Zweitakt-Brennkr aftmaschine mit zentraler Spülströmung. Es sind Zweitakt-Brennkraftmaschinen bekannt, bei denen im gern des auszuspülen den Arbeitszylinders eine hochgerichtete, in der Zylinderlängsachse verlaufende Spül strömung erzeugt werden muss. Es ist dies bei den Maschinen mit zentraler Umkehr spülung und bei den Maschinen mit Längs spülung der Fall.
Bei diesen Maschinen ist es bekannt, die zu den vom Arbeitskolben über steuerten Eintrittsöffnungen für die Spül luft führenden Kanäle auf dem Umfang des untern Zylinderendes radial oder nur leicht tangenHal anzuordnen und diese gegenüber der Längsachse aufwärts zu richten.
Es sind auch Maschinen bekannt, bei denen diese Spülluftkanäle parallel zum Kol benboden gerichtet sind, also bei flachem Kolbenboden horizontal, bei konkavem Kol benboden leicht abwärts, bei konvexem Kol benboden aufwärts, also in jedem Fall tan- gential an den äussern Kolbenrand.
Mit diesen Anordnungen der für die Er zeugung der hochgerichteten Strömung im Zylinderkern bestimmten Eintrittskanäle für die Spülluft begegnet man aber Schwierig keiten, die gewünschte Strömungsform zu er reichen, weil beim teilweisen Freilegen der bffnungen durch den Kolbenrand eine Ab lösung der Strömung vom Kolbenboden auf tritt, welche die Strömung gerade im kriti schen Zeitpunkt des Spülbeginns, in dem ein sicherer Einsatz dieser Hochspülung beson ders wichtig ist, unstabil und unsicher macht.
Erfahrungsgemäss sind solche Spülströ mungen nur stabil, wenn die Luft an der äussern Strömungsperipherie durch Wand partien des auszuspülenden Zylinderraumes geführt wird. Für die hochzurichtende zen trale Spülströmung in den genannten Maschi- nengattungen sollte aber besonders zu Beginn der Spülung der Kolbenboden diese periphere Führung übernehmen. Bei Ablösung der Spülluft vom Rand des Kolbenbodens be steht bei den Maschinen mit zentraler Um kehrspülung auch die Gefahr,
dass eine Kurz- schlussströmung direkt zu den Auslass- schlitzen hin sich einstellt; die den Spül erfolg sehr stark herabmindert.
Gemäss der vorliegenden Erfindung wird nun eine sichere Führung der im Zylinder kern hochzurichtenden Spülluft auch bei Spülbeginn dadurch erreicht, dass wenigstens ein Teil der angenähert radial gerichteten, zu den Spülöffnungen führenden Kanäle abwärts gegen die Stirnfläche des die Spül öffnungen übersteuernden Arbeitskolbens ge richtet sind.
Bei Zweitakt-Brennkraftmaschinen mit zentraler Umkehrspülung, bei welchen gegen den äussern Totpunkt vom Arbeitskolben zu nächst die am Zylinderumfang angeordneten Auslassöffnungen und hierauf die Spülluft öffnungen freigelegt werden, kann eigne sichere Ausbildung der zentralen hochgerich teten Spülströmung dadurch erreicht werden, dass wenigstens die den Auslassöffnungen am nächsten liegenden Spülluftkanäle abwärts gegen die Stirnfläche des Arbeitskolbens ge richtet sind.
Bei Zweitakt-Brennkraftmaschinen mit Längsspülung, bei welchen ein Teil der Spül luftkanäle zur Ausspülung der äussern Zy- linderpartie tangential in den Zylinder ein münden, und die andern, der äussern Tot punktlage näher liegenden Kanäle zur Aus spülung des Zylinderkernes angenähert ra dial gerichtet sind, gelingt es, die den Zylin derkern erfassende Spülströmung dadurch sicherer und stabiler zu gestalten, dass diese letzteren Spülluftkanäle abwärts gegen die Stirnfläche des Arbeitskolbens gerichtet sind.
Bei Zweitakt-Brennkraftmaschinen, so wohl mit zentraler Umkehrspülung wie mit Längsspülung, bei denen in der Mitte des Kolbenbodens eine Brennraumhöhlung vor gesehen ist, lässt sich ebenfalls eine wesent liche Verbesserung der zentralen, hoch gerich teten Spülströmung durch Abwärtsrichten der angenähert radial angeordneten Spülluft kanäle erreichen.
Es ist zweckmässig, diese abwärts gerichteten Kanäle hierbei derart zu richten, dass die ganze durch diese in den Zylinder strömende Spülluft auch in der äussern Totpunktlage des Arbeitskolbens auf die ausserhalb der Brennraumhöhlung lie gende Fläche des Kolbenbodens auftrifft.
Bei Vorhandensein einer Brennraum- höhlung im Kolben ist es besonders schwie rig, bei aufwärts gerichteten oder tangential an den Kolbenboden gerichteten Spülluft kanälen eine allseitig symmetrisch zur Zylin derlängsachse verlaufende Kernspülung zu erreichen. Dies ist besonders beim Spül beginn der Fall, wo ein Ablösen der Strö mung vom Kolbenrand auftritt, wobei der Ablösungswinkel nicht. auf dem ganzen Um fang gleich gross sein wird und von Zufällig keiten abhängt. Die Kernströmung kann sich also einseitig aus der Zylindermitte verla gern und einen geregelten Verlauf der Spü lung stören.
Bei abwärts gerichteten radialen Spülluftkanälen, mit welchen auch schon bei Beginn der Spülung die Luft über den Kol benboden hinw egstreicht, kann viel leichter ein gleichmässiges Aufstauen und Hochrich ten der Strömung in der Zylinderachse er reicht werden.
Das Abwärtsrichten der Spülluftkanäle gemäss der Erfindung hat noch den zusätz lichen Vorteil, dass der Kolbenboden durch den unmittelbar über ihn hinweo;streiehenden Spülluftstrom wirksam gekühlt wird. Ist eine Brennraumhöhlung im Kolben vorhan den, so wird sich diese zusätzliche Kühlung besonders günstig auf den thermisch hoch beanspruchten Rand dieser Höhlung aus wirken.
Bei Vorhandensein einer Brennraum- höhlung im Kolben wird durch die beschrie bene Massnahme auch die Ausspülung dieser Höhlung begünstigt.
Die Zeichnung zeigt verschiedene Ausfüh rungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes. Fig. 1 zeigt schematisch einen Schnitt durch eine Maschine mit zentraler Umkehr spülung.
Fig. 2 zeigt im Grundriss einen Schnitt nach der Linie II-II der Fig. 1 durch eine Reihe der Spüllufteintrittskanäle. Fig. 3 zeigt schematisch eine Anordnung für den Eintritt der Spülluft bei Spülbeginn bei aufwärts gerichtetem Lufteintrittskanal.
Fig. 4 zeigt schematisch eine Anordnung mit abwärts gerichtetem Spülluftkanal.
Fig. 5 zeigt einen Schnitt durch eine Ma schine mit Längsspülung.
Fig. 6 und 7 zeigen im Grundriss Schnitte nach den Linien VI-VI und VII-VII der Fig. 5 durch die beiden Reihen von Spülluft kanälen.
Bei der in Fig. 1 und 2 gezeigten Ma schine mit zentraler Umkehrspülung werden von dem in Zylinder 1 gegen den äussern Tot punkt hin sich bewegenden Arbeitskolben 2 zunächst auf dem ganzen Zylinderumfang angeordnete Auslassöffnungen 3 freigelegt.
Nach der Entspannung der Verbrennungs gase legt dann der Kolben die Öffnungen der Spülluft-Eintrittskanäle 4, 5 frei, die bei dem gezeigten Beispiel in zwei Reihen auf dem Zylinderumfang angeordnet sind. Diese Kanäle durchdringen die Zylinderwand im Grundriss Fig. 2 gesehen in radialer Rich tung und sind im Schnitt Fig. 1 abwärts gegen die Stirnfläche 6 des Arbeitskolbens 2 gerichtet. Bei dem gezeigten Beispiel ist im Kolbenoberteil die Brennraumhöhlung 7 vor handen.
Die Lufteintrittskanäle 4 und 5 sind so abwärts gerichtet, dass die ganze durch sie in den Zylinderraum strömende Spülluft auch in der äussern Totpunktlage, in der der Kolben 2 in Fig. 1 gezeichnet ist, auf der Stirnfläche 6 ausserhalb der Brennraum höhlung auftrifft und die Luftströmung an ihrer Peripherie von dieser Kolbenpartie ge führt wird. Während der ganzen Zeit der Freilegung der Öffnungen der Kanäle 4 und 5 tritt die Spülluft unter Überdruck in den Zylinderraum in der durch Stromlinien an gedeuteten Richtung ein, strömt abwärts gegen den Kolbenboden,
trifft auf diesem auf, breitet sich gleichmässig über diesem aus und strömt von allen Seiten gegen die Zy linderachse, um dort sich aufstauend im Kern des Zylinders hoch gerichtet gegen den Zylinderboden 13 zu strömen. Am Zylinder boden 13 umgelenkt, strömt die Luft wieder radial nach aussen und der äussern Zylinder wand entlang abwärts den Auslassöffnungen 3 zu, durch welche die ausgespülten Verbren nungsgase und die überschüssige Spülluft den Zylinder verlassen.
Die schematische Fig. 1 zeigt deutlich die Wichtigkeit einer stabilen, aufwärts gerich teten Luftsäule im gern des Zylinders. Insbesondere in der Gegend unmittelbar über dem Kolbenboden soll eine Kurzschluss- strömung der Luft direkt gegen die Auslass- öffnungen hin vermieden werden. Der kri tische Zeitpunkt liegt bei Beginn der Spu- 1ung, wo der Kolbenrand die obersten, den Auslassöffnungen 3 benachbarten Spülluft kanäle 4 zu öffnen beginnt.
Statt zwei Reihen von Spülluftkanälen 4 und 5 kann auch nur eine Reihe entspre chend grösserer abwärts gerichteter Kanäle vorgesehen werden. Bei zwei oder mehr Reihen von Spülluftkanälen können auch nur die obersten, den Auslassöffnungen am nächsten liegenden Kanäle abwärts gegen die Stirnfläche des Kolbens gerichtet werden, die untern hingegen parallel zur' Kolbenstirn fläche verlaufen.
Die Strömungsverhältnisse, wie sie im be sagten Zeitpunkt an der kritischen Stelle herrschen, sind in Fig. 3 für eine bisherige Ausführung mit aufwärts gerichteten Spül luftkanälen und in Fig. 4 für die neue Aus führung mit abwärts gerichteten Spülluft- kanälen dargestellt.
Wie Fig. 3 zeigt, wird bei aufwärts ge richteten Spülluftkanälen 9 bei Spülbeginn die in den Zylindereintretende Luft von der Kante des Kolbens 2 sich ablösend in-die, Nähe des mit grosser Geschwindigkeit den Auslassöffnungen 3 zustrebenden -Abgas stromes gelangen und von diesem mitgerissen werden.
Damit ist eine den Spülverlauf -sehr schädigende Kurzschlussströmung entstanden: Bei der in Fig. 4 gezeigten neuen Anordnung der Spülluftkanäle 10; weiche nach abwärts gegen die Stirnfläche 6 des Kolbens 2 gerich tet sind, legt sich -bereits zu Beginn- der Spü lung die Spülluft, wie dargestellt, an die Stirnfläche 6 des Kolbenbodens 2 an und wird von dieser geführt. Eine Kurzschluss- strömung ist damit mit Sicherheit vermieden.
Der Winkel a, den die Achse der Kanäle 10 mit der Stirnfläche 6 des Kolbens einschliesst, kann erfahrungsgemäss recht klein, in der Regel unter 20 , gehalten werden, so dass die Einbusse an Querschnitt durch die Ab wärtsneigung der Kanäle 10 recht klein bleibt.
Die Fig. 5, 6 und 7 zeigen die Anwen dung des Erfindungsgedankens auf eine an sich bekannte Maschine mit Längsspülung. Der Auslass der Verbrennungsprodukte und der ausgespülten Gase erfolgt durch im Zy linderboden 13 angebrachte Auslassventile 14, der Eintritt der Spülluft durch am untern Zylinderende vom Kolben 2 übersteuerte Einlasskanäle 11 und 12. Die beim Aus wärtsgang vom Kolben zunächst freigelegten Einlasskanäle 11 sind, wie aus Fig. 6 ersicht lich, in bekannter Weise tangential in den Zylinder gerichtet.
Der durch diese eintreten den Spülluft wird eine kreisende Bewegung erteilt, so dass von diesem Teil der Luft die äussere Zylinderpartie ausgespült wird. Der zentrale Luftstrom, der die Ausspülung des Zylinderkernes zu besorgen hat, wird von der Luft gebildet, welche durch die untere Reihe der Einlasskanäle 12, die, wie Fig. 7 zeigt, radial gerichtet sind, eintritt. Da eine sichere Ausbildung dieser zentralen Luft säule für den Spülerfolg sehr wichtig ist, sind die Kanäle 12 abwärts gegen die Stirn fläche 6 des Arbeitskolbens 2 gerichtet.
Die Kanäle 11 können, wie gezeichnet, ebenfalls abwärts gerichtet sein, sie können aber auch horizontal oder aufwärts gerichtet werden. In diesen beiden letzteren Fällen fällt jedoch für gleichen 'Öffnungsquerschnitt der Nutz hub der Maschine etwas kürzer aus.
An Stelle der Kanalreihen 11 und 12 können je zwei oder mehr Reihen von Ka nälen angeordnet sein.
Statt der in den Zeichnungen gezeigten runden Bohrungen für die Spülluftkanäle können auch solche beliebiger Querschnitts form angewendet werden. Dasselbe gilt für die Auslassöffnungen, die z. B. statt des ge- zeigten rechteckigen Querschnittes, runden Querschnitt erhalten können.
An Stelle einer ebenen Stirnfläche des Kolbens kann auch eine kegelige, konkave oder konvexe Form derselben treten, wobei aber die für ein Auftreffen der Luft auf dieser Fläche bestimmten Kanäle mit einer entsprechenden Neigung gegen die Auftreff- fläche zu richten sind.
Two-stroke internal combustion engine with central flushing flow. There are two-stroke internal combustion engines are known in which in the like of the rinsing the working cylinder an upright scavenging flow running in the longitudinal axis of the cylinder must be generated. This is the case with machines with central reverse flushing and with machines with longitudinal flushing.
In these machines, it is known to arrange the channels leading to the from the working piston via controlled inlet openings for the scavenging air on the circumference of the lower end of the cylinder radially or only slightly tangential and to direct them upwards relative to the longitudinal axis.
There are also machines known in which these scavenging air ducts are directed parallel to the piston bottom, ie horizontally with a flat piston head, slightly downwards with a concave piston and upwards with a convex piston, so in any case tangential to the outer piston edge.
With these arrangements of the inlet channels for the scavenging air intended for generating the upward flow in the cylinder core, however, difficulties are encountered in achieving the desired flow shape, because when the openings are partially exposed by the piston rim, the flow is detached from the piston crown. which makes the flow unstable and unsafe, especially at the critical point in time of the start of flushing, in which the safe use of this high flush is particularly important.
Experience has shown that such flushing flows are only stable if the air at the outer flow periphery is passed through wall parts of the cylinder space to be flushed. For the central flushing flow to be raised in the machine types mentioned, however, the piston crown should take over this peripheral guidance, especially at the beginning of flushing. If the purging air is detached from the edge of the piston crown, there is also the risk of machines with central reverse purging
that a short-circuit flow occurs directly towards the outlet slots; which greatly reduces the flushing success.
According to the present invention, reliable guidance of the scavenging air to be directed up in the cylinder core is achieved even at the start of scavenging in that at least some of the approximately radially directed channels leading to the scavenging openings are directed downwards against the end face of the working piston overriding the scavenging openings.
In two-stroke internal combustion engines with central reverse scavenging, in which the outlet openings arranged on the cylinder circumference and then the scavenging air openings are exposed towards the outer dead center of the working piston, a secure formation of the central high-directional scavenging flow can be achieved by at least the outlet openings on the The next lying scavenge air ducts are directed downwards against the face of the working piston.
In two-stroke internal combustion engines with longitudinal scavenging, in which some of the scavenging air channels for scavenging the outer cylinder section open tangentially into the cylinder, and the other channels, which are closer to the outer dead center, are oriented approximately radially for scavenging the cylinder core, it is possible to make the scavenging flow, which captures the cylinder core, safer and more stable in that these latter scavenging air channels are directed downwards against the end face of the working piston.
In two-stroke internal combustion engines, both with central reverse scavenging and with longitudinal scavenging, in which a combustion chamber cavity is seen in the center of the piston head, a substantial improvement in the central, highly directed scavenging flow can also be achieved by moving the scavenging air channels downwards .
It is advisable to direct these downward channels in such a way that all of the scavenging air flowing through them into the cylinder hits the piston head surface outside the combustion chamber cavity even in the outer dead center position of the working piston.
In the presence of a combustion chamber cavity in the piston, it is particularly difficult to achieve core scavenging that runs symmetrically on all sides to the longitudinal axis of the cylinder when the scavenging air channels are directed upwards or tangentially to the piston crown. This is particularly the case at the start of flushing, where a separation of the flow occurs from the piston edge, the separation angle not. will be of the same size across the board and will depend on coincidences. The core flow can therefore shift from the center of the cylinder on one side and disrupt a regulated course of the flushing.
With downwardly directed radial scavenging air channels, with which the air sweeps over the piston bottom even at the start of scavenging, it is much easier to achieve an even damming up and upward direction of the flow in the cylinder axis.
The downward direction of the scavenging air ducts according to the invention also has the additional advantage that the piston crown is effectively cooled by the scavenging air flow which is directly over it. If there is a combustion chamber cavity in the piston, this additional cooling will have a particularly beneficial effect on the edge of this cavity, which is subject to high thermal loads.
If a combustion chamber cavity is present in the piston, the measure described also promotes the flushing of this cavity.
The drawing shows various exemplary embodiments of the subject matter of the invention. Fig. 1 shows schematically a section through a machine with central reverse flush.
Fig. 2 shows in plan a section along the line II-II of Fig. 1 through a row of the scavenging air inlet channels. Fig. 3 shows schematically an arrangement for the entry of the scavenging air at the start of scavenging with the air inlet channel pointing upwards.
Fig. 4 shows schematically an arrangement with a downwardly directed scavenge air duct.
Fig. 5 shows a section through a Ma machine with longitudinal flush.
Fig. 6 and 7 show in plan sections along the lines VI-VI and VII-VII of FIG. 5 through the two rows of scavenging air channels.
In the machine shown in Fig. 1 and 2 with central reverse flushing of the working piston 2, which moves in cylinder 1 towards the outer dead point, outlet openings 3 are initially exposed over the entire cylinder circumference.
After the combustion gases have expanded, the piston then exposes the openings of the scavenging air inlet channels 4, 5, which in the example shown are arranged in two rows on the cylinder circumference. These channels penetrate the cylinder wall in the plan view of FIG. 2, seen in the radial direction and are directed downward in section FIG. 1 against the end face 6 of the working piston 2. In the example shown, the combustion chamber cavity 7 is present in the piston upper part.
The air inlet ducts 4 and 5 are directed downwards in such a way that all of the scavenging air flowing through them into the cylinder chamber also hits the end face 6 outside the combustion chamber cavity in the outer dead center position, in which the piston 2 is drawn in FIG. 1, and the air flow is performed on its periphery by this piston part. During the whole time the openings of the channels 4 and 5 are exposed, the scavenging air enters the cylinder chamber under excess pressure in the direction indicated by streamlines, flows downwards against the piston crown,
meets on this, spreads evenly over this and flows from all sides against the cylinder axis Zy, in order to flow there against the cylinder base 13 damming up in the core of the cylinder. Diverted at the cylinder base 13, the air flows radially outwards again and the outer cylinder wall downwards towards the outlet openings 3 through which the scavenged combustion gases and the excess scavenging air leave the cylinder.
The schematic Fig. 1 clearly shows the importance of a stable, upwardly directed column of air in the likes of the cylinder. In particular in the area directly above the piston crown, a short-circuit flow of the air directly towards the outlet openings should be avoided. The critical point in time is at the beginning of the scavenging, where the piston edge begins to open the uppermost scavenging air channels 4 adjacent to the outlet openings 3.
Instead of two rows of scavenge air channels 4 and 5, only one row of correspondingly larger downward channels can be provided. In the case of two or more rows of scavenging air channels, only the uppermost channels, which are closest to the outlet openings, can be directed downwards against the end face of the piston, whereas the lower ones run parallel to the piston end face.
The flow conditions, as they prevail at the critical point at the point in time, are shown in Fig. 3 for a previous version with upward scavenging air channels and in Fig. 4 for the new version with downward scavenging air channels.
As Fig. 3 shows, when scavenging air ducts 9 are directed upward, the air entering the cylinder from the edge of the piston 2 is detached from the edge of the piston 2, near the exhaust gas stream approaching the outlet openings 3 at high speed and are entrained by it .
A short-circuit flow which is very damaging to the scavenging process has thus arisen: In the new arrangement of the scavenging air ducts 10 shown in FIG. 4; which are directed downwards against the end face 6 of the piston 2, the scavenging air is applied to the end face 6 of the piston head 2 at the beginning of the scavenging, as shown, and is guided by it. A short-circuit flow is thus definitely avoided.
The angle a, which the axis of the channels 10 encloses with the end face 6 of the piston, can be kept quite small, usually less than 20, so that the loss of cross-section due to the downward slope of the channels 10 remains very small.
5, 6 and 7 show the application of the concept of the invention to a known machine with longitudinal flushing. The combustion products and the purged gases are discharged through outlet valves 14 installed in the cylinder base 13, while the scavenging air enters through inlet channels 11 and 12 at the lower end of the cylinder that are overridden by the piston 2. The inlet channels 11 that are initially exposed when the piston moves outwards are, as shown in FIG 6 can be seen, directed tangentially into the cylinder in a known manner.
The scavenging air entering through this is given a circular movement so that the outer cylinder section is scavenged from this part of the air. The central air flow, which has to flush out the cylinder core, is formed by the air which enters through the lower row of inlet ducts 12, which, as FIG. 7 shows, are directed radially. Since a safe formation of this central air column is very important for the washing success, the channels 12 are directed downwards against the face 6 of the working piston 2.
The channels 11 can, as shown, also be directed downwards, but they can also be directed horizontally or upwards. In these latter two cases, however, the useful stroke of the machine is somewhat shorter for the same opening cross-section.
Instead of the channel rows 11 and 12, two or more rows of channels can be arranged.
Instead of the round bores shown in the drawings for the scavenge air ducts, those of any cross-sectional shape can also be used. The same applies to the outlet openings which, for. B. instead of the shown rectangular cross-section, a round cross-section can be obtained.
Instead of a flat end face of the piston, a conical, concave or convex shape of the same can be used, but the channels intended for the air to strike this face are to be directed towards the impingement face with a corresponding inclination.