DE3871789T2

DE3871789T2 - Verfahren und einrichtung fuer eine zweitakt-brennkraftmaschine mit nachladung.

Info

Publication number: DE3871789T2
Application number: DE8888903264T
Authority: DE
Inventors: Remi Curtil
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1987-04-06
Filing date: 1988-03-25
Publication date: 1993-01-14
Anticipated expiration: 2008-03-26
Also published as: WO1988008073A1; FR2613422A1; EP0358655A1; DE3871789D1; AU1575788A; US5048473A; EP0358655B1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein, und hat im wesentlichen zum Gegenstand, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Beschicken eines Zweitakt-Verbrennungsmotors mit Kolben, insbesondere Hubkolben, und mit Selbstaufladung durch Nachladung, und zwar insbesondere, aber nicht ausschließlich, eines Motors mit mindestens einem einfachwirkenden Zylinder. Die Erfindung betrifft auch einen Motor.
Im älteren Stand der Technik ist bereits eine große Anzahl von Vorschlägen bekannt, die darauf abzielen, die unmittelbare Wirkung der aus einem Zylinder austretenden Gase auf einen Luftvorrat im Hinblick darauf zu verwenden, den Luftvorrat zu komprimieren und zu einem zur Aufladung geeigneten Zeitpunkt des Zyklus in den Zylinder einzuführen.
Bei den meisten dieser Vorschläge wird die unmittelbare Wirkung der Auslaßgase eines Zylinders auf einen Luftvorrat zum Aufladen eines anderen Zylinders, und umgekehrt, verwendet. Dabei wird die Phasenwinkelverschiebung der miteinander kommunizierenden Zylinder mit Überlegung gewählt (siehe das schweizerische Patent CH 593 420).
Viel weniger zahlreich sind diejenigen Vorschläge, die auf eine unmittelbare Verwendung der Energie der Auslaßgase eines Zylinders auf einen Luftvorrat zur Verbesserung der Füllung und der Leistungsfähigkeit dieses Zylinders abzielen. Dies gilt insbesondere, wenn man aus offensichtlichen Effizienzgründen nur diejenigen Vorschläge betrachtet, bei denen die Phasen des Druckaustauschs zwischen Zylinder/Luftvorrat/Zylinder in einer geschlossenen Umgebung im Inneren des betrachteten Systems ablaufen, derart, daß jeglicher Energieverlust nach außen vermieden wird.
Zur Vereinfachung wird die Gesamtheit der Elemente, die das oben genannte System bilden, im folgenden als Verdichtungssystem bezeichnet.
Im folgenden wird verallgemeinernd mit Spülluft das Mittel zum Spülen bezeichnet, das zum Austauschen der Verbrennungsgase des Zylinders bestimmt ist, gleich ob es sich dabei um reine Luft oder irgend ein Brennstoff-Luft-Gemisch handelt.
Die Anzahl der Vorschläge verringert sich noch mehr, wenn man sich ausschließlich auf diejenigen Vorschläge beschränkt, die es erlauben, eine Nachladung zu erzielen, und nicht eine Verdichtung der gesamten dem Zylinder zugeführten Charge (die übrigens im Fall eines Zweitakt-Zyklus schwierig auszuführen ist, wenn man nicht gleichzeitig den Gegendruck am Auslaß erhöht).
Man versteht also unter Nachladung ist das Einbringen einer zusätzlichen Luftcharge in den Zylinder nach dem Spülen und dem Verschließen der Auslaßöffnungen.
Der Nutzen der Nachladung ist seit langem bekannt, und zwar insbesondere für Zweitakt-Zyklen.
Eine Nachladung erlaubt es nämlich, um den Preis einer externen Verdichtung der Luftcharge, eine größere Füllung dank einer Erhöhung der Reinheit der Luft zu erzielen. Diese kommt dadurch zustande, daß die Masse der am Ende der Spülphase nicht ausgestoßenen Rückstandsgase während der Nachladungsphase ungeändert bleibt und damit, bezogen auf die Masse der gesamten, nach der Nachladung im Zylinder enthaltenen Luft, kleiner wird. Dies ist gleichwertig mit einer Verbesserung der Spülleistung und mit einer besseren Verwendung der Spülluft.
Eine derartige, durch einen Einzylinder-Zweitaktmotor mit Nachladung gebildete Vorrichtung ist in dem Patent US 1 362 080 beschrieben und in Fig. 5 dieses Patents dargestellt.
Bei dieser Vorrichtung umfaßt das Verdichtungssystem ein außerhalb des Motors befindliches Luftreservoir, das an einem Ende verbunden ist mit einem Volumen, das eine Vorkammer zu diesem Luftreservoir bildet, und mit einem Kanal, der mit einer Spülluftquelle kommuniziert (dank der Verwendung eines Dreiwegeventils), und das am anderen Ende verbunden ist mit dem Einlaßrohr, das zur Einlaßöffnung zum Zylinder führt (gesteuert durch ein Steuerungsorgan, z.B. vom Ventiltyp, das im Zylinderkopf angeordnet ist), und mit einem ersten Auslaßkanal, der dazu bestimmt ist, die Auslaßgase, die bereits ihre Aufgabe erfüllt haben, nach außen abzuführen (wiederum dank der Verwendung eines Dreiwegeventils).
Das die Vorkammer zum Luftreservoir bildende Volumen ist seinerseits an seinem stromaufwärts gelegenen Ende mit einem Rückschlagventil verbunden, das unmittelbar stromabwärts eines Vorauslaßkanals gelegen ist. Der Vorauslaßkanal ist seinerseits mit einer Vorauslaßöffnung (gesteuert durch einen in der Büchse angeordneten Schlitz) verbunden, die von der Auslaßöffnung verschieden ist. Die Auslaßöffnung mündet (gesteuert durch einen in der Büchse angeordneten Schlitz) in einen zweiten Auslaßkanal, der der Auslaßkanal des Zylinders ist.
Beim Durchlaufen der Folge der verschiedenen Takte des Verdichtungssystem-Zyklus werden die Auslaßgase, die während der Vorauslaßphase (während dieser Phase ist jeweils das System, das durch den Zylinder bzw. durch das die Vorkammer bildende Volumen gebildet wird, nach außen verschlossen, da die Auslaßöffnung des Zylinders bzw. das stromabwärts des Volumens gelegene Dreiwegeventil geschlossen sind) durch die Vorauslaßöffnung aus dem Zylinder austreten, unter Druck in das oben genannte Volumen eingeführt, um so ihre Druckenergie dorthin bringen und auf die zuvor in das Reservoir eingeführte Luft übertragen zu können. Das Unterdruckhalten der Auslaßgase in diesem, die Vorkammer bildenden Volumen wird durch das Vorhandensein des oben genannten Rückschlagventils ermöglicht.
In der nachfolgenden Nachladephase verdichten die Auslaßgase beim Eindringen in das Reservoir (das in diesem Moment gegenüber der Spülluftquelle und dem ersten Auslaßkanal verschlossen ist, jedoch mit seinem stromaufwärts gelegenen Ende mit dem die Vorkammer bildenden Volumen und mit seinem stromabwärts gelegenen Ende mit dem Einlaßrohr zum Zylinder kommuniziert, dank einer entsprechenden Einstellung der beiden oben genannten Dreiwegeventile) die dort zuvor eingeführte Luft und drücken sie in das Innere des dann mit dem Einlaßrohr kommunizierenden Zylinders.
Der Verdichtungssystem-Zyklus wird durch die Phase der Spülung des Luftreservoirs zum Ersetzen der Verbrennungsgase, die auf die Nachladephase folgend ins Innere gelassen wurden, durch Frischluft abgeschlossen, wobei die oben genannten Dreiwegeventile so eingestellt werden, daß sie das Reservoir (das nun gegenüber dem Vorkammervolumen und dem Einlaßrohr zum Zylinder geschlossen ist) an seinem stromaufwärts gelegenen Ende mit der Spülluftquelle und an seinem stromabwärts gelegenen Ende mit dem ersten Auslaßkanal in Kommunikation bringen. Es sei bemerkt, daß für die Phase der Spülung des Luftreservoirs, die während der Zylinder-Phasen der Verdichtung, der Verbrennung und der Entspannung ausgeführt wird, mehr Zeit zur Verfügung steht, als zum Spülen des Zylinders aufgewendet wird.
Mehr in Bezug auf das Verdichtungssystem und die Einlaßphase des Motorzyklus sei bemerkt, daß die Hauptrichtung der Strömung der Auslaßgase und der in das Luftreservoir und den Zylinder eingeführten Luft undirektional ist, und zwar daß sie in ein und derselben Richtung von dem Vorauslaßschlitz zum stromabwärts gelegenen Ende des Luftreservoirs, das in der Nähe des Einlaßrohrs des Zylinders gelegen ist, verläuft.
Obwohl mit einer derartigen Vorrichtung ein einem idealen thermodynamischen Kreisprozeß entsprechendes Verfahren realisierbar ist, weist sie insbesondere die folgenden Nachteile auf:
a) Die externe Anordnung des Luftreservoirs und des die Vorkammer für die Auslaßgase bildenden Volumens und die Notwendigkeit, drei zusätzliche Ventile zum Sicherstellen der Steuerung des Verdichtungssystem-Zyklus und des Einlaßteils des Motorzyklus bereitzustellen, führen zu einer Vorrichtung mit großer Komplexität und hohem Raumbedarf. Eine solche mechanische Komplexität ist schwerlich zu rechtfertigen, insbesondere bei Anwendung auf Mehrzylindermotoren und im heutigen technischen Kontext, in dem insbesondere die Turboaufladung weitverbreitet ist.
b) Die zusätzlichen Ventile können vom selbsttätig betätigten oder vom automatisch betätigten Typ sein. Selbsttätig betätigte Ventile weisen einen mangelnden Grad von Betriebssicherheit auf, wenn sie in einer Gasströmung hoher Temperatur angeordnet werden. Mechanisch betätigte Ventile bringen Schwierigkeiten sowohl bezüglich der Schmierung als auch der Schnelligkeit des Öffnens und Schließens und bezüglich des Querschnitts des Durchlasses mit sich, der ausreichend sein muß, um die dem Verdichterzylklus und dem Einlaßteils des Motorzyklus auferlegten Steuerungsdiagramme auszuführen.
c) Die Anordnung der zusätzlichen Ventile bringt unvermeidlich eine gewisse Anzahl von Totzonen mit sich, denn es ist unmöglich, die Position der Gas-Luft-Grenzfläche jederzeit vollkommen zu steuern. Dies führt entweder zu einem Einlaß von Verbrennungsgasen in den Zylinder am Ende der Nachladephase oder, umgekehrt, zu einem Verlust von Frischluft aus dem Reservoir während der nachfolgenden Spülphase.
Es ist eine hauptsächliche Aufgabe der Erfindung, die oben genannten Nachteile zu beheben, und dabei den wesentlichen Vorzug der oben genannten bekannten Vorrichtung, nämlich die Selbstaufladung durch Nachladung zu bewahren.
In diesem Sinn ist es eine wesentliche Aufgabe der Erfindung, eine solche Vorrichtung dadurch zu vereinfachen und ihre Anwendung dadurch zu erleichtern, daß das Verdichtungssystem bei verschiedenen, in der Praxis auftretenden Bauarten von Zweitaktmotoren soweit möglich integriert wird, und zwar insbesondere, aber nicht ausschließlich bei kleinen Einzylindermotoren, die im Bereich kleiner Leistungen sehr weit verbreitet sind.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, eine Aufladung von Motoren zu erlauben, die außerhalb des Anwendungsbereichs der Aufladung, insbesondere der Turboaufladung, liegen, sei es wegen ihrer kleinen Zylinderzahl oder ihres kleinen Hubraums.
Noch eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, eine leichtere Anwendung von optimierten Zyklen zu erlauben, bei denen der innere Verdichtungshub relativ zum Entspannungshub verkürzt ist. Derartige Zyklen werden auch asymmetrische Zyklen genannt. Sie benötigen eine Aufladedruck-Zufuhr bei einem effektiven mittleren Druck, der höher als derjenige bei symmetrischen Zyklen ist. Dies führt sehr häufig zur Verwendung einer zusätzlichen, in Reihe angeordneten Aufladestufe, in den meisten Fällen unter Zwischenschaltung einer Zwischenkühlung. Die Erfindung erlaubt es in diesem Fall, eine Stufe einzusparen oder eine zusätzliche Stufe zu gewinnen.
Eine zusätzliche Aufgabe der Erfindung ist es, bei diesem Motortyp verbesserte Kenndaten im Vergleich zu denen bestehender Motoren herbeizuführen, und zwar betreffend die spezifische Leistung, den Kraftstoffverbrauch, den Schadstoffausstoß einschließlich der Lärmemission und die Drehmomentcharakteristik.
Die Verbesserung der spezifischen Leistung sowie die Erhöhung der Verwirbelung, die von dem aus der Nachladephase resultierenden Geschwindigkeitsfeld herrührt, werden als entscheidende Faktoren angesehen, mit denen Dieselmotoren von Möglichkeiten profitieren können, die in bestimmten Domänen unzureichend genutzt werden. Insbesondere handelt es sich dabei um Einzylindermotoren mit geringem Hubraum.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, für die Verwendung der dem Zylinder zugeführten Luftcharge einen Wirkungsgrad so nahe wie möglich bei Eins zu erzielen, oder mit anderen Worten, die Spülluftverluste beim Auslaß auf einen Wert zu verringern, der so klein wie möglich ist. Dies soll auf eine Weise geschehen, bei der Enthalphie der Auslaßgase auf höchstmöglichem Niveau gehalten wird, um das Phänomen der Verdünnung im Hinblick auf eine spätere Verwendung der Energie der Auslaßgase in einer Auflade- oder Kraftturbine soweit wie möglich zu vermeiden.
Die Erfindung löst die oben genannten technischen Probleme in Form der Lösung der Aufgabe, das dargestellte Verfahren zu verbessern.
Die Erfindung lehrt ein Verfahren zum Beschicken eines Zweitakt-Verbrennungsmotors mit Hubkolben und Selbstaufladung durch Nachladung, d.h. durch Einbringen einer zusätzlichen Luftcharge in den Zylinder nach dem Spülen und dem Verschließen der Auslaßöffnungen, insbesondere eines Motors mit mindestens einem einfach-wirkenden Zylinder, bei dem alle Druckaustauschphasen der beteiligten Gase, und zwar der Spülluft und der Verbrennungsgase, im wesentlichen in einer geschlossenen Umgebung im Inneren eines Verdichtungssystems ablaufen, wobei der Motor mindestens eine Einlaßöffnung, mindestens eine Auslaßöffnung und eine Vorauslaßöffnung aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß man das Verdichtungssystem vollständig in die durch den Zylinder und den Zylinderkopf gebildete Einheit integriert, eine Einlaßöffnung für den Arbeitsraum verwendet, die außerdem die Funktion des Vorauslasses sicherstellt, und in dem Verdichtungssystem einen Speicherraum vorsieht, der in den Einlaßteil des Motorzyklus derart eingebunden ist, daß im Ablauf der aufeinanderfolgenden Phasen die Auslaßgase während der Vorauslaßphase in den Füllkanal für den Speicherraum eintreten können, und zwar durch denselben Kanal, durch den dem Zylinder Luft zugeführt wird, daß dadurch die in dem Kanal befindliche Luft für die Nachladungsphase in das Innere des Speicherraums gedrückt wird, daß dann während der Spülphase die von der Spülquelle für den Zylinder herrührende Luft den Füllkanal und dann den Zylinder selbst spülen kann, indem sie die Auslaßgase verdrängt, und daß schließlich während der Nachladungsphase die zuvor unter Druck im Speicherraum gesammelte Luft ihre Energie wieder an die im Füllkanal befindliche, zu diesem Zeitpunkt mit dem Zylinder kommunizierende Luft abgeben kann.
Die Erfindung lehrt ebenfalls, daß die Funktionen des Speicherraums und der Steuerung ausschließlich durch das Zusammenwirken des Zylinders und des Kolbens sichergestellt werden.
Sie lehrt insbesondere, daß der Speicherraum durch ein Volumen im Inneren des Kolbens begrenzt wird.
Diese Lehre hat den Vorteil, einen thermodynamisch idealen Zyklus zu realisieren, so wie er zuvor definiert wurde, ohne daß irgendein zusätzliches Steuerungsorgan eingeführt wird, welches zusätzliche bewegliche Teile verwendet.
Sie hat außerdem den Vorteil, daß der Raumbedarf des Zweitaktmotors gleichbleibt.
Es sei angemerkt, daß die Durchführung der Spülung des Füllkanals des Luftspeicherraum, der mit dem stromabwärts gelegenen Teil des Einlaßkanals zum Zylinder zusammenfällt, und des Zylinders mit einer einzigen und eindeutig bestimmten, von der Spülluftquelle herrührenden Luftgrenzfläche es erlaubt, den Nachteil der oben genannten Totzonen völlig zu beseitigen.
Der größte Teil von bei Zweitaktmotoren üblichen Steuerungstypen, Luftquellentypen und Spülungstypen kann in Verbindung mit der Erfindung verwendet werden. Bezüglich der Steuerungstypen ist die Erfindung nicht auf Typen mit in der Zylinderwand in Form von Schlitzen ausgeführten Auslaß- und Einlaßöffnungen beschränkt, sondern auch auf Typen mit im Zylinderkopf angeordneten Ventile anwendbar. Bezüglich der Luftquelle können alle bekannten Arten von Luftquellen verwendet werden, die den zum Spülen nötigen Luftdurchsatz liefern und eine Zufuhr der Luft unter den Kolben erlauben, und zwar insbesondere:
- Verdrängerpumpen, und zwar Verdrängerpumpen eines im Motor integrierten oder innen im Motor angeordneten Typs, wie eine Kurbelgehäusepumpe oder ein Raum unterhalb des Kolbens bei Kreuzkopfmotoren, oder Verdrängerpumpen eines extern angetriebenen Typs;
- Gebläse, die extern angetrieben werden, und zwar mechanisch oder durch die Auslaßgase;
- oder alle Kombinationen der beiden genannten Arten.
Es sei angemerkt, daß die beiden Phasen der Druckbeaufschlagung des Luftspeicherraums und der Selbstaufladung durch Nachladung so beschaffen sind, daß sie die gleiche Steuerungsart aufweisen. Ihre Steuerung wird durch die Bewegung des Kolbens sichergestellt und ist relativ zum inneren Totpunkt des Motorzyklus symmetrisch ausgebildet.
Die Winkelposition und -dauer der beiden oben genannten Phasen können jedoch in einem sehr großen Bereichs gewählt werden, ausgehend von einem dem inneren Totpunkt benachbarten Gebiet, was vorteilhaft ist, um einen maximal nutzbaren Hub zu erhalten, bis hin zu einem beliebig im Verdichtungshub liegenden Gebiet.
Die Volumina des Füllkanals sowie des Luftspeicherraums sind selbstverständlich abhängig vom Typ des für die oben genannten Druckaustauschphasen angewendeten Diagramms.
Die Verwendung dieser Beschickung bringt es nicht mit sich, daß irgendein zusätzliches technisches Problem gelöst werden müßte, sieht man von einer Lösung des Problems der Kühlung des Füllkanals, des Luftvorrats und des Luftspeicherraums selbst ab. Dieses Problem stellt eine an sich wohlbekannte Aufgabenstellung dar, deren Bewältigung keinerlei neuartigen technischen Probleme aufwirft.
Die Lösung, die darin besteht, den Vorauslaß in den Einlaßkanal zum Zylinder auszuführen, weist den Vorteil auf, daß, falls eine Kühlung dieses Kanals vorgesehen ist, nur die für die Selbstaufladung verwendeten und nicht die gesamten Auslaßgase gekühlt werden, wie es der Fall wäre, wenn der Vorauslaß in den Auslaßkanal ausgeführt würde. Dies würde eine Verringerung der Enthalpie mit sich bringen, die nachteilig wäre, wenn die Erfindung mit einem zusätzlichen Aufladesystem oder einer externen Kraftturbine verwendet würde.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist für eine große Anzahl gewerblicher Anwendungen geeignet, und zwar insbesondere im Bereich von Dieselmotoren, die für eine gesteuerten Zündung nicht oder nur sehr schwierig aufgeladen werden können.
Gemäß einem zweiten Aspekt stellt die vorliegende Erfindung außerdem eine Vorrichtung zum Beschicken eines Zweitakt- Verbrennungsmotors mit Hubkolben und Selbstaufladung durch Nachladung bereit, und zwar insbesondere eines Motors mit mindestens einem einfachwirkenden Zylinder, bei dem alle Druckaustauschphasen der beteiligten Gase, also der Spülluft und der Verbrennungsgase, im wesentlichen in einer geschlossenen Umgebung im Inneren eines Verdichtungssytems ablaufen, wobei das Verdichtungssystem ein Nachladungssystem umfaßt, dadurch gekennzeichnet, daß das Nachladungssystem einen Kanal für den Lufteinlaß in den Zylinder umfaßt, der intermittierend mit der Spülluftquelle oder mit einem Speicherraum für unter Druck stehendes Gas kommuniziert. Zweckmäßigerweise wird dieses Gas durch die Spülluft gebildet.
Gemäß einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist die Vorrichtung dadurch gekennzeichnet, daß der Lufteinlaßkanal stromabwärts im Zylinder auf einem Niveau mündet, das über dem der Öffnung des Auslaßkanals liegt, derart, daß der Vorauslaß durch den Einlaßkanal zum Füllen des oben genannten Speicherraums sichergestellt ist.
Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist die Vorrichtung dadurch gekennzeichnet, daß sich der Speicherraum im Inneren des Kolbens befindet und durch eine im Kolben vorgesehene Öffnung stromaufwärts mit dem Einlaßkanal zum Zylinder verbunden ist und durch die natürliche Bewegung des Kolbens im Zylinder intermittierend mit dem Lufteinlaßkanal im Kommunikation gebracht wird. Vorzugsweise ist der Speicherraum ringförmig zwischen dem Lager des Pleuels oder der Kolbenstange und dem äußeren Mantel des Kolbens ausgebildet.
Gemäß einer den Kolben betreffenden Ausführungsform umfaßt der Kolben einen Kanal zu Zufuhr von Luft von der Luftquelle, der durch die natürliche Bewegung des Kolbens im Zylinder intermittierend stromaufwärts an den Lufteinlaßkanal zum Zylinder anschließt. Dies erlaubt auf sehr einfache Weise die Luftquelle mit dem Eingang des Einlaßkanals zum Zylinder in Kommunikation zu bringen. Vorzugsweise kommuniziert der Luftzufuhrkanal stromabwärts über Öffnungen mit einem Ringkanal, der oberhalb des Speicherraums und unter dem Boden des Kolbens angeordnet ist.
Bei einer anderen, die erfindungsgemäße Vorrichtung betreffenden Ausführungsform ist die Vorrichtung dadurch gekennzeichnet, daß der Lufteinlaßkanal durch mindestens einen gekrümmten, sich um den Zylinder legenden Kanal gebildet wird, um ein ausreichendes Volumen zur Bildung eines Ladeluftvorrats für die Nachladung darzustellen.
Man erhält somit alle entscheidenden technischen Vorteile, die oben für das Verfahren angegeben wurden.
Weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der Erfindung werden im Licht der folgenden erläuternden Beschreibung verdeutlicht, die auf die angefügten Zeichnungen Bezug nimmt. Die Zeichnungen zeigen eine bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung, die eine Durchführung des oben angegebenen erfindungsgemäßen Verfahrens erlaubt.
In den Zeichnungen:
- zeigen die Figuren 1a und 1b einen vertikalen Axialschnitt eines Zweitakt-Verbrennungsmotors mit Hubkolben und Selbstaufladung durch Nachladung entsprechend der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung, bei dem sich der Kolben am äußeren Totpunkt (PMH) befindet, wobei das Pleuel oder die Kolbenstange im Fall eines Kreuzkopfmotors zum Zweck einer klareren Darstellung nicht gezeigt ist;
- zeigt die Figur 2 eine Aufsicht des in den Figuren 1a und 1b dargestellten Zylinders, wobei die Einlaß- und Auslaßkanäle teilweise geschnitten sind;
- bilden die Figuren 3a und 3b Ansichten, die den Figuren 1a und 1b ähnlich sind, wobei jedoch der Kolben in einer Stellung am Anfang des Vorauslasses gezeigt ist;
- sind die Figuren 4a und 4b Ansichten, die den Figuren 1a und 1b ähnlich sind, wobei jedoch der Kolben am Anfang der Auslaßphase gezeigt ist;
- sind die Figuren 5a und 5b Ansichten, die den Figuren 1a und 1b ähnlich sind, wobei jedoch der Kolben am inneren Totpunkt (PMB) gezeigt ist;
- sind die Figuren 6a und 6b Ansichten, die den Figuren 1a und 1b ähnlich sind, wobei jedoch der Kolben zum Zeitpunkt des Endes der Nachladungsphase gezeigt ist;
- zeigt Figur 7 ein Beispiel eines Arbeitsdiagramms des Zyklus des erfindungsgemäßen Motors;
- zeigt Figur 8 ein logarithmisches Diagramm der Drücke und Volumina während des Zyklus, wobei die Strichkurve das pV- Diagramm des Einlaßkanals (22), die dick durchgezogene Kurve das pV-Diagramm des Speicherraums (30) und die dünn durchgezogene Kurve das pV-Diagramm des Arbeitsraums des Zylinders darstellen. Die in den Figuren 1a, b; 3a, b; 4a, b; 5a, b; und 6a, b aufeinanderfolgend darstellten Kolbenstellungen sind im Diagramm der Fig. 8 an den entsprechenden Stellen des pV-Zyklus wiedergegeben;
- zeigen die Figuren 9a und 9b eine Ausführungsform der Einlaßkanäle mit Kühlmitteln, die dazu eingerichtet sind, gleichzeitig die Strömung der Gase in diesen Kanälen sowie die Ausbildung einer scharfe Grenzfläche F zwischen den Vorauslaßgasen und der Spülluft zu begünstigen, und
- zeigt Figur 10 schematisch einen Teilschnitt eines Motors, der mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, wie in einer der vorangehenden Figuren gezeigt, ausgerüstet ist, wobei die Vorrichtung zur Vereinfachung nicht gezeigt ist. Gezeigt ist jedoch eine Ausführungsform der Luftquelle als Kurbelgehäusepumpe, die hier mit einem Einlaß durch ein Rückschlagventil ausgerüstet ist. Dargestellt ist eine mögliche Kühlung der Einlaßkanäle durch einen Wasserraum und eine Turbine, bei der es sich um die Turbine einer Hochdruckstufe eines Turbokompressors oder um eine Kraftturbine handeln kann, die mechanisch mit dem Motor verbunden sein kann.
In Bezug insbesondere auf die Figuren 1a und 1b ist eine mit der allgemeinen Bezugsziffer 10 bezeichnete erfindungsgemäße Vorrichtung zum Beschicken eines Zweitaktmotors mit innerer Verbrennung und mit Hubkolben 12 und Selbstaufladung durch Nachladung gezeigt, und zwar insbesondere eines Motors mit mindestens einem Zylinder 14.
Der Motor umfaßt ein Nachladungssystem 16.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung umfaßt zwei symmetrisch zum Zylinder 14 angeordnete Einlaßöffnungen 18 sowie eine einzelne Auslaßöffnung 20 (deutlich sichtbar in Fig. 1b), obgleich auch mehrere Auslaßöffnungen vorgesehen sein können.
Erfindungsgemäß umfaßt die Nachladungsvorrichtung 16 wahlweise die Einlaßöffnung 18 oder die Auslaßöffnung 20, die mit dem zugehörigen Einlaßkanal 22 bzw. Auslaßkanal 24 verbunden ist, den Vorauslaß sicherstellt und außerdem als Einlaßweg bzw. Auslaßweg und schließlich als Nachladungsweg dient.
Bei dem in den Fig. 1 bis 6 dargestellten Beispiel ist es die mit dem Einlaßkanal 22 verbundene Einlaßöffnung 18, die den Vorauslaß sicherstellt und als Einlaßweg und schließlich als Nachladungsweg dient.
Hierzu kommuniziert der Einlaßkanal 22 intermittierend mit der Spülluftquelle, die durch den Pfeil A symbolisiert ist (sie wird in der Mehrzahl der Fälle durch eine Verdrängerpumpe gebildet, z.B. vom wohlbekannten Typ einer Kurbelgehäusepumpe), oder mit einem Speicherraum 30 für unter Druck stehendes Gas.
Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausführungsform mündet der Einlaßkanal 22 stromabwärts im Zylinder durch die Öffnung 18 auf einem Niveau, das über dem der Auslaßöffnung 20 liegt, um den Vorauslaß durch den Einlaßkanal 22 zum Füllen des Speicherraums 30 sicherzustellen.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform mündet der Einlaßkanal 22 stromaufwärts im Zylinder durch eine Öffnung 26, die vom Kolben während des gesamten Hubs bedeckt ist und unterhalb der Auslaßöffnung 20 angeordnet ist. Der Speicherraum 30 ist im Inneren des Kolbens 12 ausgeführt und wird durch mindestens eine im Kolben 12 vorgesehene Öffnung 28, die deutlich in Fig. 3a sichtbar ist, intermittierend durch die natürliche Bewegung des Kolbens 12 stromaufwärts mit dem Lufteinlaßkanal 22, d.h. mit der Öffnung 26, in Kommunikation gebracht. Der Speicherraum ist vorzugsweise ringförmig zwischen dem Lager des Pleuels oder der Kolbenstange und dem äußeren Mantel des Kolbens 12 ausgebildet.
Gemäß einer besonderen Ausführungsform umfaßt der Kolben 12 einen Kanal 32 zur Luftzufuhr, der im Inneren ausgeführt ist und z.B. durch das Lager gebildet wird, das zur gelenkigen Verbindung des Pleuels mit dem Kolben 12 nötig ist. Dieser Kanal 32 kommuniziert stromaufwärts mit der Luftquelle A und stromabwärts über Öffnungen 34 mit einem Ringkanal 36, der oberhalb des Speicherraums 30 unter dem Kolbenboden angeordnet ist und intermittierend durch zwei Öffnungen 38 stromaufwärts mit dem Einlaßkanal 22 kommuniziert. Die Öffnungen 38 sind deutlich sichtbar in den Fig. 4a, 4b und 5a, 5b. Die Stellung, in der diese Öffnungen 38 in Kommunikation mit dem Einlaßkanal 22 sind, ist deutlich in der Fig. 5a dargestellt; es ist die Stellung am unteren Totpunkt, mitten in der Spülphase.
Gemäß einer weiteren, besonders vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird der Einlaßkanal 22 durch mindestens einen gekrümmten, sich um den Zylinder 14 legenden Kanal gebildet, um ein ausreichendes Volumen zur Bildung eines zur Nachladung dienenden Ladeluftvorrats darzustellen, wie es weiter unten im Zusammenhang mit dem Verfahren zum Betrieb des Motors erklärt werden wird. Der gekrümmte Kanal ist deutlich sichtbar in den Figuren.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist die Länge des Kolbens 12 derart, daß der Kolben 12 am äußeren Totpunkt die stromaufwärtige Öffnung 26 des Einlaßkanals 22 verschließt. Diese Stellung ist deutlich sichtbar in den Fig. 1a und 1b.
Gemäß einer Ausführungsform beträgt das Volumen des Speicherraums 30 üblicherweise ungefähr 30 bis 60 % des Hubraums des Zylinders 14.
Darüberhinaus sind das Volumen des Einlaßkanals 22 und das Volumen des Speicherraums 30 in Relation zu dem Volumen des Zylinders 14 und den zum Zeitpunkt des Vorauslasses im Zylinder 14 herrschenden thermodynamischen Bedingungen vorteilhaft so berechnet, daß die Grenzfläche F zwischen den Vorauslaßgasen und der in Richtung des Speicherraums 30 verdrängten Luft am Ende der Vorauslaßphase vorzugsweise nicht in den Speicherraum 30 eindringt (siehe Fig. 4a).
Es soll angemerkt werden, daß das Gesamtvolumen der Einlaßkanäle 22 geringfügig kleiner als das Volumen des Speicherraums 30 ist, und daß es abhängig von den thermodynamischen Arbeitsbedingungen im Zyklus, insbesondere vom Luft-Brennstoff-Verhältnis ist. Je kleiner das Luft- Brennstoff-Verhältnis ist und je näher es dem stöchiometrischen Verhältnis kommt, desto mehr wird die Selbstaufladung durch Nachladung erhöht. Dies wird im allgemeinen durch eine Vergrößerung des Volumens der Einlaßkanäle 22 erreicht.
Gleichermaßen sind das Volumen des Speicherraums 30 sowie das Volumen des Einlaßkanals 22 vom Volumen des Brennraums abhängig, der durch die Stellung des Kolbens am Anfang der Vorauslaßphase definiert ist.
Im folgenden wird nun ein Zyklus eines derartigen, mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung ausgerüsteten Motors ausgehend von dem Beispiel des in Fig. 7 dargestellten Arbeitsdiagramms beschrieben.
Hierzu sind die verschiedenen Fluide verschieden dargestellt, und zwar die Verbrennungsgase des Vorauslasses oder des Auslasses durch volle Kreise, die mit zunehmenden Druck entsprechend kleiner werden, die Spülluft des Einlasses durch Bläschen, die in gleicher Weise abhängig vom Druck größer oder kleiner werden, und schließlich die im Speicherraum 30 befindliche, als pneumatische Feder zwischen zwei Extremstellungen dienende Luft durch Striche, die in Abhängigkeit vom Druck mehr oder weniger eng gezeichnet sind, wobei die Phase hohen Drucks in den Fig. 4a, 4b und 5a, 5b und die Phase mittleren Drucks, entsprechend dem Druck am Ende der Nachladung, in den Fig. 6a, 6b; 1a, 1b und 3a, 3b dargestellt ist.
Man geht also von einer Stellung des Kolbens am äußeren Totpunkt, wie dargestellt in den Fig. 1a und 1b, aus. In dieser Stellung sind der Lufteinlaßkanal 22 und der Speicherraum 30 luftgefüllt mit einem mittleren Druck, der durch den Druck am Ende der Nachladung gebildet wird. Die Kurbelwelle beschreibt dann einen Winkel von 90º, um zur Stellung des Anfangs des Vorauslasses zu gelangen, wie es in den Fig. 3a und 3b dargestellt ist. Es versteht sich, daß der Kolben im Lauf dieser Drehung seine Abwärtsbewegung beginnt und eine Entspannung ausführt, wie es deutlich durch die Entwicklung der Drücke und Volumina im Diagramm der Fig. 8 dargestellt ist. In diesem Stadium beginnt der Vorauslaß in den Einlaßkanal 22, während die Öffnung 28 den Speicherraum 30 mit der stromaufwärtigen Öffnung 26 des Einlaßkanals 22 in Kommunikation bringt. Es ist leicht zu sehen, daß während dieser Vorauslaßphase die die pneumatische Feder bildende Luft, dargestellt durch dicke durchgezogene Linien, verdichtet und in Richtung des Speicherraums 30 zurückgedrängt wird.
Bei einer Weiterdrehung der Kurbelwelle, z.B. um einen Winkel von 15º, wird die Stellung der Fig. 4a und 4b, d.h. das Ende der Vorauslaßphase erreicht. In diesem Stadium befindet sich die Grenzfläche F im wesentlichen auf dem Niveau der Öffnung 26 des Einlaßkanals 22. Die die pneumatische Feder bildende Luft befindet sich somit in diesem Moment mit einem Druck maximaler Verdichtung vollständig im Inneren des Speicherraums 30.
Am Ende dieser Vorauslaßphase wird natürlicherweise der Anfang des Auslasses erreicht, wie es in Fig. 4b dargestellt ist.
Sodann, im Verlauf einer Drehung um z.B. weitere 15º, die zur Erreichung eines Druckabfalls im Zylinder und im Einlaßkanal 22 bis zu dem von der Luftquelle A gelieferten Spüldruck nötig ist, setzt der Kolben 12 seinen Hub fort, bis zu dem Zeitpunkt, bei dem die Öffnung 38 gegenüber der Öffnung 26 des Einlaßkanals 22 zu liegen kommt. Zu diesem Zeitpunkt beginnt die Spülphase durch die Spülung des Kanals 22.
Es sei darauf hingewiesen, daß die Spülphase mit dem Zurückdrängen der Grenzfläche F der Fig. 4a in das Innere der Einlaßkanäle 22 in Richtung des Zylinders beginnt. Die Spülung des Zylinders beginnt genau gesagt erst, wenn die Grenzfläche F die Öffnung 18 erreicht hat.
Die Kurbelwelle setzt ihre Drehung fort, um den inneren Totpunkt PMB zu erreichen, wie es in den Fig. 5a und 5b dargestellt ist. Diese Stellung liegt in der Mitte der Spülphase. Man sieht in den Fig. 5a und 5b, daß in dieser Stellung der Anteil im Zylinder verbliebener Auslaßgase bereits sehr vermindert ist.
Die Kurbelwelle setzt ihre Drehung bis zu einem Drehwinkel von 240º fort. In dieser Position verschließt der Kolben die Kommunikation zwischen der Öffnung 26 der Einlaßkanäle 22 und den Öffnungen 38 des Kolbens 12. Nach einer weiteren Drehung der Kurbelwelle um 15º wird die Auslaßöffnung 20 an ihrem Umfang durch den Kolben 12 verschlossen. Dies ist der Zeitpunkt, an dem die in Fig. 7 mit den Buchstaben PR bezeichnete Nachladung beginnt.
Die Nachladung folgt dann z.B. während eines weiteren Drehwinkels der Kurbelwelle von 15º, um zu der in den Fig 6a und 6b dargestellten Stellung des Endes der Nachladung zu gelangen.
Es sei bemerkt, daß während dieser Nachladungsphase die die pneumatische Feder bildende und unter maximalem Druck im Speicherraum 30 gespeicherte Luft in den Einlaßkanal 22 strömt, indem die Öffnungen 28 mit den Öffnungen 26 in Kommunikation gebracht werden, wie es deutlich in Fig. 6a dargestellt ist. Diese Zwischenstellung der Fig. 6a ist identisch mit der Zwischenstellung der Fig. 3a.
Es sei bemerkt, daß am Ende der Nachladung die Grenzfläche F' als im Einlaßkanal 22 verbleibend, und zwar nahe dem Zylinder dargestellt ist. Trotzdem die Verbrennungsgase vorzugsweise nicht in den Speicherraum eindringen sollen, spricht nichts dagegen, daß die Front F' in bestimmten Betriebszuständen in den Zylinder eindringen kann.
Die folgende Drehung der Kurbelwelle bis zum äußeren Totpunkt stellt eine Verdichtung sicher, wie sie für eine der Zündungs- Verbrennungs-Phase vorausgehende Verdichtungsphase des Zyklus üblich ist. Während dieser ganzen Phase bleibt die bei der Nachladung entspannte Luft im Speicherraum 30 sowie in den Einlaßkanälen 22 bis zum Anfang des in Fig. 3a dargestellten Vorauslaßes bei dem mittleren Entspannungsdruck.
Es sei bemerkt, daß bei der Erfindung, wie es in der oben genannten Druckschrift MOTOSACOCHE CH-593 420 beschrieben wurde, die Selbstaufladung durch Nachladung und das in den Verbrennungsraum eingeführte Wirbelfeld umso ausgeprägter sind, je weiter der Betriebszustand des Motors im Schwachlastbereich liegt.
Es sei bemerkt, daß die natürliche Charakteristik dazu führt, daß die Extremposition der Grenzfläche F, wie die hier dargestellte, umso näher an dem Speicherraum 30 liegt, je weiter der Betriebszustand des Motors im Schwachlastbereich liegt.
Selbstverständlich umfaßt die Erfindung alle Mittel, die technische Äquivalente der beschriebenen Mittel darstellen, sowie deren verschiedene Kombinationen.
Insbesondere können die Anordnungen der verschiedenen Öffnungen so modifiziert werden, daß eine gewisse Überlappung der Phasen des Vorauslasses, des Auslasses, der Spülung und der Nachladung erlaubt wird.
Insbesondere erlaubt es das Vorliegen einer Überlappung zwischen dem Öffnen der Auslaßöffnung und dem Schließen der Kommunikation zwischen dem Speicherraum 30 und dem stromaufwärtigen Teil des Einlaßkanals 22, auf die Extremposition der Grenzfläche F einzuwirken und im Grenzfall eine im wesentlichen konstante Extremposition der Grenzfläche F unabhängig vom Betriebszustand des Motors zu erhalten.
Erfindungsgemäß können Dauer und Position des Nachladungszyklus, und zwar sowohl von dessen Vorauslaßphase, als auch von dessen Nachladungsphase nach Belieben festgelegt werden. Dies ist ein entscheidender Vorteil gegenüber früheren Systemen.
Es sei bemerkt, daß die vorgesehene Konfiguration des Kolbens 12 mit einem Ringkanal 36, der nach außen durch die Höhe des Kolbenmantels und nach innen durch die ein Gewölbe bildenden und die Kräfte zur Achse oder zur Kolbenstange leitenden Wände begrenzt wird, dem Ganzen eine thermische und mechanische Axialsymmetrie verleiht. Diese Axialsymmetrie erlaubt auf natürliche Weise äußerst vorteilhafte Bedingungen für die Kühlung des Kolbens und folglich für die Betriebsspiele zwischen Kolben und Büchse zu schaffen. Falls die externe Vorgabe der Kühlung der Büchse ebenso homogen und axialsymmetrisch ist, ist es möglich, den Kolben vollkommen zylindrisch auszubilden, was einen beträchtlichen Vorteil bei der Herstellung darstellt.
Vorteilhaft kann man es einrichten, daß das thermische Niveau der Einlaßkanäle 22 und des Kolbens 12 durch eine geeignete Kühlung vorgegeben wird. Zu diesem Zweck können alle bekannten Mittel zur Kühlung verwendet werden, z.B. Kühlung:
- durch Kühlrippen im Fall einer Luftkühlung des Motors;
- durch einen Wasserraum oder einen gebohrten oder durch Guß hergestellten Kanal im Fall einer Wasserkühlung, wobei diese Technik auch unter dem Namen "bore cooling" bekannt ist.
Es ist noch zu beachten, daß in den Zeichnungen anbetracht der Tatsache, daß die Einlaßkanäle 22 um den Zylinder gelegt sind, zum Zweck der Vereinfachung zu bestimmten Zeitpunkten nicht benötigte Öffnungen nicht dargestellt sind. Dagegen sind zu anderen Zeitpunkten Öffnungen, die nicht in ein und derselben Ebene und auch nicht in der Zeichenebene liegen, dennoch zur besseren Veranschaulichung der Wirkungsweise in der Zeichenebene der den Index a tragenden Figuren dargestellt.
Es ist noch zu bemerken, daß der Arbeitszyklus des Nachladungszyklus, und zwar genau gesagt in dessen anfänglicher Vorauslaßphase, des Auslaßzyklus und des Anfangs der Spülung zu einem großen Teil durch Phänomene instationärer Natur nach Art analog dem "COMPREX" oder der in der Druckschrift CH-A-593 420 beschriebenen Wirkungsweise regiert werden. Dies erlaubt es, von den Vorteilen der Selbstspülung zu profitieren, sei es ergänzend zu einer mit Hilfe einer Verdrängerpumpe oder eines Gebläses durchgeführten Zwangsspülung, sei es im Grenzfall bestimmter Betriebszustände des Motors als einziges Mittel zur Spülung.
Es sei bemerkt, daß es um den Preis einer gewissen Abnahme der Leistungsfähigkeit des von der Erfindung gelehrten Selbstaufladungszyklus jederzeit möglich ist, die Länge des Kolbens zu verkürzen, um darauf zu verzichten, daß der Mantel des Kolbens in der Nähe des äußeren Totpunkts die stromaufwärtige Öffnung 26 des Einlaßkanals 22 überdeckt. Dies führt dann am Ende der Nachladung zu einem Ausströmen der in dem Kanal 22 enthaltenen Luft in den mit der Luftquelle A verbundenen Raum unter dem Kolben. Dies kann insbesondere von Interesse sein, falls der Zweitaktmotor eine Steuerung nicht durch einen Auslaßschlitz, sondern durch im Zylinderkopf angeordnete Ventile aufweist. Bei einer solchen Steuerung kann die Notwendigkeit entfallen, einen Kolben zu haben, der ausreichend lang zum Überdecken der Auslaßöffnung ist.
Eine andere mögliche Modifikation liegt darin, daß man, wie in Fig. 9a dargestellt, im Fall des Vorhandenseins wenigstens zweier Einlaßkanäle 22 vorsehen kann, daß die stromaufwärts des Kanals 22 gelegenen Öffnungen 26 miteinander vereinigt sind, so daß sie nur eine einzige Öffnung bilden. Dabei ist vorgesehen, daß die beiden stromaufwärtigen Enden des Einlaßkanals 22 am Ort dieser einzigen Öffnung zusammengeführt sind. Der Fig. 9a sowie der Fig. 2 entnimmt man, daß die Einlaßkanäle 22 symmetrisch zur Symmetrieebene der Spülung angeordnet sind, die im wesentlichen mit der longitudinalen Symmetrieebene des Zylinders, die durch die Auslaßöffnungen 20 geht, zusammenfällt.
In Fig. 9 sind Mittel 50 zum Kühlen dargestellt, die derart angeordnet sind, daß sie gleichzeitig das Strömen der Gase in den Einlaßkanälen 22 sowie die Ausbildung scharfer Grenzflächen F zwischen den Vorauslaßgasen und der Spülluft begünstigen. Diese Mittel 50 zum Kühlen umfassen z.B. querlaufende Zwischenwände 52, die es erlauben, den Wärmefluß zu klassischen, außen an den Kanälen 22 vorgesehenen Mitteln zum Kühlen herauszuführen, wie Kühlrippen 54 oder Kühlkanäle 56 vom Typ "bore cooling".
In Fig. 10 ist ein mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung ausgerüsteter Motor 100 dargestellt, der eine Kurbelgehäusepumpe 102, eine Versorgung über ein Klappenventil 104, eine Kühlung durch einen Wasserraum 106 und eine Turbine 108 umfaßt.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens kühlt man den Motor bei Schwachlast nicht, indem man den Kühlkreis des Motors, und zwar insbesondere die Kühlung der Füllkanäle einschließlich der Einlaßkanäle unterbricht, wohingegen man den Motor von Mittellast bis Vollast kühlt, indem man den Kühlkreis öffnet.
Die Abwesenheit einer Kühlung bei Schwachlast ermöglicht eine Temperaturerhöhung der Einlaßluft dank deren Erwärmung durch die Wände der Einlaßkanäle, die ihrerseits durch die Vorauslaßgase erwärmt werden.
Die Temperaturerhöhung der Einlaßgase vergrößert deren Volumen und erzeugt somit eine Verringerung des Volumens der im Zylinder zurückbleibenden Auslaßgase, was die untere Zündschwelle des Gemisches von Spülluft und Rückstandsgasen vorteilhaft beeinflußt, und zwar hauptsächlich im Fall von Motoren mit gesteuerter Zündung.

Claims

1. Verfahren zum Beschicken eines Zweitakt-Verbrennungsmotors mit Hubkolben (12) und Selbstaufladung durch Nachladung, das heißt durch Einbringen einer zusätzlichen Luftcharge in den Zylinder nach dem Spülen und dem Verschließen der Auslaßöffnungen, insbesondere eines Motors mit mindestens einem einfach wirkenden Zylinder (14), bei dem alle Druckaustauschphasen der beteiligten Gase, und zwar der Spülluft und der Verbrennungsgase, im wesentlichen in einer geschlossenen Umgebung im Inneren eines Verdichtungssystems ablaufen, wobei der Motor mindestens eine Einlaßöffnung (18), mindestens eine Auslaßöffnung (20) und eine Vorauslaßöffnung aufweist,

dadurchgekennzeichnet , daß man

das Verdichtungssystem vollständig in die durch den Zylinder und den Zylinderkopf gebildete Einheit integriert,

eine Einlaßöffnung (18) für den Arbeitsraum verwendet, die außerdem die Funktion des Vorauslasses sicherstellt und

in dem Verdichtungssystem einen Speicherraum (30) vorsieht, der in den Einlaßteil des Motorzyklus derart eingebunden ist, daß im Ablauf der aufeinanderfolgenden Phasen die Auslaßgase während der Vorauslaß-Phase in den Füllkanal für den Speicherraum (30) eintreten können, und zwar durch denselben Kanal (22), durch den dem Zylinder Luft zugeführt wird, daß dadurch die in dem Kanal (22) befindliche Luft für die Nachladungsphase in das Innere des Speicherraums (30) gedrückt wird, daß dann während der Spülphase die von der Spülquelle (A) für den Zylinder (14) herrührende Luft den Füllkanal (22) und dann den Zylinder selbst spülen kann, indem sie die Auslaßgase verdrängt, und daß schließlich während der Nachladungsphase die zuvor unter Druck im Speicherraum (30) gesammelte Luft ihre Energie wieder an die im Füllkanal (22) befindliche, zu diesem Zeitpunkt mit dem Zylinder (14) kommunizierende Luft abgeben kann.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Funktionen des Speicherraums (30) und der Motorsteuerung ausschließlich durch das Zusammenwirken des Zylinders (l4) und des Kolbens (12) sichergestellt werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Speicherraum (30) durch ein Volumen im Inneren des Kolbens (12) begrenzt wird.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Füllkanal (22) des Speicherraums einer geeigneten Kühlung unterworfen wird.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Speicherraum (30) einer geeigneten Kühlung unterworfen wird.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch die zusätzliche Verwendung einer Kraftturbine (108), die einen Teil des Enthalpieabfalls der Auslaßgase aufnimmt.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlung wenigstens der Füllkanäle bei Niederlastbetrieb unterbrochen wird.

8. Vorrichtung zum Beschicken eines Zweitakt-Verbrennungsmotors mit Hubkolben (12) und Selbstaufladung durch Nachladung, das heißt durch Einbringen einer zusätzlichen Luftcharge in den Zylinder nach dem Spülen und dem Verschließen der Auslaßöffnungen, insbesondere eines Motors mit mindestens einem einfach wirkenden Zylinder (14) bei dem alle Druckaustauschphasen der beteiligten Gase, also der Spülluft und der Verbrennungsgase, im wesentlichen in einer geschlossenen Umgebung im Inneren eines Verdichtungssystems ablaufen, wobei das Verdichtungssystem ein Nachladungssystem umfaßt, dadurch gekennzeichnet, daß das Nachladungssystem (16) einen Kanal (22) für den Lufteinlaß in den Zylinder (14) umfaßt, der intermittierend mit der Spülluftquelle (A) oder mit einem Speicherraum (30) für unter Druck stehendes Gas kommuniziert.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Lufteinlaßkanal (22) stromabwärts im Zylinder (14) auf einem Niveau mündet, das über dem der Öffnung (20) des Auslaßkanals (24) liegt, derart, daß der Vorauslaß durch den Einlaßkanal (22) zum Füllen des Speicherraums sichergestellt ist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Speicherraum (30) sich im Inneren des Kolbens (12) befindet und durch mindestens eine im Kolben vorgesehene Öffnung (28) stromaufwärts mit dem Kanal (22) für den Lufteinlaß in den Zylinder (14) verbunden ist und durch die natürliche Bewegung des Kolbens im Zylinder intermittierend mit dem Einlaßkanal (22) in Kommunikation gebracht wird.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Speicherraum (30) ringförmig zwischen dem Lager des Pleuels oder der Kolbenstange und dem äußeren Mantel des Kolbens (12) ausgebildet ist.

12. Vorrichtung nach Anspruch 9 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (12) einen Kanal (32) zur Zufuhr von Luft von der Luftquelle umfaßt, der durch die natürliche Bewegung des Kolbens (12) im Zylinder (14) intermittierend stromaufwärts (bei 26) an den Kanal (22) für den Lufteinlaß in den Zylinder (14) anschließt.

13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Luftzufuhrkanal (32) stromaufwärts mit der Luftquelle (A) und stromabwärts über Öffnungen (34) mit einem Ringkanal (36) kommuniziert, der oberhalb des Speicherraums (30) und unter dem Boden des Kolbens (12) angeordnet ist und intermittierend über eine Öffnung (38) stromaufwärts mit dem Einlaßkanal (22) kommuniziert.

14. Vorrichtung mach einem der Ansprüche 8 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Lufteinlaßkanal (22) durch mindestens einen gekrümmten, sich um den Zylinder (14) legenden Kanal gebildet wird, um ein ausreichendes Volumen zur Bildung eines Ladeluftvorrats für die Nachladung darzustellen.

15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge des Kolbens (12) derart ist, daß der Kolben (12) am äußeren Totpunkt die stromaufwärtige Öffnung (26) des Einlaßkanals (22) verschließt.

16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß das Volumen des Speicherraums (30) üblicherweise 30 bis 60 % des Hubraums des Zylinders (14) beträgt.

17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß das Volumen des Einlaßkanals (22) und das Volumen des Speicherraums (30) in Relation zu dem Volumen des Zylinders (14) und den im Zylinder (14) zum Zeitpunkt des Vorauslasses herrschenden thermodynamischen Bedingungen berechnet sind, so daß die Grenzfläche (F) zwischen den Vorauslaß-Gasen und der in Richtung des Speicherraums (30) verdrängten Luft vorzugsweise am Ende der Vorauslaß-Phase nicht in den Speicherraum (30) eindringt.

18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß das Gesamtvolumen des Einlaßkanals (22) geringsfügig kleiner als das Volumen des Speicherraums (30) ist, und daß es abhängig von den thermodynamischen Arbeitsbedingungen im Zyklus, insbesondere vom Luft- Brennstoff-Verhältnis, ist.