
2 restlos.
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Nach dem Vorbeistreichen der Kolbenbodenkanten an den Oberkanten der
Auspufftaschen 3
ist der Spülvorgang beendet. Bei der Verdichtung steigt die
Rotationsgeschwindigkeit der Ladung, da die schraubenförmige Strömung in eine ringförmige
Strömung mit kleinerem Radius übergeht. Die schwereren Bestandteile des Spülmittels
bleiben am äußeren Umfang der rotierenden Gas- oder Luftsäule. Die leichteren Bestandteile
der Frischgase oder des Gemisches geraten in den mittleren Teil des Zylinders, über
dem sich bei Vergasermotoren auch die Zündkerze bzw. bei Einspritzmotoren die Einspritzdüse
befindet. Hierdurch soll die Zündung erleichtert und die Klopffestigkeit des Motors
erhöht werden. Eine Mischung der Frischgase oder des Gemisches aus Spülmittel und
Frischgase mit den Abgasen ist nicht möglich, da das Spülmittel wesentlich schwerer
als das erhitzte Abgas ist und daher während des Spülvorganges unter dem Einfluß
seiner rotierenden Strömung nach außen drängt. Da mit wachsender Drehzahl der Brennkraftmaschine
die Rotationsgesohwindigkeit des Spülmittels zunimmt, so ist von der niedrigsten
bis zu jeder beliebig hohen Drehzahl des Motors eine vollständige Ausspültnig gesichert.
Die zentral nach unten strömenden Abgase setzen dem mantelartig an der Zylinderwandung
aufsteigenden Spülmittel an den gegenseitigen Berührungsflächen nur einen geringen
Widerstand durch Gegenströmung entgegen, da die aus dem Zylinder ausströmenden Gase
den Strömungsbedingungen in Rohrleitungen unterworfen sind und demzufolge an dem
äußeren Umfang der Abgassäule nur eine sehr geringe Ausströmungsgeschwindigkeit
erreichen. Die Brennkraftmaschine kann mit gemeinsamer Frischgas- und Spülluft-
oder Gasgemischzuführung oder mit Kurbelkastenspülung und Überströnikanälen ausgerüstet
werden. Die Erfindung kann mit gleichem Erfolg überall da angewendet werden, wo
es darauf ankommt, die Abgase mit einem Spülmittel oder Frischgasen restlos aus
dem Arbeitsraum des Zylinders über dem Kolben herauszudrängen, ohne daß hierbei
Verluste an Spülmittel oder Frischgasen auftreten. Sie ist besonders für Einkolbenmotoren
geeignet. Die Überströmkanäle oder bei Gebläseaufladung die Zuströmkanäle können
an ihrer Einmündung in den Zylinder düsenartig verengt werden, wodurch die kinetische
Energie des Spülmittels vergrößert und die Gefahr einer Umlenkung in die Auslaßkanäle
praktisch noch weitgehender ausgeschaltet wird.