Zweitalitbr ennkraftmasehine. Die Erfindung bezieht sich 'auf eine Zweitaktbrennkraftmaschine mit Luftspülung, Brennstoffeinspritzung und Fremdzündung, bei der die Einspritzdüse und die Zündkerze ein ander gegenüberliegend am Umfang des Zy- linderkopfbodens angeordnet sind, wobei die Einspritzdüse schräg zur Zylinderachse ge neigt ist.
Die Erfindung geht von der bekannten Tatsache aus, dass es, insbesondere bei Zwei- taktbrennkraftmaschinen, schwierig ist, im Zündzeitpunkt ein den Zylinderraum aus füllendes, gleichartig beschaffenes und leicht zündbares Gemisch herbeizuführen. Der Grund hierzu liegt im kurzen zur Verfügung stehen den Zeitraum, der bei weitem nicht ausreicht, um die gewünschte vollständige Aufbereitung des eingespritzten Brennstoffes zu einem Brenngas sicherzustellen, das die für eine sichere Zündung notwendige Zusammensetzung aufweist.
Um nun die angestrebte Gemisch bildung zu fördern, macht man sich bei einer bekannten Maschine der angegebenen Art die Spülluftströmung zunutze, und zwar dahin gehend, dass deren Begrenzungsenergie in ge eigneter Weise zur Gemischbildung heran gezogen wird. Dies wird durch die Wirbel walze erreicht, die sich bei dieser Maschine nach Abschluss der Auslassschlitze einstellt und die den eingespritzten Brennstoff mit sich reisst, so dass er sich im Bereich dieser Wirbel walze mit Frischluft vermengen und gleich zeitig verdampfen kann.
Obschon durch diese Ausführung eine gründlichere Aufbereitung des Brennstoffes ermöglicht wird, so kann trotzdem unter Umständen der Fall eintreten, dass die Zündkerze - aus den eingangs an geführten Gründen - im Augenblick der Zündung von einem schwerer entzündbaren Gemisch umgeben ist, was die sichere Zün dung des gesamten Brenngases in Frage stellt.
Die Erfindung ermöglicht die Schaffung sicherer Zündverhältnisse. Sie besteht darin, dass der gegen den Boden des Zylinderkopfes gerichtete Spülstrom nach der Zündkerze bin umgelenkt wird, um den vom Spritzkegel gebildeten Randwirbel ein der dem Zylinder kopf zugekehrten Seite zu erfassen und ihn an die die Zündkerze aufnehmende Stelle des Zylinderraumes zu verdrängen. Die Er findung macht sich somit einerseits den Rand wirbel und anderseits die Spülströmung zu nutze, um eine zuverlässige Zündung zu er reichen.
Der Randwirbel., der sich beim Ein spritzen des Breimstoffes zwangläufig am Umfang des Brennstoffstrahls ausbildet, be steht nämlich erfahrungsgemäss aus einem Brenngas, das bereits die für eine rasche Zündung erforderliche Zusammensetzung be sitzt. Wird er daher von der Spülströmung erfasst und nach der Zündkerze hin verdrängt, so sind deren Elektroden im Zündzeitpunkt stets von einer Schicht zündfähigen Clemisches umgeben.
Da dieser Transport zündfälligen Gemisches an die die Zündkerze aufnehmende Stelle des Zylinderraumes von der Belastung der Maschine weitgehend unabhängig ist, so bleiben die sicheren Zündverhältnisse auch bei geänderten Betriebszuständen der illa- schine aufrechterhalten. Insbesondere wird es durch die Erfindung hinfällig, auf eine bestimmte, nur schwer zu erreichende Ge mischzusammensetzung hinzuwirken.
Der Gegenstand der Erfindung ist in der Zeichnung in einem Ausführungsbeispiel näher veranschaulicht. Es zeigen Fig. 1 einen lotrechten Hauptschnitt durch den Zylinder einer Zweitaktbrennkraftmaschine im Augenblick der Einspritzung, Fig. \? einen entsprechenden Schnitt im Augenblick der Zündung, Fig. 3 den zugehörigen Schnitt längs der Linie 111-III in Fig. 1 und Fig. 4 das zugehörige Zeitdiagramm.
Bei der dargestellten Zweitaktmaschine ist der Zylinderkopf 3 in üblicher Weise auf den Zylinder 7 aufgesetzt, in dein der Ar beitskolben 8 läuft. Im Zylinderkopf 3 sind die schräg zur Zylinderachse geneigte Ein spritzdüse 2 und die Zündkerze 4 einander gegenüberliegend am Umfang des Zylinder kopfbodens eingesetzt;
die Einspritzdüse 2 an der Seite der Zylinderhinterwand 7' an der Spritzstelle und die Zündkerze 4 an der Seite der Zylindervorderwand 7" an der Zündstelle des Brennraumes. In der Zylinder vorderwand 7" sind die Einlassschlitze 10 zu beiden Seiten der Auslassschlitze 11 und an nähernd in gleicher Höhe wie diese ange ordnet;
die Einlassschlitze 10 sind hierbei gegen die Hinterwand 7' ausgerichtet, so dalJ die Spülluft längs dieser Wand gesammelt gegen den Boden des Zylinderkopfes 3 zu strömt (einseitige Uinkebrspülung). Die Ein lassschlitze 10 können aber auch - wie strichpunktiert angedeutet - in die Hinter wand 7' verlegt und gegen den Zylinder kopf 3 ausgerichtet sein, so dass die Spülluft unmittelbar längs dieser Wand nach oben strömt (hochhügelige Querspülung).
Der Brenn stoff wird schräg nach abwärts in Form eines breiten Spritzkegels K in den Zylinderraum eingespritzt; der Kegel K zerfällt nach einer gewissen Länge unter Bildung eines kranz- förmigen Randwirbels T6', der zündfähiges Gemisch enthält. Das Randwirbelgeinisch untersteht hierbei sowohl dem Einfluss des Spülstromes S als auch des Verdichtungs- stromes I'.
Wie aus Fig. 4 hervorgeht, be ginnt die Ausspülung des Zylinderraumes E. etwa bei einem Kurbelwinkel von<B>55"</B> vom untern Totpunkt und ist etwa bei<B>551</B> nach unterem Totpunkt E, beendet, während der Auslass etwa bei 60 vor unterem Totpunkt Aa öffnet und etwa bei<B>601)</B> nach unterem Tot punkt AZ schliesst.
Die Einspritzung des Brenn stoffes beginnt kurz vor Abschluss der Spü lung etwa bei 40 nach unterem Totpunkt S" und endet weit nach Abseblufi der Auslass- scllitze 11 etwa bei<B>900</B> nach unterem Tot punkt .S'.,,. Die Zündung erfolgt etwa bei 30 vor oberem Totpunkt Z.
Bewegt sich der Arbeitskolben 8 von seiner untersten Kurbel stellung nach aufwärts, so bläst der Spül strom S, der nach der Zündkerze umgelenkt wird und der sieh noch in voller Bewegung befindet, den Randwirbel YT', der den flüch- tigsten Teil des Spritzkegels Ii bildet, von diesem weg. Er erfasst den Randwirbel an der dein Zylinderkopf zugekehrten Seite.
Das Randwirbelgemisch wird in Form eines feinen Brennstoffnebels nach dem obern Rand der Zylinderwand 7" also nach der die Zünd kerze aufnehmenden Stelle verdrängt, wo es sich aufschichtet. Diese Brennstoffnebel sam meln sich, solange die Einspritzung anhält und der Spülstrom in Bewegung bleibt, zwangs läufig an der Zündstelle 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 an der Zündstelle zusammen (Teil raum 1).
Der weniger flüchtige Teil des Spritz- kegels, 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 Be lastungszustand der Maschine entweder zu fett oder zu mager ist und daher nicht un mittelbar gezündet werden könnte. Dieses Gemisch füllt die Wirbelebene des Zylinders 7 aus und lagert sich schliesslich unter dem Einfluss des Verdichtungsstromes V dem Rand wirbelgemisch an (Teilraum 11).
Die "vom Spülstrom S nicht erfassten Zonen des Zy linderraumes zu beiden Seiten der Wirbel ebene enthalten die mit den Abgasen ver mengte restliche Spülluft. Diese wird im wesentlichen gemischfrei durch den Verdich tungsstrom V nach der der Zündstelle gegen überliegenden Spritzstelle verdrängt (Teil raum III). Es lässt sich also unter Mitwirkung des Spülstromes S und des Verdichtungs stromes 6' eine Schichtung der Ladung (Teil räume<I>I,</I> II, III) herbeiführen, die eine un bedingt sichere Zündung der Maschine,
auch bei wechselnder Drehzahl oder Belastung gewährleistet.
Bei den gewählten Spülarten (einseitige Umkehrspülung, hochhügelige Querspülung) setzt sich der beschriebene Vorgang auch nach Abschluss BZ der Einlassschlitze 10 bis zum Ende der Einspritzung SZ fort; denn der Spülstrom ,8 wird ja nicht plötzlich abge stoppt, sondern läuft in Form einer (strich punktiert angedeuteten) Wirbelwalze 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 an die Zünd- stelle geblasen, während gleichzeitig weniger flüchtiger Brennstoffnebel aus dem gern des Brennstoffkegels K in die Wirbelwalze des Spülstromes S hineingerissen wird und mit dieser umläuft, und mit zunehmender Ver dichtungsströmung dem zündfähigen Gemisch der Zündstelle angelagert zu werden.
Die Zündstelle ist in diesem Falle vorteilhaft die, an der Auslassseite liegende Stelle des Brenn raumes, da diese eine Staustelle für den Spül strom Sund eine tote Stelle für die Wirbel- walze bildet. An dieser Stelle vermag der Randwirbelnebel sich daher besonders leicht zu sammeln und bis zum Zündzeitpunkt Z zu verharren.
Secondary combustion engine. The invention relates to a two-stroke internal combustion engine with air purging, fuel injection and external ignition, in which the injection nozzle and the spark plug are arranged opposite one another on the circumference of the cylinder head base, the injection nozzle being inclined at an angle to the cylinder axis.
The invention is based on the known fact that it is difficult, particularly in the case of two-stroke internal combustion engines, to bring about a mixture that fills the cylinder chamber, has the same structure and is easily ignitable at the ignition point. The reason for this lies in the short time available, which is by no means sufficient to ensure the desired complete processing of the injected fuel into a fuel gas which has the composition necessary for reliable ignition.
In order to promote the desired mixture formation, one makes use of the scavenging air flow in a known machine of the specified type, namely to the extent that its limiting energy is used in a suitable manner for mixture formation. This is achieved by the vortex roller, which is set in this machine after the outlet slots have been closed and which carries the injected fuel with it so that it can mix with fresh air in the area of this vortex roller and evaporate at the same time.
Although this design enables a more thorough preparation of the fuel, it may still happen that the spark plug - for the reasons mentioned at the beginning - is surrounded by a more difficult to ignite mixture at the moment of ignition, which ensures reliable ignition of the entire fuel gas in question.
The invention enables the creation of safe ignition conditions. It consists in the fact that the flushing flow directed towards the bottom of the cylinder head is diverted after the spark plug in order to capture the edge vortex formed by the spray cone on the side facing the cylinder head and to displace it to the location of the cylinder chamber where the spark plug is received. The He-making thus on the one hand eddy the edge and on the other hand to use the flushing flow to reach a reliable ignition to he.
The edge vortex., Which is inevitably formed when the pulp is injected on the circumference of the fuel jet, experience has shown that it consists of a fuel gas that already has the composition required for rapid ignition. If it is therefore caught by the flushing flow and displaced towards the spark plug, its electrodes are always surrounded by a layer of ignitable clemics at the time of ignition.
Since this transport of the ignitable mixture to the point in the cylinder chamber that receives the spark plug is largely independent of the load on the machine, the safe ignition conditions are maintained even if the operating conditions of the machine change. In particular, the invention makes it unnecessary to work towards a specific, difficult-to-achieve mixed composition.
The object of the invention is illustrated in more detail in the drawing in an exemplary embodiment. 1 shows a main vertical section through the cylinder of a two-stroke internal combustion engine at the moment of injection, FIG. a corresponding section at the moment of ignition, FIG. 3 the associated section along the line III-III in FIG. 1 and FIG. 4 the associated timing diagram.
In the illustrated two-stroke engine, the cylinder head 3 is placed in the usual way on the cylinder 7, in which the Ar beitskolben 8 runs. In the cylinder head 3, the inclined to the cylinder axis A spray nozzle 2 and the spark plug 4 are inserted opposite one another on the circumference of the cylinder head base;
the injection nozzle 2 on the side of the cylinder rear wall 7 'at the injection point and the spark plug 4 on the side of the cylinder front wall 7 "at the ignition point of the combustion chamber. In the cylinder front wall 7" are the inlet slots 10 on both sides of the outlet slots 11 and approaching in the same amount as this is arranged;
the inlet slots 10 are aligned here against the rear wall 7 ', so that the scavenging air, collected along this wall, flows towards the bottom of the cylinder head 3 (unilateral flushing). The A lassschlitze 10 can also - as indicated by dash-dotted lines - placed in the rear wall 7 'and aligned against the cylinder head 3, so that the scavenging air flows upwards directly along this wall (hilly transverse scavenging).
The fuel is injected obliquely downwards in the form of a wide spray cone K into the cylinder space; the cone K disintegrates after a certain length with the formation of a ring-shaped tip vortex T6 'which contains an ignitable mixture. The tip vortex is subject to the influence of both the flushing flow S and the compression flow I '.
As can be seen from FIG. 4, the flushing of the cylinder chamber E begins approximately at a crank angle of <B> 55 "from bottom dead center and ends approximately at <B> 551 </B> after bottom dead center E. , while the outlet opens at about 60 before bottom dead center Aa and closes at about <B> 601) </B> after bottom dead center AZ.
The injection of the fuel begins shortly before the end of the scavenging, approximately at 40 after bottom dead center S "and ends well after the exhaust slot 11 is closed at approximately <B> 900 </B> after bottom dead center .S '." The ignition takes place at about 30 before top dead center Z.
If the working piston 8 moves upwards from its lowest crank position, the flushing flow S, which is deflected towards the spark plug and which is still in full motion, blows the tip vortex YT ', which forms the most volatile part of the spray cone Ii , away from this. It captures the tip vortex on the side facing your cylinder head.
The tip vortex mixture is displaced in the form of a fine fuel mist towards the upper edge of the cylinder wall 7 ″, i.e. towards the point where the spark plug is received, where it is piled up. This fuel mist collects as long as the injection continues and the flushing flow remains in motion at the ignition point of the combustion chamber, so that it is completely filled with an ignitable mixture.The compression flow V which begins during the further upward stroke of the working piston 8 compresses the ignitable mixture at the ignition point (subspace 1).
The less volatile part of the spray cone, that is, the fuel particles in its core, are caught and carried along by the purge air flow S; They form a mixture with the scavenging air which, depending on the load condition of the machine, is either too rich or too lean and therefore could not be ignited immediately. This mixture fills the vortex plane of the cylinder 7 and is finally deposited on the edge vortex mixture under the influence of the compression flow V (subspace 11).
The "zones of the cylinder space not covered by the flushing flow S on both sides of the vortex plane contain the remaining purge air mixed with the exhaust gases. This is displaced essentially without a mixture by the compression flow V to the injection point opposite the ignition point (part room III). . With the help of the flushing flow S and the compression flow 6 ', a stratification of the charge (subspaces <I> I, </I> II, III) can be brought about, which ensures an unconditionally safe ignition of the machine,
guaranteed even with changing speed or load.
In the case of the selected flushing types (one-sided reverse flushing, high-hilly transverse flushing), the described process continues even after completion BZ of the inlet slots 10 until the end of the injection SZ; because the flushing flow, 8 is not suddenly stopped ab, but runs in the form of a (dash-dotted line) vortex roller in the vortex plane of the cylinder 7 around.
Therefore, even after the flushing has ended, volatile fuel mist continues to be released from the constantly renewing edge vortex W of the fuel cone K and blown to the ignition point, while at the same time less volatile fuel mist from the like of the fuel cone K is torn into the vortex roller of the flushing flow S and with this rotates, and with increasing compression flow Ver to be attached to the ignitable mixture of the ignition point.
In this case, the ignition point is advantageously the point of the combustion chamber on the outlet side, since this forms a stagnation point for the scavenging flow and a dead point for the vortex roller. The tip vortex mist can therefore collect particularly easily at this point and remain there until ignition point Z.