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Zweitaktbrennkraftmaschine mit Umlenkspülung, Brennstoffeinspritzung
und Fremdzündung Die Erfindung bezieht sich auf eine Zweitaktbrennkraftmaschine
mit Umlenkspülung, Brennstoffeinspritzung und Fremdzündung, bei der die Spritzdüse
in einer von Zylinderwand und Zylinderkopf gebildeten Ecke des Brennraumes angeordnet,
schräg zur Zylinderachse geneigt ist und im breiten Kegel, insbesondere während
des Verdichtungshubes, abspritzt, bei der ferner die Zündkerze an einer der Spritzdüse
gegenüberliegenden Seite des Zylinderkopfes angeordnet ist.
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Bei den bisher bekanntgewordenen Zweitaktbrennkraftmaschinen mit Brennstoffeinspritzung
ist man zur Erreichung sicherer Zündverhältnisse bestrebt, den eingebrachten Brennstoff
möglichst gleichmäßig über den ganzen Brennraum zu verteilen, um ein an allen Stellen
des Brennraumes gleichartig beschaffenes Brenngas zu erhalten. Da nun bei Zweitaktbrennkraftmaschinen
zur Bildung eines solchen Brenngases verhältnismäßig wenig Zeit zur Verfügung steht,
macht man sich die Strömungsenergie der Spülluft zunutze, um eine gründliche Durchwirbelung
des eingespritzten Brennstoffes zu erreichen. So wird z. B. bei einer nach dem Gleichstromprinzip
ausgespülten Maschine der Brennstoff derart schräg gegen den Spülluftstrom eingespritzt,
daß der gebildete Spritzkegel, insbesondere an seiner Basis, der vollen Wirkung
des
Spülstromes ausgesetzt ist und dadurch zerstäubt wird. Bei einer anderen bekannten
Maschine wird der Brennstoff in die nach Abschluß der Einlaßorgane sich ausbildende,
im Zylinderraum kreisende Spülluftwalze eingespritzt, unter deren Einfluß der Brennstoff
aufgelöst und mit der Spülluft innig vermengt werden soll. Bei beiden Ausführungen
muß die Strömungsenergie genügend groß sein, um innerhalb des kurzen Zeitraumes
die angestrebte Brennstoffverteilung bis zum Zündzeitpunkt bewerkstelligen zu können.
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Ein neuerer, gleichfalls auf eine sichere Zündung des Brennstoffes
hinzielender Vorschlag geht dahin, den natürlichen Randwirbel des Spritzkegels zur
Zündung heranzuziehen. Dieser Randwirbel, der sich selbsttätig am Umfang des Spritzkegels
ausbildet, besteht bereits aus leicht entzündlichem Brenngas und ist daher im besonderen
Maße befähigt, nach seiner Entzündung die Verbrennung des übrigen Brennstoffes einzuleiten.
Hierbei ist Voraussetzung, daß der Randwirbel des Spritzkegels die Elektroden der
Zündherze umspült, was durch entsprechende Ausrichtung der Spritzdüse gegenüber
der Zündkerze ermöglicht wird.
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Die Erfindung macht sich nun sowohl die Strömungsenergie der Spülluft
als auch das Vorhandensein des Randwirbels zunutze, um eine absolut sichere Zündung
des gebildeten Brenngases auch dann herbeizuführen, wenn der Randwirbel des Spritzkegels
nicht an die Elektroden der Zündkerze heranreicht. Zu diesem Zwecke ist die Anordnung
getroffen, daß die in Richtung der Zylinderwand nach der Spritzdüse hin strömende
Spülluft in der die Spritzdüse aufnehmenden Ecke umgelenkt wird, wobei sie den vom
Spritzkegel gebildeten Randwirbel, hauptsächlich an seinem der Zündkerze am nächsten
liegenden Teil, erfaßt und in die -die Zündkerze aufnehmende Ecke des Zylinderraumes
verdrängt, wo er durch die Verdichtungsströmung bis zum Zeitpunkt der Zündung festgehalten
wird. Die Spülluft erfaßt in diesem Fall während und auch nach der Einspritzung
das gebildete Randwirbelgemisch oder einen Teil dieses Gemisches und befördert es
nach der Ecke des Brennraumes, in der die Zündkerze angeordnet ist. In dieser Zündecke
lagern sich demnach bis zum Zeitpunkt der Zündung ständig Randwirbelnebel an, so
daß die Elektroden der Zündkerze reichlich vom leicht entzündlichen Gemisch des
Randwirbels umgeben sind. Da die in der Zündecke angehäuften Randwirbelnebel überdies
noch durch die Verdichtungsströmung in der Ecke bis zum Zündzeitpunkt zusammengehalten
werden, können sie sicher gezündet werden. Die dabei auftretende Wärmeentwicklung
reicht bei weitem hin, um auch das übrige im Brennraum vorhandene Gemisch zur Entzündung
zu bringen. Dies ist dadurch von besonderer Bedeutung, da, wie es praktisch meist
der Fall ist, dieses Gemisch infolge des i>ei Zweitaktmaschinen bestehenden Zeitinangels
nicht die für eine Zündung günstigste Zusammensetzung aufweist und daher an bestimmten
Stellen durch den bloßen Funkenüberschlag an den Elektroden allein nicht gezündet
werden kann. Durch die Erfindung läßt sich dieser Mangel mit einem Schlage beseitigen,
so daß ein besonders brennstoffsparender und damit wirtschaftlicher Betrieb der
Maschine erreicht wird.
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Der Gegenstand der Erfindung ist in der Zeichnung näher veranschaulicht.
Es zeigt Fig. i einen lotrechten Hauptschnitt durch den Zylinder einer Zweitaictbrennkraftmaschine
im Augenblick der Einspritzung, Fig. 2 einen entsprechenden Schnitt im Augenblick
der Zündung, Fig.3 den zugehörigen Schnitt längs der Linie 111-III in Fig. i und
Fig.4 das zugehörige Zeitdiagramm.
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Bei der dargestellten Zweitaktmaschine ist der Zylinderkopf 3 in üblicher
1Veise auf den Zylinder 7 aufgesetzt, in dem der Arbeitskolben t; läuft. Im Zylinderkopf
3 sind die Einspritzdüse :2 und die Zündkerze 4 einander gegenüberliegend eingesetzt,
die Einspritzdüse 2 an der Seite der Zy linderhinterwand 7' in der Spritzecke und
die Zündkerze 4 an der Seite der Zylinderv orderwand 7" in der Zündecke des Brennraumes.
In der Zvlindervorderwand 7" sind die Einlaßschlitze io zu beiden .Seiten der Auslaßschlitze
i i und annähernd in gleicher Höhe wie diese angeordnet; die Einlaßschlitze io sind
hierbei gegen die Hinterwand 7' ausgerichtet, so daß die Spülluft längs dieser
Wand gesammelt dem Zylinderkopf 3 zuströmt (einseitige Umkehrspülung). Die Einlaßschlitze
io können aber auch, wie strichpunktiert angedeutet, in die Hinterwand 7' verlegt
und gegen den Zylinderkopf 3 ausgerichtet sein. so daß die Spülluft unmittelbar
längs dieser Wand nach oben strömt (hochbügelige Querspülung). Der Brennstoff wird
schräg nach abwärts in Form eines breiten Kegels K in den Zylinderraum eingespritzt;
der Kegel K zerfällt nach einer gewissen Länge unter Bildung eines kranzförmigen
Randwirbels TV, der zündfähiges Gemisch enthält. Das Randwirbelgemisch Wuntersteht
hierbei sowohl dem Einfluß des Spülstromes S als auch des Verdichtungsstromes h.
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Wie aus Fig. 4 hervorgeht, beginnt die Ausspülung des Zylinderraumes
E" etwa bei einem Kurbelwinkel von 55° v. u. Tp. und ist etwa bei 55° n. u. Tp.
beendet Ez, während der Auslaß etwa bei 6o° v. u. Tp. öffnet A4 und etwa bei 6o°
n. u. Tp. schließt AZ. Die Einspritzung
des Brennstoffes beginnt
kurz vor Abschluß der Spülung etwa bei 40° n. u. Tp. S" und endet weit nach Abschluß
der Auslaßschlitze ii etwa bei 9o° n. u. Tp. Sz. Die Zündung erfolgt etwa bei 30°
v. o. Tp. Z.
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Bewegt sich der Arbeitskolben 8 von seiner untersten Kurbelstellung
nach aufwärts, so bläst der Spülstrom S, der sich noch in voller Bewegung befindet,
den Randwirbel W, der den flüchtigsten Teil des Spritzkegels K bildet, von diesem
weg. Das Randwirbelgemisch wird in Form eines feinen Bennstoffnebels nach der oberen
Ecke der Zylinderwand 7" verdrängt, wo es sich aufschichtet. Diese Brennstoffnebel
sammeln sich, solange die Einspritzung anhält und der Spülstrom in Bewegung bleibt,
zwangsläufig in der Zündecke des Brennraumes an, so daß diese vollständig mit zündfähigem
Gemisch aufgefüllt wird. Der beim weiteren Aufwärtshub des Arbeitskolbens 8 einsetzende
Verdichtungsstrom V drückt das zündfähige Gemisch in der Zündecke zusammen (Teilraum
I). Der weniger flüchtige Teil des Spritzkegels, das sind die Brennstoffteilchen
seines Kerns, werden dagegen vom Spülluftstrom S erfaßt und mitgetragen; sie bilden
mit der Spülluft ein Gemisch, das je nach dem Belastungszustand der Maschine entweder
zu fett oder zu mager ist und daher nicht unmittelbar gezündet werden könnte. Dieses
Gemisch füllt die Wirbelebene des Zylinders 7 aus und lagert sich schließlich unter
dem Einfluß des Verdichtungsstromes V dem kandwirbelgemisch an (Teilraum II). Die
vom Spülstrom S nicht erfaßten Zonen des Zylinderraumes zu beiden Seiten der Wirbelebene
enthalten die mit den Abgasen vermengte restliche Spülluft. Diese wird im wesentlichen
gemischfrei durch den Verdichtungsstrom V nach der der Zündecke gegenüberliegenden
Spritzecke verdrängt (Teilraum III). Es läßt sich also unter Mitwirkung des Spülstromes
S und des Verdichtungsstromes V eine Schichtung der Ladung (Teilräume I, II, III)
herbeiführen, die eine unbedingt sichere Zündung der Maschine auch bei wechselnder
Drehzahl oder Belastung gewährleistet.
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Bei den gewählten Spülarten (einseitige Umkehrspülung, hochhügelige
Querspülung) setzt sich der beschriebene Vorgang auch nach Abschluß EZ der Einlaßschlitze
io bis zum Ende der Einspritzung SZ fort; denn der Spülstrom S wird ja nicht plötzlich
abgestoppt, sondern läuft in Form einer strichpunktiert angedeuteten Wirbel-,valze
in der Wirbelebene des Zylinders 7 weiter um. Es wird daher auch nach Beendigung
der Spülung weiterhin flüchtiger Brennstoffnebel aus dem sich stets erneuernden
Randwirbel W des Brennstoffkegels K losgelöst und in die Zündecke geblasen, während
gleichzeitig weniger flüchtiger Brennstoffnebel aus dem Kern des Brennstoffkegels
K in die Wirbelwalze des Spülstromes S hineingerissen wird und mit dieser umläuft,
um mit zunehmender Verdichtungsströmung dem zündfähigen Gemisch der Zündecke angelagert
zu werden. Die Zündecke ist in diesem Fall vorteilhaft die an der Auslaßseite liegende
Ecke des Brennraumes, da diese eine Stauecke für den Spülstrom S und eine Totecke
für die Wirbelwalze bildet. In dieser Ecke vermag der Randwirbelnebel sich daher
besonders leicht zu sammeln und bis zum Zündzeitpunkt Z zu verharren.