Mehrzylindriger Zweitaktbrennkraftmotor Es ist bekannt, dass Zweitaktbrennkraftmotoren mit Abgasturboladern oft mit zusätzlichen Spülpum pen ausgerüstet sein müssen, da mindestens beim An fahren des Motors und bei niedriger Last die Lader turbine nicht genügend Energie aus den Abgasen des Motors erhält, damit der Laderverdichter die volle Spülluftmenge liefern könnte.
Die zusätzlichen Spülpumpen können bekannt lich mit den Laderverdichtern entweder in Serie oder aber mit denselben parallel geschaltet sein. Es ist auch schon vorgeschlagen worden, eine Kolbenseite des Motors als Spülpumpe zu verwenden und dabei die Motorzylinder vollständig voneinander zu tren nen, so dass jeder derselben von seiner eigenen Pumpe gespült wird. Ferner ist auch bekannt, im Motor zylinder zwei Reihen von Lufteinlassschlitzen anzu ordnen, von denen die eine die Luft von der zusätz lichen Pumpe, die andere vom Abgasturbolader er hält, wobei die durch die Pumpe gehende Luft nach Wunsch höher verdichtet werden kann.
Die Pumpe kann bei Parallelbetrieb aus der Atmosphäre oder bei Serie-betrieb aus einem Spül- und Ladeluftsammler ansaugen. Schliesslich ist auch schon in Betracht ge zogen worden, in einem sogenannten Serie-Bypass- betrieb einen Teil der Luft durch die Pumpen, die restliche Luft aber durch Rückschlagventile direkt den Motorzylindern zuzuführen.
Die erwähnten Schaltungen zur Luftführung ha ben aber den Nachteil, dass bei allen Motorlasten die Luft durch Rückschlagventile gedrosselt wird, und dass die von den zusätzlichen Pumpen verdichtete oder nachverdichtete Luft erwärmt wird, wodurch die Zylinderladung eine höhere Temperatur erhält und die thermische Belastung des Motors deshalb höher als nötig wird.
Die Erfindung bezweckt die Vermeidung dieser Nachteile. Sie betrifft einen mehrzylindrigen Zwei- taktbrennkraftmotor mit mindestens einem Abgas turbolader und mit mindestens einem Motorzylinder, der auf einer Seite seines Kolbens als zusätzliche Spül- und Ladeluftpumpe ausgebildet ist, sowie mit je einem Lufteinlassvorraum, der jedem einzelnen Mo torzylinder mit zusätzlicher Luftpumpe zugeordnet und von den den übrigen Motorzylindern zugeordne ten Vorräumen abgetrennt und einerseits durch die als Luftpumpenteil wirkende Kolbenseite beeinflusst wird,
anderseits über Lufteinlassschlitze mit dem Arbeitsraum des zugeordneten Motorzylinders ver- bindbar ist, und ist gekennzeichnet durch einen allen Motorzylindern gemeinsamen Spül- und Ladeluft sammler, der durch je ein steuerbares Abschlussorgan und über Lufteinlassschlitze mit dem Arbeitsraum je des Motorzylinders und durch je ein Rückschlag ventil mit dem Lufteinlassvorraum jedes Motorzylin ders verbindbar ist.
Die Zeichnung zeigt in den Fig. 1 bis 4 Beispiele von Ausführungsformen eines Zweitaktbrennkraft- motors gemäss der Erfindung, wobei der Motor je- weilen nur schematisch in einem Längsschnitt durch einen Zylinder dargestellt wird. Auch ist nur in Fig.1 ein Abgasturbolader und die Art und Weise seines Anschlusses an einen Spül- und Ladeluftsammler schematisch dargestellt, während dieser Teil des Mo tors, der bei allen Ausführungsformen sich gleich bleibt, in allen andern Figuren weggelassen ist.
Die Fig.5 veranschaulicht einen Motorzylinder, der vor teilhafterweise in Verbindung mit mehreren Motor zylindern nach Fig. 4 verwendet wird. In allen Figu ren sind gleiche Teile, soweit dargestellt, mit gleichen Hinweisziffern versehen.
In Fig. 1 ist 1 ein Zylinder eines längsgespülten Zweitaktmotors mit Lufteinlassschlitzen 2 und Aus puffventil 3. Die Abgase des Motors treiben die La derturbine 4, und der Laderverdichter 5 liefert ver- dichtete Luft durch einen Kühler 6 und eine Verbin dungsleitung 6a in einen Spül- und Ladeluftsamm- ler 7, der für alle Motorzylinder gemeinsam ist.
Min destens einer der Zylinder, in der Regel die Mehrzahl derselben, ist auf einer Seite seines Kolbens 11, zum Beispiel seiner Unterseite, als zusätzliche Spül- und Ladeluftpumpe ausgebildet und mit je einem Luft- einlassvorraum 8 versehen, der von den .den übrigen Motorzylindern zugeordneten Vorräumen abgetrennt ist. Dieser Vorraum 8 steht einerseits mit der zusätz lichen Luftpumpe, hier also der Unterseite des Mo torkolbenraumes, in freier Verbindung, und ander seits ist er mit allen Lufteinlassschlitzen 2 des Motor zylinders verbunden.
Der allen Motorzylindern ge meinsame Spül- und Ladeluftsammler 7 ist nun durch je ein steuerbares Abschlussorgan 10 und über Luft einlassschlitze 2 mit dem Arbeitsraum verbindbar, hier durch den Vorraum 8 hindurch, und zudem ist er über je ein Rückschlagventil 9 mit dem Luftein- lassvorraum 8 jedes Motorzylinders verbindbar.
Beim Anlassen und bei niedriger Belastung des Motors ist das Abschlussorgan 10 geschlossen. Die Luft wird aus dem Luftsammler 7 durch die Rück schlagventile 9 beim Aufwärtshub des Kolbens 11 eingesaugt. Der Laderverdichter 5 und die in den Vorraum 8 fördernde zusätzliche Pumpe (Kolben unterseite) sind also in Serie geschaltet. Beim Ab wärtshub des Kolbens 11 verdichtet dieser die Luft im Vorraum 8 und wenn er die Einlassschlitze 2 freigibt, setzt die Spülung des Motorzylinders 1 ein.
Von einergewwissen_Last an-ist der,Abgasturbo- lader 4 - 5 in der Lage, die volle Luftmenge ohne Mithilfe der zusätzlichen Pumpe (Kolbenunterseite) zu verdichten. Durch Öffnen des Abschlussorgans 10 kann dann die Luft ohne Drosselung direkt aus dem Spül- und Ladeluftsammler 7 zu den Schlitzen 2 ge langen.
Die beschriebene Einrichtung ergibt ein einwand freies Anlassen und gute Manövrierbarkeit des Mo tors. Auch kann bei einem Ausfallen des Abgasturbo- laders der Motor noch eine genügende Leistung ab geben, d. h. die beschriebene Einrichtung eignet sich als Notschaltung. Da bei niedriger Last Serieschaltung des Laderverdichters und der Zusatzpumpe verwendet wird, ist ein Pumpen des Laderverdichters 5 ver mieden.
Die Einrichtung kann nicht nur für Motoren mit Kreuzkopf, sondern auch für solche mit Tauchkolben verwendet werden, wenn nach Art des Kurbelkasten motors das Motorgehäuse unterteilt ist.
In Fig.2 ist ein Zylinder 1 eines Gegenkolben motors mit einem Einlasskolben 11 und einem Aus lasskolben lla dargestellt. Es sind zwei Reihen 2a und 2b von Lufteinlassschlitzen vorhanden. Beim An lassen und bei Teillast des Motors ist das Abschluss- organ 10 geschlossen. Der Kolben 11 saugt die Luft durch die Rückschlagklappe 9 aus dem Luftsamm ler 7, der seinerseits die vom Laderverdichter ge förderte Luft bei 6a aufnimmt, und verdichtet sie weiter irn. Vorraum B.
Wenn der Kolben die Schlitze 2a öffnet, beginnt die Spülung. Bei höherer Motorlast wird das Abschlussorgan 10 geöffnet und ein wesent licher Teil der Spülluft strömt direkt aus dem Luft sammler 7 zu der sich zuerst öffnenden Reihe von Lufteinlassschlitzen 2b. Es ist bei dieser Anordnung aber nicht ganz zu vermeiden, dass auch etwas Luft durch das Rückschlagventil 9 eingesaugt wird. Bei Verwendung eines kurzen Motorkolbens tritt eine Luftverdichtung im Raum 8 nur sehr schwach auf, da während der grössten Zeit des Expansionshubes der Raum 8 über die Schlitze<I>2a</I> und<I>2b</I> mit dem Luftsammler 7 verbunden ist.
Indessen zeigt eine Einrichtung nach Fig.2 noch folgenden Vorteil: Soll zur Erhöhung des Luftdurchsatzes bei hoher Motor last mit einem Hilfsverdichter parallel zum Lader verdichter Zusatzluft in den Luftsammler 7 gegeben werden, so ist dies möglich, ohne dass der Lader verdichter bei Teillast des Motors zum Pumpen kommt, vorausgesetzt, dass die vom Hilfsverdichter geförderte Menge von Parallelluft wesentlich kleiner ist als die Luftmenge, die die Kolbenunterseiten an saugen.
Wird jedem Motorzylinder eine Parallelpumpe zugeordnet, etwa nach Fig.3, durch Ausgestaltung der Oberseite des Auspuffkolbens lla zu einer Pumpe, so wirkt sich die von dieser geförderte Zu satzluft auch schon beim Anlassen und bei Teillast des Motors vorteilhaft aus, und die Beschleunigung wird verbessert. Der Auspuffkolben lla saugt beim Kompressionshub Luft aus der Atmosphäre durch das RÜckschlagventil 12 an und schiebt sie beim Expan sionshub durch das Rückschlagventil 13 und den Rückkühler 14 in den Vorraum B.
Da diese Parallel luft nicht in den Luftsammler 7 gelangt, ist eine Störung des stabilen Förderns des Laderverdichters, dessen Luft wiederum bei 6a in den Sammler 7 ein tritt, nicht möglich. Wird dann bei höherer Last das Abschlussorgan 10 geöffnet, so fällt die überverdich- tung im Vorraum 8 weg und der Motor läuft im normalen Parallelbetrieb von Laderverdichter und Zusatzpumpe.
Besondere Bedeutung haben diese Schaltungen für Gegenkolbenmotoren mit Kurbelversetzung, d. h. mit voreilendem Auspuffkolben. Bei Rückwärtsfahrt des Motors ergeben sich dann Steuerzeiten, die späten Kompressionsbeginn und späten Vorauslass mit sich bringen, und die an die Laderturbine abgegebene Energie der Auspuffgase ist ungenügend. Das Ab schlussorgan 10 bleibt dann mit Vorteil bei allen Lasten geschlossen.
Um bei Rückwärtsfahrt des Mo tors das Rückschlagen von Gasen durch die Ein lassschlitze 2b in den Raum um diese zu vermindern, soll das Abschlussorgan möglichst nahe an den Schlitzen liegen und deshalb zum Beispiel als Schie ber ausgeführt sein.
Die Fig.4 zeigt einen Zylinder eines umkehr gespülten Motors mit Einlassschlitzen 2, Auslass- schlitzen 15 und einem Auspuffsammler 16. Die An ordnung und Wirkungsweise der Einrichtung mit dem Abschlussorgan 10 und dem Rückschlagventil 9 ist genau dieselbe wie in Fig.l. Bei dieser Motorart bringt die beschriebene Einrichtung den wesentlichen Vorteil, dass man auspuffseitig die Laderturbine im Staubetrieb antreiben kann,
der bekanntlich das An lassen und den Teillastbetrieb des Motors allein mit dem Turbolader nicht ermöglichen würde. Weiter ist es möglich, den Vorraum 8 so zu bemessen, dass darin eine verhältnismässig hohe Überverdichtung .der Luft auftritt. Dadurch wird diese erwärmt, und das Anlassen des Motors wird ermöglicht auch bei den tiefen Verdichtungsverhältnissen, die man gern an wenden möchte, um den Spitzendruck tief zu halten. Diese starke Überverdichtung ist nur zulässig, weil sie bei höherer Last wieder wegfällt.
Zweckmässig wird man einen derartigen Motor so ausführen, dass nicht alle Motorzylinder nach Fig.4 gebaut werden. Vielmehr sind einzelne Zylinder nach Fig. 5 geschaltet. Die Unterseite des Kolbens 11 saugt Luft aus der Atmosphäre durch das Rückschlag ventil 17 an und schiebt sie durch das Rückschlag ventil 18 und den Kühler 19 in den Vorraum B. Beim Anlassen und bei Teillast des Motors erhält ein Zy linder nach Fig.5 die gleiche Luftmenge wie ein solcher nach Fig.4. Bei grosser Last, wenn das Ab schlussorgan 10 geöffnet ist, ergibt sich normaler Parallelbetrieb. Diese Schaltung ermöglicht das An treiben der Laderturbine im Staubetrieb, und Klap pen im Auspuff können weggelassen werden.
Das not wendige Abschlussorgan auf Spülseite ist viel weniger empfindlich und betriebssicherer.
Das Abschlussorgan 10 kann in allen Fällen in an sich bekannter Weise durch eine oder mehrere der lastabhängigen Betriebsgrössen automatisch ge steuert werden.
Multi-cylinder two-stroke internal combustion engine It is known that two-stroke internal combustion engines with exhaust gas turbochargers often have to be equipped with additional scavenging pumps, since the supercharger turbine does not receive enough energy from the engine's exhaust gases at least when starting the engine and at low load so that the supercharger compressor can deliver the full amount of scavenging air could.
The additional flushing pumps can known Lich be connected either in series with the supercharger compressors or in parallel with the same. It has also been proposed to use one piston side of the engine as a scavenging pump while completely separating the engine cylinders so that each of them is scavenged by its own pump. It is also known to arrange two rows of air inlet slots in the engine cylinder, one of which the air from the additional union pump, the other from the exhaust gas turbocharger he holds, the air passing through the pump can be compressed as desired.
In parallel operation, the pump can draw in from the atmosphere or in series operation from a purge and charge air collector. Finally, consideration has also been given to feeding part of the air through the pumps in a so-called series bypass operation, but feeding the remaining air directly to the engine cylinders through check valves.
However, the aforementioned circuits for air routing have the disadvantage that the air is throttled by check valves for all engine loads, and that the air compressed or post-compressed by the additional pumps is heated, which means that the cylinder charge receives a higher temperature and therefore the thermal load on the engine higher than necessary.
The invention aims to avoid these disadvantages. It relates to a multi-cylinder two-stroke internal combustion engine with at least one exhaust gas turbocharger and with at least one engine cylinder, which is designed on one side of its piston as an additional scavenging and charge air pump, and each with an air inlet antechamber, which is assigned to each individual engine cylinder with an additional air pump and from the vestibules assigned to the other engine cylinders are separated and influenced on the one hand by the piston side acting as an air pump part,
on the other hand, it can be connected to the working space of the assigned engine cylinder via air inlet slots, and is characterized by a flush and charge air collector common to all engine cylinders, which is connected to the working area of each engine cylinder via a controllable closing element and via air inlet slots and via a check valve the air inlet vestibule of each motor cylinder is connectable.
The drawing shows in FIGS. 1 to 4 examples of embodiments of a two-stroke internal combustion engine according to the invention, the engine in each case only being shown schematically in a longitudinal section through a cylinder. An exhaust gas turbocharger and the manner of its connection to a scavenging and charge air collector is shown schematically only in FIG. 1, while this part of the engine, which remains the same in all embodiments, is omitted in all other figures.
The Fig.5 illustrates a motor cylinder, which is used in conjunction with several motor cylinders of Fig. 4 before geous. In all figs, the same parts, where shown, are provided with the same reference numbers.
In Fig. 1, 1 is a cylinder of a longitudinally scavenged two-stroke engine with air inlet slots 2 and exhaust valve 3. The exhaust gases from the engine drive the La derturbine 4, and the supercharger compressor 5 delivers compressed air through a cooler 6 and a connecting line 6a into a scavenger - and charge air collector 7, which is common to all engine cylinders.
At least one of the cylinders, usually the majority of them, is designed as an additional scavenging and charge air pump on one side of its piston 11, for example its underside, and is each provided with an air inlet antechamber 8, which is connected to the other engine cylinders assigned vestibules is separated. This vestibule 8 is on the one hand with the additional union air pump, here the underside of the engine piston chamber, in free connection, and on the other hand it is connected to all air inlet slots 2 of the engine cylinder.
The scavenging and charge air collector 7 common to all engine cylinders can now be connected to the working space via a controllable closing element 10 and via air inlet slots 2, here through the vestibule 8, and it is also connected to the air inlet vestibule 8 via a check valve 9 each engine cylinder can be connected.
When starting and when the engine is under low load, the closing element 10 is closed. The air is sucked in from the air collector 7 through the return valves 9 during the upward stroke of the piston 11. The supercharger 5 and the additional pump (piston underside) delivering into the anteroom 8 are therefore connected in series. During the downward stroke of the piston 11, it compresses the air in the vestibule 8 and when it releases the inlet slots 2, the motor cylinder 1 begins to flush.
From angewwissen_Last on, the exhaust gas turbo charger 4 - 5 is able to compress the full amount of air without the aid of the additional pump (piston underside). By opening the closure member 10, the air can then without throttling directly from the scavenging and charge air collector 7 to the slots 2 ge long.
The device described results in a perfect starting and good maneuverability of the Mo sector. Even if the exhaust gas turbocharger fails, the engine can still deliver sufficient power, i.e. H. the device described is suitable as an emergency circuit. Since the supercharger and the auxiliary pump are connected in series at low loads, pumping of the supercharger 5 is avoided.
The device can be used not only for engines with a cross head, but also for those with plunger pistons if the engine housing is divided according to the type of crankcase engine.
In Figure 2, a cylinder 1 of an opposed piston engine with an inlet piston 11 and an outlet piston 11a is shown. There are two rows 2a and 2b of air inlet slots. When the engine is started and at part load, the closing element 10 is closed. The piston 11 sucks the air through the non-return valve 9 from the air collector 7, which in turn receives the air conveyed by the supercharger compressor at 6a, and compresses it further irn. Anteroom B.
When the piston opens the slots 2a, the flushing begins. At a higher engine load, the closing element 10 is opened and a wesent Licher part of the scavenging air flows directly from the air collector 7 to the first row of air inlet slots 2b to open. With this arrangement, however, it cannot be completely avoided that some air is also sucked in through the check valve 9. When using a short motor piston, air compression in space 8 occurs only very weakly, since space 8 with air collector 7 via slots <I> 2a </I> and <I> 2b </I> during the largest time of the expansion stroke connected is.
Meanwhile, a device according to Figure 2 still shows the following advantage: If to increase the air throughput at high engine load with an auxiliary compressor parallel to the supercharger compressor additional air is given into the air collector 7, this is possible without the supercharger compressor at part load of the engine comes to pumping, provided that the amount of parallel air delivered by the auxiliary compressor is significantly smaller than the amount of air that the piston undersides suck in.
If a parallel pump is assigned to each engine cylinder, for example according to FIG. 3, by designing the top of the exhaust piston 11a to form a pump, the additional air supplied by this also has an advantageous effect when the engine is started and at part load, and acceleration is improved . The exhaust piston 11a sucks in air from the atmosphere through the check valve 12 during the compression stroke and pushes it through the check valve 13 and the recooler 14 into the anteroom B during the expansion stroke.
Since this parallel air does not get into the air collector 7, a disruption of the stable conveying of the supercharger compressor, the air of which in turn enters the collector 7 at 6a, is not possible. If the closing element 10 is then opened at a higher load, the over-compression in the antechamber 8 ceases and the motor runs in normal parallel operation of the supercharger compressor and additional pump.
These circuits are of particular importance for opposed piston engines with crank offset, i. H. with leading exhaust piston. When the engine is reversing, there are control times that result in a late start of compression and a late pre-exhaust, and the exhaust gas energy released to the turbocharger is insufficient. From the closing organ 10 then remains closed with advantage at all loads.
In order to reduce the recoil of gases through the inlet slots 2b into the space around them when the engine is reversing, the closing element should be as close as possible to the slots and therefore be designed, for example, as a slide.
4 shows a cylinder of a reverse scavenged engine with inlet slots 2, outlet slots 15 and an exhaust collector 16. The order and operation of the device with the closing element 10 and the check valve 9 is exactly the same as in Fig.l. With this type of engine, the device described has the significant advantage that the turbocharger can be driven in accumulation mode on the exhaust side,
which, as is well known, would not allow the engine to start and run at part load with the turbocharger alone. It is also possible to dimension the vestibule 8 in such a way that a relatively high over-compression of the air occurs therein. This heats it up, and the engine can be started even with the low compression ratios that one would like to use in order to keep the peak pressure low. This strong over-compression is only permissible because it disappears again at higher loads.
It is expedient to design such an engine in such a way that not all engine cylinders are built according to FIG. Rather, individual cylinders are connected according to FIG. The underside of the piston 11 sucks air from the atmosphere through the check valve 17 and pushes it through the check valve 18 and the cooler 19 into the anteroom B. When starting and at part load of the engine, a cylinder according to Figure 5 receives the same Amount of air like that according to Fig. 4. At a heavy load, when the closing element 10 is open, normal parallel operation results. This circuit enables the turbocharger to be driven in accumulation mode, and flaps in the exhaust can be omitted.
The necessary closing element on the flushing side is much less sensitive and more reliable.
The closing element 10 can in all cases be automatically controlled in a manner known per se by one or more of the load-dependent operating parameters.