<Desc/Clms Page number 1>
EMI1.1
Die Erfindung betrifft eine Zweitaktbrennkraftmaschine mit Schlitzspülung, bei der die Spülund Ladeschlitze zu beiden Seiten der nebeneinander befindlichen Auslassschlitze angeordnet sind und in ungefähr der gleichen Höhe liegen.
Zweitaktbrennkraftmaschinen mit derartiger Lage der Auslass-und Spülschlitze sind an sich bekannt ; bei den bekannten Maschinen ist jedoch die Anordnung so getroffen, dass sämtliche Spülkanäle die Spülluft gegen die den Auslasskanälen gegenüberliegende Zylinderwand leiten.
Diese Maschinen zeigen eine Reihe von Nachteilen ; als gemischverdichtende Maschinen hohen Brennstoffverbrauch, ungenügenden Langsamlauf bei Drosselstellung, ungleichmässige Erwärmung der Zylinder-und Kolbenteile u. dgl., u. zw. als Folge des ungenügenden Spülverfahrens.
In den Fig. 1-4 ist eine Zweitaktbrennkraftmaschine denkbarer (Fig. 1) bzw. bisher bekannter Ausführung (Fig. 2-4) dargestellt. Die Fig. 1-3 zeigen durch die Zonen der am gleichen Totpunkt angeordneten Steuerkanäle gelegte Querschnitte ; Fig. 4 zeigt einen Zylinderlängsschnitt. Es sind beispielsweise zwei Auslasskanäle Al, A2 und zwei Spülkanäle 81 > 82 angenommen. In Fig. 1 ist eine denkbare Anordnung der Spülkanäle 81, 82 ersichtlich, die so gewählt ist, dass sich die durch die Spülkanäle strömenden mittleren Spülstrahlen 1, 2 etwa im Zylindermittelpunkt treffen.
In Fig. 2 treffen sich die Strahlen 1, 2 beispielsweise an der hinteren Zylinderwand al, in Fig. 3 dagegen wegen der noch grösseren Schrägstellung der Spülkanäle bereits jenseits der Zylinderwand al.
Die durch die Breite der Spülkanäle gegebenen Spülstrombreiten sind in den Fig. 1-3 mit strichlierten Linien angedeutet.
Wenn auch der in den Zylinder eintretende Spülstrom in Wirklichkeit seitlich expandiert, so bleiben doch beträchtliche Querschnittsteile des Zylinders unausgespült, wie die Fig. 1-3 zeigen, wo die der Zylinderwand al benachbarten, unausgespült bleibenden Zonen mit waagerechter und die von den Spülströmen eingeschlossenen, ebenfalls unausgespült bleibenden Zonen mit gekreuzter Schraffur gekennzeichnet sind. Am grössten ist die waagrecht schraffierte Zone in Fig. 1, wo sie mit Ziffer 3 bezeichnet ist ; in Fig. 2 sind zwei solcher Zonen vorhanden ; in Fig. 3 ist dagegen die Zone 3 verschwindend klein und bei Berücksichtigung der seitlichen Expansion der Spülströme praktisch nicht mehr vorhanden.
Dafür weisen die Fig. 2 und 3 eine mit Kreuzschraffur hervorgehobene, in Fig. 1 nicht vorhandene Restgaszone 4 auf, die bei Fig. 3 notgedrungen am grössten ist. Zum Verständnis dieser Restgassäcke 4
EMI1.2
schnitt (Fig. 4) ist so gelegt, dass er den Auslasskanal Al trifft. Der durch den Spülkanal 81 eintretende Spülstrom 1 ist, solange er nach aufwärts zum Zylinderkopf strömt, mit 1', sobald er wieder abwärts zum Kolben b strömt, mit 1"bezeichnet. Analog gilt dies für den Spülstrom 2. Zwischen den aufwärts und abwärts strömenden Spülstrahlen T, 2'bzw. 1", 2"liegt der Restgassack 4. Über dem Kolben b, u. zw. bei der hinteren Zylinderwand al bildet sieh eine weitere, bisher noch nicht erwähnte Kolbenbodenwalze 5.
Diese ist umso grösser, je steiler nach oben gerichtet die Spülkanäle sind.
Durch die bisherigen Erläuterungen sind die Hauptmängel dieses bekannten einseitigen Umkehrspülverfahrens klargestellt. Gleichzeitig ist die ungleichmässige Erwärmung von Kolben und Zylinderwandung erklärt. Je spitzer der von den Spülströmen 1, 2 eingeschlossene Winkel ss ist, umso geringer werden die Spülmittelverluste durch unmittelbares Entweichen in die Auslasskanäle (Kurzschluss), umso grösser wird aber auch der Restgassack 4, vergleiche die Fig. 1-3, so dass ganz allgemein einer
<Desc/Clms Page number 2>
. abnehmenden Zylinderwalze 3 ein zunehmender Restgassack 4 und umgekehrt entspricht. Die Kolben- bodenwalze 5 endlich ist umso grösser, je grösser der Winkel der Spülkanäle mit der waagerechten
Ebene ist.
Die bisher bekannten Zweitaktbrennkraftmaschinen mit der eingangs gekennzeichneten Schlitz- anordnung, also nach Fig. 2 und 3, verwenden einen flachen oder leicht gewölbten Kolbenboden und überlassen die Führung der Spülströme ausschliesslich den Spülkanälen und dann der hinteren
Zylinderwand.
Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, dass hiemit keine halbwegs vollkommene Spülung zu erreichen ist, und dass in Wirklichkeit fast kein Spülverfahren auf die Führung der Spülströme durch den Kolben oder geeignete Leitvorrichtungen verzichten kann. Sie geht aber noch einen wesentlichen
Schritt weiter und stellt die Forderung auf, für die sie auch die Lösung gibt, dass die Richtwirkung auf die Spülströme-während des Spülvorganges veränderlich sein muss u. zw. derart, dass die in den
Fig. 1-3 dargestellten Spülvorgänge als Phasen der Spülung kontinuierlich durchlaufen werden müssen.
Die Spülströme 1, 2 müssen daher zuerst zwecks Beseitigung der Zylinderwandwalzen. 3 so gegeneinander gerichtet sein, dass sie sieh erst jenseits der hinteren Zylinderwand al treffen würden (Fig. 3), sodann muss ein Teil der Spülströme so fliessen, wie in Fig. 2 veranschaulicht ist, damit der
Restgassack 4 verkleinert wird, und endlich müssen sich weitere Teilströme zuletzt derart abspalten, dass sie sich etwa im Zylindermittelpunkt treffen, wie Fig. 1 zeigt, damit der Restgassaek 4 vollends ausgespült wird.
Verwirklicht wird dies nach dem Ausführungsbeispiel der Erfindung dadurch, dass die Spül- kanäle erfindungsgemäss etwa gegen die Zylindermitte gerichtet sind und dass der Arbeitskolben b eine symmetrisch gestaltete Leitvorrichtung erhält, die die Spülströme 1, 2 während des Spülvorganges kontinuierlich ablenkt.
Der Kolbenboden ist zu diesem Zweck mit einer seheibenartigen, im Umriss etwa glocken- förmigen Platte von in Richtung gegen die Auslasskanäle abfallenden Höhe ausgestattet. Die Be- grenzungskurven el, e des Umrisses sind vorzugsweise durch eine, zweckmässig etwa halbkreisförmige
Rundung t miteinander verbunden.
EMI2.1
die Spülkanäle jS'i, trifft, mit einer Draufsicht auf den Kolben. Die Fig. 8 zeigt einen Längsschnitt durch den Zylinder samt Kolben mit schematischer Darstellung des Spülvorganges nach der Erfindung.
Dieser wird erfindungsgemäss in folgende drei hauptsächliche Stadien unterteilt :
1. Stadium, gemäss Fig. 5 und 8 :
EMI2.2
den Zylinder eintreten kann. Das Spülmittel wird durch die Leitvorrichtung c stossfrei gegen die hintere Zylinderwand a1 abgelenkt, u. zw. so, dass sich die Spülmittelströme j !, 2 jenseits der hinteren Zylinderwand treffen und vereinigen würden. Sie strömen dann an der hinteren Zylinderwand entlang nach oben zum Zylinderkopf und von da in Richtung gegen die Auslasskanäle A, A2, wie in Fig. 8 veranschaulich ist.
2. Stadium, gemäss Fig. 6 und 8 :
Der Arbeitskolben befindet sich jetzt kurz vor der unteren Totlage. Da die grösste Höhe der Leitvorriehtung zweckmässig erfindungsgemäss etwa so gross ist, wie die grösste Höhe der Spülkanäle, strömt nunmehr ein Teil des Spülmittels über die Leitvorrichtung hinweg, u. zw. an jenen Stellen, wo die Höhe der Leitvorrichtung geringer ist als die der Spülschlitze. Diese Teilströme 1 b, 2 b werden somit weniger stark abgelenkt als die diese Ströme zum Gesamtspülstrom 1, 2 ergänzenden Teilströme 1 a, 2a. Sie nehmen daher etwa die in den Fig. 6 und 8 dargestellte Richtung ein. Dabei spülen sie beim Hochfliessen gegen den Zylinderkopf den vom 1. Stadium der Spülung her bestehenden Restgassack 4
EMI2.3
deutet.
3. Stadium, gemäss Fig. 7 und 8 :
Der Arbeitskolben befindet sieh jetzt in der unteren Totlage. Ein Teil des Spülmittels strömt, wie es im ersteren Stadium geschildert wurde ; ein weiterer Teil strömt nach Art des 2. Stadiums, während der restliche Teil ohne merkliche Ablenkung durch die Leitvorrichtung etwa gegen die Zylindermitte fliesst (Teilströme 1 c, 2 c) und sodann zum Zylinderkopf emporströmt. Hiebei wird die vom 2. Stadium her bestehende kleine Abgasmenge restlos ausgetrieben.
Beim Rückwärtsgang des Kolbens b (Aufwärtshub) wiederholen sieh die drei Stadien in umgekehrter Reihenfolge. Die Umkehrung der Reihenfolge ist höchst wichtig, weil hiedurch gleichzeitig die Spülströme immer mehr gegen die hintere Zylinderwand geleitet werden und vom Auslass ferngehalten sind. Es ist also bei der Erfindung eine ausgezeichnete Spülung mit einer Verringerung der Abströmverluste erzielt.
Die Höhen der Leitvorrichtung c des Kolbens werden umso grösser gewählt, je grösser der Winkel gewählt ist, den die Spülkanäle mit der Horizontalen einnehmen. Die hintere Zylinderwand braucht nicht vollwandig sein, wie im Ausführungsbeispiel. Dort können auch weitere Spül-und Ladesehlitze
<Desc/Clms Page number 3>
vorgesehen sein, die am besten steil nach oben in den Zylinder einmünden. Ihre Ströme verlaufen dabei am besten so, dass sie die Teilströme 1 a und 2 a bzw. 1 b und 2 b aufriehten.
Erfindungsgemäss wird die Formgebung und Massenverteilung der Leitvorrichtung c so gewählt, dass der Schwerpunkt derselben in die Zylinderachse fällt. Hiedurch wird ein Kippen des Kolbens vermieden.
Zwecks Erzielung eines möglichst leichten Kolbens wird erfindungsgemäss der den Auslasskanälen benachbarte Teil b1 des Kolbens eben ausgeführt und die Leitvorrichtung c etwa schwalbenschwanzartig gestaltet, wie dies Fig. 9 beispielsweise zeigt, wo die Leitvorrichtung nur aus zwei miteinander verbundenen Stegen besteht. Hiebei kann ein Arbeitskolben verwirklicht werden, dessen Gewicht und Oberfläche kaum grösser sind als bei einem flachen Kolben ohne Leitvorriehtung ; auch der Verbrennungsraum der Maschine kann dabei beliebig geformt werden.
Die Fig. 11-15 der Zeichnung stellen weitere Ausführungsbeispiele der erfindungsgemässen Maschine dar, bei denen in die hintere Zylinderwand al weitere, vorzugsweise steil nach oben gerichtete Spül-bzw. Ladeschlitze einmünden, deren Ströme zur Verbesserung der Zylinderfüllung oder Spülung, vorzugsweise zur Aufrichtung und Unterstützung der aus den andern Spülkanälen kommenden Ströme dienen. In Fig. 12, die einen Querschnitt zu Fig. 11 darstellt, ist auf der hinteren Zylinderwand a1 ein einziger, steil nach oben gerichteter Spülkanal 83 vorgesehen, dessen Strom sich mit den Teilströmen 1 a der Spülkanäle i und 82 vereinigt.
In den Fig. 13-15 sind weitere bevorzugte Ausführungsformen dargestellt, bei denen die aus den Spülkanälen 83 und 84 kommenden, zum Zylinderkopf fliessenden Ströme die Stabilität der Gesamtströmung verbessern.
Die Erfindung eignet sich für Zweitaktgemisch-und Zweitaktdieselmaschinen und wird mit Vorteil sowohl bei Kurbelkammermaschinen, wie auch bei Maschinen mit besonderer Ladepumpe angewendet. In den Figuren sind die Spülkanäle gleich hoch eingezeichnet. Dieselben können statt dessen auch mit abnehmender Höhe ausgeführt sein, wie in Fig. 10 dargestellt ist. Erfindungsgemäss soll dabei die obere Steuerkante im selben Masse abnehmen, wie die Höhe der Leitvorrichtung c. Hiedurch passen sich die Spülströme den auszuspülenden Zylinderräumen besonders gut an.
PATENT-ANSPRÜCHE :-
1. Zweitaktbrennkraftmaschine mit Schlitzspii1ung, bei der zu beiden Seiten der Auslasskanäle Spül-und Ladekanäle angeordnet sind und Spülmittelströme gegen die den Auslasskanälen gegen- überliegende Zylinderwand geleitet werden, dadurch gekennzeichnet, dass der Arbeitskolben (b) mit einer scheibenartigen Leitvorrichtung (c) von glocken-oder sehwalbenschwanzförmigem Umriss ausgestattet ist, die durch die Bewegung des Kolbens (b) die Richtung der Spülmittelströme (1 b, 2 b) verändert, so dass das Spülmittel den ganzen Zylinder bestreicht.
<Desc / Clms Page number 1>
EMI1.1
The invention relates to a two-stroke internal combustion engine with slot scavenging, in which the scavenging and loading slots are arranged on both sides of the outlet slots located next to one another and are at approximately the same height.
Two-stroke internal combustion engines with such a position of the outlet and scavenging slots are known per se; In the known machines, however, the arrangement is such that all the scavenging channels guide the scavenging air against the cylinder wall opposite the outlet channels.
These machines have a number of disadvantages; as mixture-compressing machines, high fuel consumption, insufficient slow speed at throttle position, uneven heating of the cylinder and piston parts, etc. like., u. betw. as a result of the inadequate flushing process.
FIGS. 1-4 show a two-stroke internal combustion engine of a conceivable (FIG. 1) or previously known design (FIGS. 2-4). 1-3 show cross-sections laid through the zones of the control channels arranged at the same dead point; Fig. 4 shows a cylinder longitudinal section. For example, two outlet channels A1, A2 and two flushing channels 81> 82 are assumed. A conceivable arrangement of the flushing channels 81, 82 can be seen in FIG. 1, which is selected such that the middle flushing jets 1, 2 flowing through the flushing channels meet approximately in the center of the cylinder.
In Fig. 2, the rays 1, 2 meet, for example, on the rear cylinder wall a1, in Fig. 3, however, because of the even greater inclination of the flushing channels, already beyond the cylinder wall a1.
The flushing flow widths given by the width of the flushing channels are indicated in FIGS. 1-3 with dashed lines.
Even if the flushing flow entering the cylinder actually expands laterally, considerable cross-sectional parts of the cylinder remain unflushed, as shown in FIGS. 1-3, where the zones adjacent to the cylinder wall and remaining unflushed are horizontal and those enclosed by the flushing flows, Zones that have also not been rinsed out are marked with crossed hatching. The horizontally hatched zone in FIG. 1, where it is designated by number 3, is the largest; in Figure 2 there are two such zones; In Fig. 3, however, the zone 3 is negligibly small and practically no longer present when the lateral expansion of the flushing flows is taken into account.
For this purpose, FIGS. 2 and 3 have a residual gas zone 4 highlighted with cross-hatching, not present in FIG. 1, which is necessarily the largest in FIG. To understand these residual gas bags 4
EMI1.2
section (Fig. 4) is placed so that it meets the outlet channel Al. The flushing flow 1 entering through the flushing channel 81 is denoted by 1 'as long as it flows upwards to the cylinder head, and 1' 'as soon as it flows downwards again to the piston b. This applies analogously to the flushing flow 2 The residual gas bag 4 lies above the piston b, and between the rear cylinder wall a1, a further, not yet mentioned, piston crown roller 5.
This is greater, the steeper the flushing channels are directed upwards.
The explanations given so far have clarified the main deficiencies of this known one-sided reverse flushing process. At the same time, the uneven heating of the piston and cylinder wall is explained. The more acute the angle ss enclosed by the scavenging streams 1, 2, the lower the scavenging agent losses due to direct escape into the outlet channels (short circuit), but the larger the residual airbag 4, compare FIGS. 1-3, so that in general one
<Desc / Clms Page number 2>
. decreasing cylinder roller 3 corresponds to an increasing residual airbag 4 and vice versa. The piston crown roller 5 is finally larger, the larger the angle of the flushing channels with the horizontal one
Level is.
The previously known two-stroke internal combustion engines with the slot arrangement identified at the outset, that is to say according to FIGS. 2 and 3, use a flat or slightly curved piston head and leave the flow of the scavenging flows to the scavenging channels and then the rear ones
Cylinder wall.
The invention is based on the knowledge that no halfway perfect flushing can be achieved with this, and that in reality almost no flushing method can dispense with guiding the flushing flows through the piston or suitable guide devices. But it still goes an essential one
Step further and sets up the requirement, for which it also gives the solution, that the directivity on the flushing currents must be variable during the flushing process, etc. betw. such that the in the
Fig. 1-3 flushing processes as phases of the flushing must be run through continuously.
The flushing streams 1, 2 must therefore first to remove the cylinder wall rollers. 3 be directed towards each other in such a way that they would only meet beyond the rear cylinder wall al (FIG. 3), then some of the flushing flows must flow as illustrated in FIG. 2 so that the
Residual gas bag 4 is reduced in size, and finally further partial flows have to split off in such a way that they meet approximately in the cylinder center, as shown in FIG. 1, so that residual gas bag 4 is completely flushed out.
According to the exemplary embodiment of the invention, this is achieved in that the flushing channels according to the invention are directed approximately towards the center of the cylinder and that the working piston b receives a symmetrically designed guide device which continuously deflects the flushing flows 1, 2 during the flushing process.
For this purpose, the piston head is equipped with a disk-like plate, roughly bell-shaped in outline, with a height that slopes down towards the outlet channels. The boundary curves el, e of the outline are preferably formed by a, expediently approximately semicircular
Rounding t connected to each other.
EMI2.1
the flushing channels jS'i meets, with a plan view of the piston. FIG. 8 shows a longitudinal section through the cylinder including the piston with a schematic representation of the flushing process according to the invention.
According to the invention, this is divided into the following three main stages:
1st stage, according to Fig. 5 and 8:
EMI2.2
can enter the cylinder. The detergent is deflected smoothly against the rear cylinder wall a1 by the guide device c, u. betw. so that the rinsing agent flows j!, 2 would meet and unite beyond the rear cylinder wall. They then flow along the rear cylinder wall up to the cylinder head and from there in the direction towards the outlet ducts A, A2, as is illustrated in FIG. 8.
2nd stage, according to Fig. 6 and 8:
The working piston is now just before the bottom dead center. Since the greatest height of the Leitvorriehtung is expediently according to the invention approximately as great as the greatest height of the flushing channels, part of the flushing agent now flows over the guide device, and the like. between those points where the height of the guide device is less than that of the flushing slots. These partial flows 1 b, 2 b are thus deflected less strongly than the partial flows 1 a, 2a which supplement these flows to form the total flush flow 1, 2. They therefore take approximately the direction shown in FIGS. 6 and 8. In doing so, as they flow up against the cylinder head, they flush the residual airbag 4 that had existed from the 1st stage of the flushing
EMI2.3
indicates.
3rd stage, according to Fig. 7 and 8:
The working piston is now in the lower dead position. Part of the detergent flows, as it was described in the first stage; a further part flows like the 2nd stage, while the remaining part flows towards the middle of the cylinder without noticeable deflection by the guide device (partial flows 1c, 2c) and then flows up to the cylinder head. The small amount of exhaust gas existing from the 2nd stage is completely expelled.
When piston b is reversed (upstroke), repeat the three stages in reverse order. The reversal of the sequence is extremely important because it simultaneously directs the flushing flows more and more against the rear cylinder wall and keeps them away from the outlet. With the invention, therefore, excellent flushing is achieved with a reduction in outflow losses.
The heights of the guide device c of the piston are selected to be greater, the greater the angle that the flushing channels occupy with the horizontal. The rear cylinder wall does not need to be solid, as in the exemplary embodiment. There can also be additional flushing and loading sockets
<Desc / Clms Page number 3>
be provided, which open into the cylinder at best steeply upwards. Their streams are best in such a way that they line up the partial streams 1 a and 2 a or 1 b and 2 b.
According to the invention, the shape and mass distribution of the guide device c is selected such that the center of gravity of the same falls within the cylinder axis. This prevents the piston from tipping over.
In order to achieve the lightest possible piston, according to the invention, the part b1 of the piston adjacent to the outlet channels is made flat and the guide device c is approximately dovetail-like, as shown in FIG. 9, for example, where the guide device consists only of two interconnected webs. In this way a working piston can be realized, the weight and surface of which are hardly greater than that of a flat piston without a guide device; the combustion chamber of the machine can also be shaped as desired.
FIGS. 11-15 of the drawing show further exemplary embodiments of the machine according to the invention, in which the rear cylinder wall al further, preferably steeply upwardly directed, flushing or flushing. Loading slots open out, the flows of which serve to improve the cylinder filling or flushing, preferably to erect and support the flows coming from the other flushing channels. In FIG. 12, which shows a cross-section to FIG. 11, a single, steeply upwardly directed flushing channel 83 is provided on the rear cylinder wall a1, the flow of which merges with the partial flows 1a of the flushing channels i and 82.
13-15 show further preferred embodiments in which the currents coming from the scavenging ducts 83 and 84 and flowing to the cylinder head improve the stability of the overall flow.
The invention is suitable for two-stroke mixed and two-stroke diesel engines and is used to advantage both in crank chamber engines and in machines with a special charge pump. The flushing channels are drawn at the same height in the figures. Instead, they can also be designed with a decreasing height, as shown in FIG. According to the invention, the upper control edge should decrease to the same extent as the height of the guide device c. As a result, the flushing flows adapt particularly well to the cylinder spaces to be flushed out.
PATENT CLAIMS: -
1. Two-stroke internal combustion engine with Schlitzspii1ung, in which flushing and loading channels are arranged on both sides of the outlet channels and flushing agent flows are directed against the cylinder wall opposite the outlet channels, characterized in that the working piston (b) with a disk-like guide device (c) of bells -or is equipped with a dovetail-shaped outline which changes the direction of the detergent flows (1b, 2b) through the movement of the piston (b), so that the detergent sweeps the entire cylinder.