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Kolbengesteuerte Zweitakt-Brennkraftmaschine, besonders für Kraftfahrzeuge,
vorzugsweise mit Umkehrspülung und Gemischverdichtung Die Erfindung bezieht sich
auf eine kolbengesteuerte Zweitakt-Brennkraftmaschine, besonders für ILraftfahrzeuge,
vorzugsweise mit Umkehrspülung und Gemischverdichtung sowie mit einer Wirbelkammer
im Zylinderkopf, die im wesentlichen von einer flachen Drehausnehmung gebildet wird.
Bei dieser bekannten Bauart erstreckt sich die Wirbelkammer im Zylinderkopf über
die gesamte Kolbenfläche. Ihre Drehachse ist gegen den aufsteigenden Spülstrom leicht
geneigt; nur an der dem aufsteigenden Spülstrom gegenüberliegenden Seite zwingt
eine über den Zylinderumfang hinausragende Vertiefung die nach oben strömenden Gase
zur Umkehr nach unten und versetzt das Gas in eine wirbelnde Bewegung, deren Drehachse
jedoch quer zur Zylinderachse und quer zum AuslaBfenster liegt. Dieser Wirbel wird
nun durch den nach oben gehenden Kolben gestört und in mehr oder weniger Turbulenz
verwandelt, so, da.ß das Gemisch nicht einwandfrei gezündet wird.
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Es sind auch andere, Wirbelkammern bekannt, deren Wirbelachsen in
der gleichen Richtung, also quer zur Zylinderachse, angeordnet sind, die sich nur
über einen Teil der Kolbenfläche erstrecken, während der übrige abdeckende Teil
des Zylinderkopfes unterhalb der vertieft gekrümmten Ausnehmung vom Kolben im inneren
Totpunkt nur geringen Abstand hat. Diese Wirbelkammern haben dieselben Nachteile
wie die eingangs erwähnten. Die Teile des Gemisches, die nicht in der Wirbelkammer
des Kopfes festgehalten werden, können dem Abgasstrom unmittelbar folgen, da ihre
Fortpflanzungsgeschwindigkeit durch die Querlage der Wirbelachse nicht merklich
gedämpft wird.
Die Erfindung hat sich -zum » Ziel gesetzt,
diese Nachteile zu vermeiden., die bestmögliche Trennung des Frischgasgemisches
vom Abgas zu erreichen und das Frischgasgemisch im Zylinderkopf festzuhalten, ohne
daß nennenswerte Teile des Gemisches mit in den Abgasstrom gerissen werden. Die
Erfindung geht aus von der eingangs genannten bekannten Bauart und ist gekennzeichnet
durch folgende Merkmale: Die Achse der Wirbelkammer, die z. B. im wesentlichen als
Drehkörper gebildet wird, ist zur Zylinderachse parallel oder etwa gegen den aufsteigenden
Spül- oder Ladestrom leicht geneigt; der größte Durchmesser der Wirbelkammerausnehmung
ist kleiner als der Kolbendurchmesser; die Wirbelachse ist vom Auslaß weg und nach
der Seite des inneren Auslaßbogens hin so weit versetzt und gegebenenfalls geneigt
und der Einlauf in die Wirbelkammer ist so gestaltet, daß der aufsteigende Spül--
und Ladestrom mit seiner Breite längs und mit der nach dem äußeren Auslaßbogen zu
ge-Iegenen Flanke quer zur Zylinderachse etwa tangential in die Wirbelkammer geleitet-
wird; die nach dem Zylinder zu offene Wirbelkammer ist so bemessen, daß sie sich
nur über einen Teil der -Kolbenfläche erstreckt, während der übrige ab-
deckende
Teil des Zylinderkopfes unterhalb der senkrecht verlaufenden oder vertieft gekrümmten
Ausnehmung vom flachgewölbten Kolben im inneren Totpunkt nur geringen Abstand -hat.
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Mit der Wirbelkammer gemäß der Erfindungwerden die Nachteile der bekannten
Bauarten weitgehend vermieden. Der aufsteigende Spülstrom wird vom Auslaß weg zum
inneren Auslaßbogen hin in einen etwa zylinderachsparallelen Wirbel umgeleitet,
dessen Intensität durch den Verdrängungsspülstoß des nach oben gehenden. Kolbensnoch
verstärkt wird. Die Wahl der inneren Seite des Auslaßbögens beruht auf der Erkenntnis,
daß dort die Abgasstromlinien weiter auseinander liegen und somit die Saugwirkung
des Abgasstromes geringer ist. Die Teile des Gemisches, die nicht im Zylinderkopf
festgehalten werden uiid dein Abgas= -strom folgen wollen, werden durch die Lage
ihrer Wirbelachse in ihrer Fartpflanzungsgeschwindigkeit in Richtung zum Auslaß
hin wesentlich mehr behindert als bei den bekannten Bauarten. Sie werden durch den
immer enger werdenden Spalt zwischen dem Zylinderkopf und dem Kolben mit steigender
Geschwindigkeit wieder zurück in die Wirbelkammer gedrückt.
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Auf diese Weise wird also der Kurzschluß in den Auslaß hinein weitgehend
verringert. Es wird eine bessere und schnelle Verbrennung erzielt und die Klopfneigung
herabgesetzt; da sich die Verbrennung nicht in der bisher üblichen. Flammenfront
fortpflanzt, sondern innerhalb des erzeugten Wirbels, dessen Geschwindigkeit größer
ist als die Fortpflanzungsgeschwindigkeit der Flamme.
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Bei Brennkraftmaschinen mit Querspülung hat die Nase des dort üblichen,
Nasenkolbens nur etwa die Breite des Einlaßfensters, damit sie bei hochgehendem
Kolben den Wirbel im Zylinderkopf nicht stört. Die Wirbelkammer'kann innerhalb der
Mantelverlängerung angeordnet sein, kann. aber auch die Zylindermantelverlängerung
in Richtung der Ver= setzung der Drehachse seitlich überragen. Die letztgenannte
Drehausnehmung läßt sich besonders einfach verwirklichen, während die vorhergenannte
Anordnung besonders in den. tangentialen Einlaufstellen des Spül- oder Ladestromes
in die Wirbelkammer schwieriger zu gestalten ist.
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Man kann auch zwei Wirbelkammern nebeneinander spiegelig anordnen,
die etwa je die Hälfte des-'Spül- oder Ladestromes aufnehmen und ihn in der erfindungsgemäßen
Weise: in je einen Teilwirbel umsetzen.
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Diese Anordnung eignet sich für senkrecht vom Zylinder abgehenden
Auslaß und besonders für U-Zylinder, an denen die Kammern dann so, angeo@rdnet werden,
daß sie- sowohl mit dem Lade- als auch mit dem Entladezylinder verbunden sind, um
das Frischgasgemisch aufzunehmen und das Abgas wieder abzuführen.
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Die Zündkerze sitzt bei Maschinen mit Fremdzündung zweckmäßig am Eintritt
des Ladestromes in die Wirbelkammer oder in der Wirbelachse.
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' " Die Zeichnungen zeigen mehrere Ausführungsbeispiele: der Erfindung
für kolbengesteuerte Zweitakt-Brennkraftmaschinen mit Gemischverdichtung und Fremdzündung,
und zwar Abb. i a bis i c eine Wirbelkammer innerhalb der Zylindermantelv erlängerung
an einer Brenukraftmaschine mit Umkehrspülung im Längsschnitt und in- zwei Querschnitten
nach den Linien A-B bzw. C-D der Abb. i b, Abb. 2 a und z b ein Zylinder mit Querspülung
im Längsschnitt und im Querschnitt nach Linie E-F der Abb. 2 a, - Abb. 3 eine Wirbelkammer,
die die Zylinderinantelverlängerung in Richtung der Versetzung der Drehachse überragt,
Abb. 4 zwei spiegelig angeordnete Wirbel-Iämmern innerhalb der Zylindermantelverlängerung,
-»-Abb. 3 dasselbe mit darüber hinausragenden Wirbelkammern, Abb. 6a und 6b Längs-
und Querschnitt durch einen U-Zylinder nach Linie C'-D' der Abb. 6 a bzw. Linie
A'-B' der Abb. 6b.
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Die. Wirbelkammer io im Zylinderkopf besteht 'im wesentlichen aus
einer flachen. Ausnehmung nach Art eines Drehellipso-ides. Ihre Drehachse i i, die
im wesentlichen mit der Wirbelachse identisch ist, ist zur Zylinderachse ia gegen
den. aufsteigenden Spül- oder Ladestrom 13: leicht geneigt, dessen Breite durch
die Maßpfeile in den Querschnitten angedeutet ist. Der größte Durchmesser der Drehausnehmung
ist in allen. Beispielen kleiner als der Kolbendurchmesser. Ihre größte Fläche beträgt
etwa 1/4 bis 3/4 der Kolbenfläche. Die Drehachse ii ist vom Auslaß weg nach der
Seite des inneren Auslaßbogens 1q. hin so weit versetzt und geneigt und der Einlauf
in die Wirbelkammer io ist so gestaltet, daß der aufsteigende Spül- und Ladestrom
13 mit seiner Breite rängs und mit der nach dem
äußeren Auslaßbogen
zu gelegenen Flanke quer zur Zylinderachse etwa tangential in die Ausnehmung geleitet
wird. Das Maß der Versetzung der Drehachse i i gegen die Zylinderachse 12 kann zwischen
1/1o und 1/z des Kolbendurchmessers gehalten «-erden. Die nach dem Zylinder zu offene
Wirbelkammer io ist so bemessen, daß sie nur einem Teil der Kolbenfläche überdeckt.
Der übrige abdeckende Teil des Zylinderkopfes unterhalb der vertieft gekrümmten
oder auch (der einfacheren Herstellung wegen) etwa senkrechtem (vgl. die gestrichelte
Linie io2 in Abb. 2a) Ausnehmung ioi der Wirbelkammer io hat im inneren Totpunkt
vom Kolben nur geringen Abstand. Der aufsteigende Spül- oder Ladestrom 13 geht also
nicht nur längs zur Zylinderachse- tangential in die Wirbelkammer über, sondern
auch seine Flanke wird, wie aus den Schnitten A-B in Abb. i a bzw. .4'-B' in Abb.
6a ersichtlich, quer tangential in die Wirbelkammer geleitet, in der Wirbelkammer
am Ausweichen nach unten festgehalten und in einen zum inneren Auslaßbogen 14 hindrehenden
Wirbel versetzt.
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In den Abb. 2,a und 2b ist dieselbe Anordnung für eine Zweitaktbrennkraftmaschine
mit Querspülung dargestellt. Der Kurzschluß wird hier durch die bekannte Nase 15
auf dem Kolben verhindert, die jedoch nicht wesentlich breiter als das Eihlaßfenster
gehalten werden darf, da sie sonst den. Wirbel im Zylinderkopf stört.
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In Abb.3 überragt die Wirbelkammer die Zylindermantelverlängerung
in Richtung der Versetzung der Drehachse i i. Die Wirbelkammer durchdringt als einfaches
Drehellipsoid dem Zylinderkopf und hat nicht die reinen, tangentialen Übergänge
wie die Ausführung nach den Abb. i a bis i c und :z a, 2b; -doch genügt die Versetzung
der Drehachse i i gegenüber der Zylinderachse 12, um wenigstens annähernd senkrecht
und waagerecht tangentiale Überleitung des Spül- oder Ladestromes zu erzwingen.
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In Abb. 4, und 5 ist ein Zylinderkopf mit zwei spiegelig - angeordneten
Wirbelkammern 103 und i o4 dargestellt, deren Drehachsen i i i und 112 vom
Ausla.ß weg gleichmäßig und seitlich versetzt sind. Bei dieser Anordnung wird der
Spülstrom 13 durch eine Nase 16 in zwei Teilströme 131 und 132 geteilt, die je für
sich in entgegengesetzte Wirbelung versetzt werden. Die Bauart nach der Abb. 5 entspricht
der nach Abb. 3, hat also die über die Zylindermantelverlängerung hinausragenden
Wirbelkammern. Diese Bauarten eignen. sich besonders für senkrecht vom Zylinder
abgehende Auslässe ünd ferner für die in den Abb.6a. und 6b dargestellte U-Zylinder-Bauart.
Die beiden Teilwirbelkammern liegen bei dieser Bauart so, daß sie sowohl den Lade-
als auch den Entladezylinder überdecken, damit das Frischgasgemisch aufgenommen
und das Abgas abgeführt werden kann. Die Ausbildung des Zylinderkopfes entspricht
im übrigen dem nach Abb. 5.
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In allen Abbildungen ist mit 17 die Lage der Zündkerze bezeichnet,
die in den dargestellten Ausführungsbeispielen am Eintritt des Ladestromes in die
Wirbelkammer oder vor dessen Teilung in die Teilwirbelkammern sitzt.
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Man kann die Zündkerze auch in der Wirbelachse anordnen. Das erfordert
selbstverständlich zwei Zündkerzen bei den Ausführungen nach dem Abb. 4 bis 6.
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Eingehende Versuche mit der Wirbelkammer gemäß der Erfindung ergaben
eine Leistungssteigerung von 5 bis io °/o bei gleicher Verdichtung sowie eine bedeutende
Verringerung des Kraftstoffverbrauchs, besonders im Teillastbereich. Die günstigsten
Werte wurden bisher mit der Anordnung der Kanäle nach Abb. i a bis i c erzielt.
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Die Erfindung ist. nicht an die Form der Ausnehmung als Drehkörper,
z. B. als Drehellipsoid, gebunden, sondern die Ausnehmung kann jede Form haben,
die im Verein mit den. übrigen Merkmalen einen Wirbel erzeugt und erhält, dessen
Achse parallel oder annähernd parallel zur Zylinderachse verläuft.