CH269893A - Exhaust pipe for two-stroke engine. - Google Patents

Exhaust pipe for two-stroke engine.

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CH269893A
CH269893A CH269893DA CH269893A CH 269893 A CH269893 A CH 269893A CH 269893D A CH269893D A CH 269893DA CH 269893 A CH269893 A CH 269893A
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02BINTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B25/00Engines characterised by using fresh charge for scavenging cylinders
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02BINTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B2700/00Measures relating to the combustion process without indication of the kind of fuel or with more than one fuel
    • F02B2700/03Two stroke engines
    • F02B2700/031Two stroke engines with measures for removing exhaust gases from the cylinder
    • F02B2700/032Two stroke engines with measures for removing exhaust gases from the cylinder by means of the exhaust gases

Description

  

      Auspuffrohr    für Zweitaktmotor.    Gegenstand vorliegender Erfindung ist  ein     Auspuffrohr    für Zweitaktmotoren. In  Verbrennungsmotoren wird die Expansion des  Gases nicht vollständig ausgenutzt, weil man  gezwungen ist, das Gas bei recht hohem Druck  aus     dein    Zylinder     entweichen    zu lassen. Falls  man die     Expansion    des Gases bis zum Atmo  sphärendruck herab ausnutzen könnte, wür  den dadurch etwa 10 bis 12      /o    Mehrarbeit ge  wonnen werden.  



  Sofort nach Erscheinen der ersten Zwei  taktmotoren dachten viele Leute daran, in ir  gendeiner Weise die Auspuffenergie direkt  zur Vereinfachung der Spülung auszunutzen,  was einen logischen und natürlichen Zusatz  zum     Zweitaktprinzip    darstellt. Da dies jedoch  bisher nur teilweise     möglich    ist, wurde der  Motor mit einem Gebläse versehen, um Spül  luft unter genügendem Druck zuzuführen.

    Dieses Verfahren hat seitdem allgemein Ver  wendung gefunden, trotzdem es einen Verlust       von    8     bis        10        %        der        effektiven        Leistung        be-          deutet,    abgesehen davon, dass es sich im Laufe  der Jahre als     eine    sehr schwierige Aufgabe  erwiesen hat, ein vollbefriedigendes und be  triebssicheres Gebläse zu bauen.  



  Anderseits wurden Versuche     durchgeführt,     um das Problem durch Umwandlung eines  Teils der Auspuffenergie in Wellenenergie zu  lösen, welche Versuche aber nicht zum Bau  eines Zweitaktmotors, der ohne Spülgebläse  arbeitet, führten. Während der     Vorabströ-          mungsperiode,    während welcher bei geschlos  senen Spülschlitzen die Hauptmenge des    Gases unter hohem Druck aus dem Zylinder  strömt, entsteht eine kräftige Druckwelle im  Auspuffrohr.

   Die Druckwelle bewegt sich mit  der Schallgeschwindigkeit durch das Rohr  hinaus und bewirkt am offenen Rohrende, dass  eine     Unterdruckwelle    zum Zylinder zurück  läuft, die     imstande    ist, einen Teil der nicht  ausgestossenen Gasmenge anzusaugen, wo  durch eine entsprechende     -.Menge    Frischluft.  durch die inzwischen geöffneten     Spülkanäle     in den Zylinder eingesogen wird.  



  Die U     nterdruekwelle    ist aber nicht so kräf  tig wie die Druckwelle. Genaue Berechnun  gen ergeben, dass die Unterdruckwelle nur       235    bis ,50     1/o    der Energie der Druckwelle be  sitzt.  



  Das erfindungsgemässe Auspuffrohr für  Zweitaktmotoren ist nun dadurch gekenn  zeichnet, dass dasselbe einen Eintrittsteil mit  konstantem     Querschnitt    und einen zweiten  Teil mit sich erweiterndem Querschnitt be  sitzt, zum Zwecke, durch die von den Aus  pufföffnungen in der     Vorabströmungsperiode     ausgehende Druckwelle während ihres     Dureh-          f,@anges    durch den zweiten Teil eine zusam  menhängende Reihe     Unterdruckwellen    zu er  zeugen, die an den Auspufföffnungen ein       Saugen        bewirken,    wobei der Eintrittsteil von  solcher Länge ist, dass das Saugen ungefähr  gleichzeitig mit dem Öffnen der Spülkanäle  einsetzt,

   während der zweite Teil so bemessen  ist, dass das Saugen von einer Dauer ist, die  annähernd gleich der gesamten Spülperiode      ist,     wodurch    ein Spülgebläse für den Motor  sich     erübrigt.     



  In beiliegender Zeichnung sind verschie  dene beispielsweise Ausführungsformen des  Erfindungsgegenstandes dargestellt. Es zei  gen:       Fig.1    und 2 Diagramme und       Fig.    3 bis 8 schematisch einige Ausfüh  rungsbeispiele.  



       Fig.    1 zeigt die Verhältnisse bei einem ge  wöhnlichen zylindrischen Auspuffrohr. Oben  ist die Öffnungsfläche     .1    der Auspufföffnung  und die Öffnungsfläche     B    der Spülkanäle als  Ordinaten über dem Kurbelwinkel als Ab  szisse aufgetragen. Darunter sind die an den  Auspufföffnungen des Zylinders herrschenden  Drucke als Funktion der Zeit dargestellt.

    Die verschiedenen Zeitpunkte dieser Achse  entsprechen dem     Kurbehvinkel    der Barüber  liegenden     Abszissenachse.    Die Kurve C gibt  den Druck bei den Auspufföffnungen wäh  rend der     Vorabströmungsperiode    an, während  die Kurve D den Druck beim Eintreffen der  durch     Reflektion    am Rohrende entstandenen       Unterdruckwelle    angibt. Darunter ist der Mo  torzylinder E und das Auspuffrohr F sche  matisch dargestellt.

   Die Länge des Rohres  ist so, dass in der Zeit to die     Druckwelle    durch  das Rohr zur Mündung und die Unterdruck  welle zu den Auspufföffnungen     zurüekwan-          dert.    Die Kurve D hat ungefähr die gleiche  Form wie die Kurve C. Der Zylinderdruck  ist praktisch abgefallen, wenn die Spülkanäle  sich öffnen. Da die Spülperiode für gewöhn  lich drei- bis viermal so lang ist wie die Vor  abströmungsperiode, ist es ersichtlich, dass das  Saugen viel kürzere Zeit dauert als die Spül  periode. Es ist daher unmöglich, mit die  sem Rohr vollständige     Selbstspülung    zu er  reichen, wenn auch die Länge des Rohres so  bemessen ist, dass der kräftigste Unterdruck  an den Auspufföffnungen genau in der Mitte  der Spülperiode wirkt.  



       Fig.2    zeigt die Verhältnisse bei der An  wendung eines Rohres, das einen zylindrischen  Eintrittsteil     F1    und einen konisch sich erwei  ternden Teil F, aufweist. Die Zeit     t,    bis zum  Eintreffen der     Unterdruckwelle    ist ungefähr    gleich der Dauer der     Vorabströmungsperiode.     Der     Unterdruck    ist gleichmässiger als beim  Zylinderrohr und dauert bis zur Zeit     ty"    wo  schliesslich die     Unterdruckwelle    vom Rohr  ende her eintrifft. Das Ende der Kurve D ist.  einigermassen von gleicher Form wie die  Kurve C.  



  Die Unterdruckperiode dauert über die  ganze Spülperiode.  



  Die ausgedehnte Unterdruckperiode, die  man durch richtige Bemessung des vorliegen  den Rohres erreicht, ermöglicht eine bedeu  tend bessere Spülung als bei dem bekannten  zylindrischen Rohr nach     Fig.1.     



  Im allgemeinen ist die kontinuierliche       Querschnittserweiterung    z. B. in einem ko  nischen oder hyperbolischen Rohr einer ab  gestuften Erweiterung nach     Fig.    3 vorzuzie  hen, da bei abgestufter Erweiterung an jeder  Stufe im austretenden Gas Energieverluste  auftreten,     wie    am Rohrende.  



  Der voluminöse Teil F; (in     Fig.    3) lässt  sich jedoch, wie in     Fig.4    bis 8 angedeutet,  durch besondere Gestaltung des Rohres ent  behren.  



  Nach     Fig.    4 ist das Rohr um die Länge L  gekürzt, und im Abstand L vom neuen Rohr  ende ist ein geschlossener Seitenschenkel     G1     von der Länge L angeordnet. Der Seiten  schenkel kann auch, wie in     Fig.5    gezeigt,  als einen Teil des Hauptrohres umschliessen  der ringförmiger Raum     G.    ausgeführt sein.  



  Bei der Ausführungsform nach     Fig.    6 ist  das Rohr in zwei offene Schenkel geteilt, von  welchen der eine die zweifache Länge des  andern hat.  



  Der kürzere Schenkel H kann ringförmig     f     den längeren Schenkel umschliessen, wie in       Fig.7    gezeigt.  



  Den Unterdruckwellen folgt bei allen be  schriebenen Rohren eine recht kräftige Ge  gendruckwelle     g        (Fig.2).    s  Damit bei normaler Umdrehungszahl des  Motors ein Unterdruck im Auspuffrohr un  mittelbar am Zylinder während der ganzen  Spülperiode vorhanden ist, wird das Rohr so  bemessen, dass die     Gegendrackwelle    erst beim     s     Zylinder eintrifft, wenn die Auspufföffnun-      gen geschlossen oder kurz vor dem Schliessen  sind.  



  Durch die Anordnung eines schnellwir  kenden     Rückschlagventils        1I    im Auspuffrohr,  wie in     Fig.    8 gezeigt, kann ein Rückströmen  von Gasen vermieden werden.  



  Berechnungen ergeben, dass das konti  nuierlich erweiterte Rohr mit dem Ventil das  effektivste darstellt, vorausgesetzt, dass das  Ventil schnell genug wirkt.  



  Eine Bedingung für die Anwendung der  hier beschriebenen Auspuffrohre für Selbst  spülung ist, dass der Zeitquerschnitt der Öff  nung des Auspufforganes (Fläche P in     Fig.    2)  genügend gross ist. Ist er zu klein, wird Gas  durch die Spülkanäle im Augenblick des     Öff-          nens    zurückgeblasen. Zweckmässig ist die       (;rösse    der     Ausströmöffnung    des     Auspuff-          organes    im Betrieb einstellbar. Dann ist es  möglich, die beste Spülwirkung bei veränder  licher Belastung des Motors zu erreichen.  



  Wo eine solche Anordnung nicht     hinrei-          ehend    oder wünschenswert ist, kann ein Rück  schlagventil vor den Spülkanälen angebracht  werden, um das Rückschlagen der Verbren  nungsgase in die     Spülleitung    auch bei wech  selnder Belastung zu vermeiden.  



  Für gewöhnlich wird der Motor so aus  geführt, dass die Spülkanäle sich unmittelbar  nach der Aussenluft öffnen. Wenn sie aber  mit separaten Einsaugrohren geeigneter Länge  in Verbindung gesetzt werden, kann eine Ruf  ladung erzielt werden. Während der Spül  periode wird der Luft im Einsaugrohr eine  Geschwindigkeit erteilt, und infolge der Träg  heit wird die     Luftzuströmung    sieh fortsetzen,  nachdem die Saugwirkung am Auspuffrohr  gegen den Schluss der Periode verschwindet.



      Exhaust pipe for two-stroke engine. The present invention relates to an exhaust pipe for two-stroke engines. In internal combustion engines, the expansion of the gas is not fully exploited because you are forced to let the gas escape from your cylinder at very high pressure. If the expansion of the gas could be used down to atmospheric pressure, this would result in about 10 to 12 / o additional work being gained.



  Immediately after the appearance of the first two-stroke engines, many people thought of using the exhaust energy in some way directly to simplify the scavenging, which is a logical and natural addition to the two-stroke principle. However, since this has only been partially possible so far, the engine has been provided with a fan to supply scavenging air under sufficient pressure.

    This method has since found general use, despite the fact that it means a loss of 8 to 10% of the effective performance, apart from the fact that over the years it has proven to be a very difficult task to achieve a fully satisfactory and operationally safe blower to build.



  On the other hand, attempts have been made to solve the problem by converting part of the exhaust energy into wave energy, but these attempts have not led to the construction of a two-stroke engine that operates without a scavenger fan. During the pre-outflow period, during which most of the gas flows out of the cylinder under high pressure when the scavenging slots are closed, a powerful pressure wave is created in the exhaust pipe.

   The pressure wave moves out through the pipe at the speed of sound and causes a negative pressure wave to run back to the cylinder at the open end of the pipe, which is able to suck in part of the non-expelled gas volume, where a corresponding amount of fresh air is created. is sucked into the cylinder through the flushing channels that have now been opened.



  The pressure wave is not as powerful as the pressure wave. Exact calculations show that the negative pressure wave has only 235 to .50 1 / o of the energy of the pressure wave.



  The exhaust pipe according to the invention for two-stroke engines is now characterized in that the same has an inlet part with a constant cross-section and a second part with a widening cross-section, for the purpose of the pressure wave emanating from the exhaust openings in the pre-outflow period during its duration. ans through the second part to generate a coherent series of negative pressure waves, which cause suction at the exhaust openings, the inlet part being of such a length that the suction starts approximately simultaneously with the opening of the flushing channels,

   while the second part is dimensioned so that the suction is of a duration which is approximately equal to the entire purge period, whereby a purge fan for the motor is unnecessary.



  In the accompanying drawings, various example embodiments of the subject invention are shown. It show: Fig. 1 and 2 diagrams and Fig. 3 to 8 schematically some Ausfüh approximately examples.



       Fig. 1 shows the situation in a ge ordinary cylindrical exhaust pipe. At the top, the opening area .1 of the exhaust port and the opening area B of the scavenging ducts are plotted as ordinates over the crank angle as a cissa. Below that, the pressures prevailing at the cylinder exhaust ports are shown as a function of time.

    The different points in time of this axis correspond to the crank angle of the abscissa axis lying above. Curve C indicates the pressure at the exhaust ports during the pre-outflow period, while curve D indicates the pressure upon arrival of the negative pressure wave caused by reflection at the end of the pipe. The engine cylinder E and the exhaust pipe F are shown schematically below.

   The length of the pipe is such that in the time to the pressure wave wanders back through the pipe to the mouth and the negative pressure wave to the exhaust openings. Curve D has roughly the same shape as curve C. The cylinder pressure has practically dropped when the scavenging channels open. Since the flushing period is usually three to four times as long as the pre-flow period, it can be seen that the suction takes a much shorter time than the flushing period. It is therefore impossible to achieve complete self-purging with this pipe, even if the length of the pipe is dimensioned so that the strongest negative pressure acts on the exhaust ports exactly in the middle of the purging period.



       2 shows the conditions when using a tube which has a cylindrical inlet part F1 and a conically widening part F. The time t until the arrival of the negative pressure wave is approximately equal to the duration of the pre-flow period. The negative pressure is more uniform than in the case of the cylinder barrel and lasts until time ty ", when the negative pressure wave finally arrives from the end of the tube. The end of curve D is more or less of the same shape as curve C.



  The negative pressure period lasts over the entire flushing period.



  The extended negative pressure period, which can be achieved by correctly dimensioning the pipe present, enables a significantly better flushing than with the known cylindrical pipe according to FIG.



  In general, the continuous cross-sectional expansion is e.g. B. in a ko African or hyperbolic tube from a stepped extension according to Fig. 3 vorzuzie hen, since with stepped extension at each stage in the exiting gas energy losses occur, such as at the end of the pipe.



  The voluminous part F; (In Fig. 3) can, however, as indicated in Fig. 4 to 8, ent behren by special design of the tube.



  According to Fig. 4, the tube is shortened by the length L, and at a distance L from the new tube end, a closed side leg G1 of length L is arranged. The side leg can also, as shown in Figure 5, enclose the annular space G. as part of the main pipe.



  In the embodiment according to FIG. 6, the tube is divided into two open legs, one of which is twice the length of the other.



  The shorter leg H can enclose the longer leg in a ring shape, as shown in FIG.



  The negative pressure waves are followed by a very powerful counter-pressure wave g (Fig. 2) in all pipes described. s To ensure that there is a negative pressure in the exhaust pipe directly at the cylinder during the entire flushing period at normal engine speed, the pipe is dimensioned so that the counter-circling shaft only reaches the s cylinder when the exhaust ports are closed or are about to close.



  By arranging a Schnellwir kenden check valve 1I in the exhaust pipe, as shown in Fig. 8, a backflow of gases can be avoided.



  Calculations show that the continuously expanding pipe with the valve is the most effective, provided that the valve acts fast enough.



  A condition for the use of the exhaust pipes described here for self-purging is that the time cross-section of the opening of the exhaust element (area P in FIG. 2) is sufficiently large. If it is too small, gas is blown back through the flushing channels at the moment it is opened. The (; size of the outflow opening of the exhaust element is expediently adjustable during operation. Then it is possible to achieve the best flushing effect when the load on the engine varies.



  Where such an arrangement is not sufficient or desirable, a non-return valve can be fitted in front of the scavenging ducts in order to prevent the combustion gases from flashing back into the scavenging line even when the load changes.



  Usually the engine is designed in such a way that the scavenging ducts open immediately after the outside air. However, if they are connected to separate suction pipes of suitable length, a call charge can be achieved. During the scavenging period, the air in the intake pipe is given a speed and, due to the inertia, the air flow will continue after the suction on the exhaust pipe disappears towards the end of the period.

 

Claims (1)

PATENTANSPRUCH: Auspuffrohr für Zweitaktmotor, dadurch gekennzeichnet, dass dasselbe einen Eintritts- teil mit konstantem Querschnitt und einen zweiten Teil mit sich erweiterndem Quer schnitt besitzt, zum Zwecke, durch die von den Auspufföffnungen in der Vorabströ- niungsperiode ausgehende Druckwelle -#väh- rend ihres Durchganges durch den zweiten Teil eine zusammenhängende Reihe Unter- druckwehen zu erzeugen, die an den Aus pufföffnungen ein Saugen bewirken, wobei der Eintrittsteil von solcher Länge ist, dass das Saugen ungefähr gleichzeitig mit dem Öffnen der Spülkanäle einsetzt, während der zweite Teil so bemessen ist, PATENT CLAIM: Exhaust pipe for two-stroke engine, characterized in that it has an inlet part with a constant cross-section and a second part with a widening cross-section, for the purpose of causing the pressure wave emanating from the exhaust openings in the pre-outflow period - # during their Passage through the second part to create a coherent series of vacuum waves that cause suction at the exhaust openings, the entry part being of such a length that the suction begins approximately simultaneously with the opening of the flushing channels, while the second part is so dimensioned , dass das Saugen von einer Dauer ist., die annähernd gleich der gesamten Spülperiode ist, wodurch ein Spül gebläse für den Motor sich erübrigt. UNTERANSPRÜCHE 1. Auspuffrohr nach Patentanspruch, da durch gekennzeichnet, dass der zweite Teil eine gleichmässig zunehmende Querschnitts fläche aufweist. 2. Auspuffrohr nach Patentanspruch, da durch gekennzeichnet, dass der zweite Teil eine stufenweise zunehmende Querschnitts fläche aufweist. 3. Auspuffrohr nach Patentanspruch, da durch gekennzeichnet, dass am zweiten Teil ein Seitenschenkel von annähernd gleicher Länge wie der restliche Teil des Rohres, vom Abzweigpunkt bis zum Rohrende gerechnet, vorgesehen ist. 4. That the suction is of a duration that is approximately equal to the entire flushing period, whereby a flushing fan for the motor is superfluous. SUBClaims 1. Exhaust pipe according to claim, characterized in that the second part has a uniformly increasing cross-sectional area. 2. Exhaust pipe according to claim, characterized in that the second part has a gradually increasing cross-sectional area. 3. Exhaust pipe according to claim, characterized in that a side leg of approximately the same length as the remaining part of the pipe, calculated from the branch point to the pipe end, is provided on the second part. 4th Auspuffrohr nach Patentanspruch, da durch gekennzeichnet, dass der zweite Teil in zwei offene Schenkel geteilt ist, von denen der eine angenähert zweimal so lang ist wie der andere. 5. Auspuffrohr nach Patentanspruch, da durch gekennzeichnet, dass der zweite Teil ein Rückschlagventil aufweist. Exhaust pipe according to claim, characterized in that the second part is divided into two open legs, one of which is approximately twice as long as the other. 5. Exhaust pipe according to claim, characterized in that the second part has a check valve.
CH269893D 1947-04-19 1947-04-19 Exhaust pipe for two-stroke engine. CH269893A (en)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE959504C (en) * 1951-10-24 1957-03-07 Auto Union G M B H Speed-dependent exhaust device for two-stroke internal combustion engines

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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