DE733580C

DE733580C - Zweitaktbrennkraftmaschine

Info

Publication number: DE733580C
Application number: DEA86531D
Authority: DE
Inventors: Ottavio Fuscaldo
Original assignee: AEROPLANI CAPRONI ANON Soc
Current assignee: AEROPLANI CAPRONI ANON Soc
Priority date: 1937-04-26
Filing date: 1938-04-20
Publication date: 1943-03-30

Description

Zweitaktbrennkraftmaschine Es sind bereits gemischverdichtende Zweitaktbrennkraftmaschinen bekannt, bei denen nicht nur für den Lufteinlaß, sondern auch für den Auspuff eine besonders gesteuertes Ventil vorgesehen ist und der Kolben beim Auswärtshub zuerst einen Einlaßschlitz und dann einen Auslaßschlitz freilegt, die beim Einwärtshub in der umgekehrten Reihenfolge geschlossen werden. Die Steuerung der Veniile erfolgt hierbei in der Weise, daß das Auslaßventil während des Auswärtshubes beim Freilegen des Auslaßschlitzes zunächst bei geschlossenem Einlaßventil geöffnet wird, welch letzteres sich dann bei noch freigelegtem Auslaßschlitz zwecks Zufuhr von Spülluft und hierauf nach Schließung des Auslaßventils zwecks Einleitung _von frischem Ladegemisch öffnet, um sich erst bei Abschluß des Einlaßschlitzes wieder zu schließen. Bei diesen Zweitaktbrennkraftmaschinen findet demnach während der Öffnungszeit des Auslaßschlitzes zuerst bei geöffnetem Auslaßventil der Auspuff, dann nach Öffnung des Einlaßventils Spülung und Frischluftzufuhr und zuletzt nach Schließung des Auslaßv entils bis zum Schluß des Einlaßschlitzes Zufuhr von Frischgemisch statt. Es handelt sich hier somit darum, im letzten Teil der Öffnungszeit des Auslaßschlitzes vor Schluß des Auslaßventils noch eine Spülung mit Frischluft und im unmittelbaren Anschluß daran vor Schluß des Auslaßschlitzes sofort die bis zum Schluß des Einlaßschlitzes währende Zufuhr von Frischgemisch beginnen zu lassen, um einerseits die Austreibung der Abgase und anderseits die Frischladung aus dem Vergaser und die Verdichtung dieser Ladung zu vervollkommnen.

Ferner kennt man schon Viertaktbrenn-

kraftmaschinen. bei <leiten die 1Mischkanimer

(lauernd in freier Verbindung mit dein 7_y-lin-

der steht und rnit Luft und Brennstoff Tiber

zwei

Ventile gespeist wird. wii.r-

rend beim Auscv,-irtsliub des Kolbens (las Lufr-

einlallventil durch eine mechanischeSteuerurrg

und das Brenlsto ffzufuhrcentil durch die

Wirktin- der Druckminderung irn Zylinder

geöffiiüt wird. Bei diesen Viertaktbrennkraft-

rnaschinen handelt es sich darum, ein selbst-

tätiges Arbeiten des Brennstoffventils zu er-

zielen und die Verdampfung des Brennstoffe

ohne äul.)ere Wärmezufuhr unmittelbar im

Z_vlirtder zu bewirken.

Mm (igensatz zti diesen bekannten Zwei-

und Viertaktbrennkraftniaschinen liegt dir

Erfindung die Aufgabe zugrunde, bei einer

Zweitaktbrennkraftmaschine mit Aufladen-

und Brennstoffeinspritzung in eine mit dem

Zylinder verbundene \lisclilcanlner die Zu-

fuhr des Brennstofi'es in eine bestimmte, für

den Betrieb der Maschine besonders güiisti@(.#

l-ezieliung zu der Frischlufteinleitung und den

übrigen Abschnitten (les Zweitaktverfahrelis

zti bring,-n. F_rfin(lungsgemäl@ wird zu diesem

Zweck bei einer frcrldgezündeten, mit Auf-

ladung arbeitenden, gernischtverdichtendu--i

Zweitaktbrenlikraftrnaschine, bei der die Ein-

laliöfnung des Zylinders für das Brennstoff-

Luft-Genlisch vom Kolben während seines Ar-

beitsbebes vor der Auspufföffnung freigelegt

und beim Verdichtungshub nach dieser ge-

schlossen wird, und eine mit der Einlaßöf-

nung des 7.@-linders dauernd in Verbindung

stehende Mischkammer zwei getrennte, axial

übereinanderliegende Ventile für Druckluft

und für unter liöliercni Druck als diese be-

findlichen Brennstoff enthält. die Anclrdnung

so getrctten. daß (las Luftventil gegen Ende

seines ('@itntui-sliul)es auf das Brennstoffventil

stößt und dabei (Mieses öffnet sowie von der

l#,-tirbel\vclle aus derart ;-(steuert wird, da,.)'

zunächst, @y ältrend die Auspufföffnung (11s

Zylinders noch freigelegt ist, die U)ffnung des

Luftventils allein erfolgt, und -der Spielrauen

zwischen Luft- und Brernistoffventil so be-

rnessen ist, (Maß (las Brennstoffventil erst nach

Schließung der Auspufföffnung des Zylinders

geöffnet wird und nur während eines be-

stimmten Teile; der bis zur Schließung (1-,r

Einlaßöfnun,- iles Zylinders dauernden

lrteti-szeit des Luftvelitiis offen bleibt.

Auf diese Weise wird der Brennstoffein-

sr g a n,-i auf einen Teil des Lufteinlall-

a a bschnittes bcscliri-inl:t und nach dein Schlu;.l

des Atispuffschlitzis vorgesehen sowie außer-

dem (lcr lIeginn (ICs Lufteinlaßabschnittes

geneniil)cr dünn Schluß des Auspuffes etwas

vorverlegt. hie zeitliche Abhängigkeit der

hrennstotfüirispritzung von der Frischluft-

ladung und den übriger( Abschnitten des taktverfabrens bedeutet eine wesentliche Verbesserung des Betriebes von Zweitaktbreiielkraftmaschinen rnit Aufladung und Brennstoffeinspritzung in eine Mischkammer, bei denen eine hohe Betriebsgenauigkeit und eins scharfe. Zeiteinhaltung der Einlaßventik zwecks Erzielung der notwendigen Regelmäßigkeit der Zufuhr und der Bemessung düs Brennstoffes sowie zur möglichst weitgehenden Verringerung des t,rennstoffft-erbraucliüs verlangt «-erden.

Erfindungsgemäß liegt die Brennstoffeinspritzung zeitlich zwischen zwei Aufladungsvorgängen, die dabei sich bei geschlosselier-Auslaßöfnung abspielen, indem nach Schliel.lung dieser i-iffnung zuerst eine an eine Sli4i-Iting sich anschließende Frischluftzufuhr, dann die Mischung von Luft und Brennstoff und zuletzt nochmals eine Frischluftfüllum; stattfindet: Dies ergibt eine günstige Ausnutzung- der Druckluft und eine innige Gtrnischbil(lung und veri-ol11COl11niet auch (tun @"er(liclitttlgsvor-ang. Ferner sind die b(#i gleicher Dauer von Brennstoffzufuhr un(1 F rischlufteinlaß mit der Spülung verbundenen Brennstoffverluste ve_mierien, und die Brennstoffzufuhr läßt sich durch entsprechende Einstellung des auf sie von der Lufteinlaßzeit entfallenden Teiles genau bemessen und leicht (lauernd deich und regelmäl)ig erhalten.
Erfindungsgemäß wird. auch dir «-eiter-Vorteil erzielt, (Maß eine Erhitzung der Mischkanilnerwandung durch die heißen Abgase beim Arbeitshub und damit eine Vorwärmung ,ler hinter den Ventilen dieser Kammer befindlichen Luft- und Brennstoffmengen stattfinde?. Dadurch entstehen günstige Verhältnisse für cclie Vergasung des in- die Kammer tretenden Brenlstcffes und für die -Mischung von Luft und Brennstoff, da warmer Brennstoff aaf warme Luft trifft und das Gemisch mit einem warnrcn Luftventil und einer warmen K-aiirrnerwandung in Berührung kommt. Hierbei macht sich wiederum auch der Umstand vortcilliaft geltend, dali die Brennstoffeinspritzung sich zwischen zwei Aufladungsvorgängen vollzieht und somit in einer schon rnit Warmluft gefüllten Kammer stattfindet sowie von einer nachfolgenden Warmluftzufuhr begleitet ist.
hic Zeichnung veranschaulicht die Zweitaktbrennkraftmaschine nach der Erfindung beisli.ielsweise in einer Ausführungsform. I., ig. r zeigt einen Längsschnitt durch die Maschine, und Fib. z gibt das zugehörige Kurbelkreisdiagramm wieder. Fig. 3 läßt <las -@rbeitsdiagramm des Luftventils und der Einspritzdüse erkennen, und Fig. 4. stellt chic besonders vorteilhafte Ausführungsform de--, Luftventils und des Brennstoffventils dar. Gemäß Fig. i ist in dem Zylinder i der Kolben a geführt, dessen Stange 3 mit der Kurbelwelle q. verbunden ist. Am unteren Hubende gibt der Kolben 2, wie üblich, die Auslaßschlitze 5 frei, so daß sich die Auspuffgase in die Außenluft durch die Leitung (-) entladen können. Die Ladung erfolgt mit reiner Luft, die unter gleichbleibendem Druck von einem Verdichter geliefert wird und nach vorheriger Kühlung durch die Leitung ; in den Zylinder i tritt. Die Dauer der Öffnung des Ventils 8 bestimmt die Einströmzeit dieser Frischluft, in die auch die Freigabe der Öffnung 9 durch den Kolben 2 fällt. Das Ventil 8, das in einer Aussparung der Wandung des Zylinders i untergebracht ist, wird mittels eines Nockens io unter Zwischenschaltung eines Stößels i i gehoben und durch eine Feder 12 auf seinen Sitz zurückgeholt.
Über dein Ventil 8 ist das Brennstoffventil angebracht, und beide Ventile münden in eine gemeinsame Mischkammer, die mit der Einlaßöffnung 9 des Zylinders i verbunden ist. Das Brennstoffventil enthält einen Ventilteller 13, der durch die Feder 1.1. gegen eine im Ventilkörper 15 vorgesehene Sitzfläche gedrückt wird. Das obere Ende der Ventilspindel läuft in der Führung 16, während das untere Ende durch die Düsenhohrung des Ventilkörpers 15 mit einem Spiel 17 hindurchgeht und in die Leitung 9 bis auf einen Abstand s' von dem Ventil 8 hineinreicht. Der Treibstoff gelangt in die Einspritzdüse durch die Leitung 18, die an eine Pumpe oder einen Behälter angeschlossen ist, und die Treibstoffzufuhr erfolgt unter einem Druck, der höher liegt als der Druck der Ladeluft. Der Hohlraum des Ventilkörpers 15 ist ständig derart mit Treibstoff gefüllt, daß dieser bei jeder Öffnung des kleinen Ventils 13 zum Ausfließen bereit ist.
Die Einspritzung des Treibstoffes erfolgt während des letzten Abschnittes des Hubes des Luftventils 8, d. h. wenn dieses gegen die Spindel des Ventils 13 stößt und dieses dadurch öffnet. Man hat somit zuerst eine Ladung mit reiner Luft, die für die Zeitspanne der gleichzeitigen Öffnungen des Auspuffes teilweise auch zur Spülung dient, dann eine Füllung mit in der Leitung 9 gebildeter 1Tischung von Luft und Treibstoff und danach wiederum eine Füllung mit reiner Luft. Dabei gehen diese zwei letztgenannten Füllungen bei geschlossenem Auspuff vor sich. Diesen Lade- und Füllungsvorgang veranschaulicht das Kurvenbild der Fig. 3, das die Öffnungskurve der beiden Ventile 8 und 13 wiedergibt. Das Luftventil 8 öffnet sich gemäß der Kurve `f für den Zeitraum EI um eine Höhe S, und `vährend des letzten Hubabschnittes s" öffnet es durch Anstoß für die Zeitspanne GII das Brennstoffventil 13. Zur Zündung- des in -den-Zylinder i eingebrachtc n Gemisches dient die übliche Kerze 20.
Die Aufeinanderfolge und die wechselseitige Abhängigkeit der verschiedenen Arbeitsstufen der Brennkraftmaschine lassen sich an Hand des Kurbelkreisdiagramms der Fig. 2 leicht verfolgen. Wenn die Motorwelle sich in der in Fig.2 eingezeichneten Pfeilrichtung, vom oberen Totpunkt A ausgehend, dreht, so ergeben sich: Stellung B: Die Kante des Kolbens 2 gibt die Ladeleitung 9 frei, das Ventil 8 ist jedoch geschlossen, und so hat man lediglich die Füllung der Leitung selbst mit einem kleinen Teil der Abgase, die sich im Zylinder ausdehnen.
Stellung C: Freigabe der Auspufföffnungen 5 durch den Kolben.
Stellung D: Unterer Totpunkt. Winkel CD: Vorauspuff.
Stellung E: Öffnung des Einlaßventils 8; da der Auspuff noch geöffnet ist, ergibt sich ein kurzer Spültakt mit reiner Luft bis zur Stellung F: Schließung des Auspuffs durch den Kolben und damit Beginn der Aufladung. Winkel EF: Dauer der Spülung.
Stellung G: Öffnung des kleinen Ventils 13 der Brennstoffeinspritzdüse.
Stellung H: Schließung des Brennstoffventils 13 der Brennstoffeinspritzdüse. Winkel-GH: Dauer der Brennstoffeinspritzung.
Stellung I: Gleichzeitige Schließung des Einlaßventils 8 und der Leitung 9 durch den Kolben 2, d. h, Beendigung der Aufladung und Beginn der Verdichtung durch den Kolben bis zum Augenblick der Zündung nahe dem Totpunkt A.
Aus dem Kurbelkreisdiagramm der Fig.2 ergibt sich, daß für die Dauer des Winkels BE die Leitung 9 mit Verbrennungsgasen gefüllt ist, die besonders für die Zeitspanne des NVinkels BC erhöhte Temperatur und höheren Druck aufweisen. Für die Dauer des Winkels BC ist also eine kleine zusätzliche Ausdehnung der im Zylinder vorhandenen Gase zu verzeichnen, die den thermischen Wirkungsgrad beeinträchtigt, aber der geringe Arbeitsverlust, der sich daraus ergibt, wird praktisch aufgewogen durch die Heizung der Mischkammerwände, der Ventile 8 und 13 und der dahinter befindlichen Luft und des Treibstoffs, da ja die Erwärmung günstige Bedingungen für die Vergasung des Treibstoffs während der Füllung vorbereiten hilft. Der zerstäubte Treibstoff tritt nämlich warm aus der Einspritzdüse aus, trifft auf das warme Ventil 8 und beginnt bei der Berührung mit diesem zu verdampfen, während er sich mit der ebenfalls warmen Luft vermischt. Während der Mischung- kommt er dann noch in Berührung mit den gleichfalls warmen Wänden der Mischkammer.
Die weitere Mischung und Verdampfung ergibt sich aus einer entsprechenden Wirbelbildung im Zylinder und von der auf die Verdichtung zurückgehendenTemperaturerhöhung. Die Wirbelbildung wird unter anderem durch eine am Boden des Kolbens angebrachte Prallfläche 21 geregelt, die jedoch nicht Gegenstand der Erfindung ist.
Die Zerstäubung des Treibstoffes und seine Mischung mit der Luft müssen gleich von Anfang an in genügender Weise hervorgerufen werden, und zwar auch, um das Kaltanlassen des Motors zu erleichtern. Die Fig. .I stellt in größerem Maßstab eine zur Erreichung dieses Zieles besonders geeignete Ausführung der beiden Ventile 8 und 13 dar, durch welche zwei sich schneidende ringförmige Strahlen von Luft und Brennstoff erzeugt werden. "Zach Fig. 4., welche das Brennstoffventil 13 und das Luftventil 8 in ganz geöffnetem Zustand zeigt, sind die untere Spindel 22 des Brennstoffventils 13 und der Kopf des Luftventils 8 so ausgebildet, daß sie eine kegelförmige Fläche darbieten. Der aus dem Brennstoffventil 13 kommende Treibstoff folgt dieser Fläche und verläßt den Rand des Ventils 8, das die Form einer flachen Scheibe 23 hat, in zerstäubtem Zustand. In diesem Augenblick stößt er schräg zu tierkegelförmigen Fläche 24. mit der Luft zusammen. die von unten aus dem Ventil 8 austritt. Bei dem Zusammentreffen bilden sich Wirbel, die die wirksamste Vermischung erzeugen, und zwar unabhängig von der erwähnten Verdampfungswirkung der Temperatur.
Da bei allen Drehzahlen das Verhältnis zwischen den Öffnungen S und s' des Luftventils 8 und des Treibstoffventils 13 gleichbleibend ist, so können die Drehzahländerungen bei einer gleichbleibenden Bemessung do r Mischung dadurch erzielt werden, daß man die Ansaugung des Luftverdichters und der Treibstoffpumpe drosselt, was mittels zweier geeignet verbundener und einheitlich gesteuerter Organe oder auch durch Vornahme einer Drosselung in den beiden Leitungen ; und i S geschehen kann. In jedem Fall entspricht nämlich einer Änderung der Luftzuführung eine verhältnisgleiche Änderung der Treibstoffzuführung, und die Bemessun g der Mischung bleibt damit dieselbe.

Claims

h,11'lisi'IzUCH: Fremdgezündete, mit Aufladung arbeitende, gemischverdichtende Zweitaktbrennkraftmaschine, bei der die Einlaßöffnung des Zylinders für das Brennstoff-Luft-Gemisch vom Kolben während seines Arbeitshubes vor der Auspufföffnung freigelegt und beim Verdichtungshub nach dieser geschlossen wird und bei der eine mit der Einlaßöffnung des Zylinders dauernd in Verbindung stehende, zwei getrennte, axial übereinanderliegende Ventile für Druckluft und für unter höherem Druck als diese befindlichen Brennstoff enthaltende JIischkammer angeordnet isr, dadurch gekennzeichnet, daß das Luftventil (8) gegen Ende seines (lffnungshubes auf das Brennstoffventil (13) stößt und dabei dieses öffnet sowie von &r Kurbelwelle aus derart gesteuert wird, dal3 zunächst. während die Auspufföffnung des Zylinders (i) noch freigelegt ist, die Öffnung des Luftventils (8) allein erfolgt, und der Spielraum zwischen Luft- (8) und Brennstoffventil (13) derart bemessen ist. <laß das Brennstoffventil (i3) erst nach Schließung der Auspufföffnung (5) des Zylinders (i) geöffnet wird und nur während eines bestimmten Teiles der bis zur Schließung der Einlaßöffnung (9) des Zylinders währenden Öffnungszeit des Luftventils (8) offen bleibt.