CH638015A5 - Arrangement for scavenging and charging the cylinders of a two-stroke internal combustion engine - Google Patents

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CH638015A5
CH638015A5 CH477979A CH477979A CH638015A5 CH 638015 A5 CH638015 A5 CH 638015A5 CH 477979 A CH477979 A CH 477979A CH 477979 A CH477979 A CH 477979A CH 638015 A5 CH638015 A5 CH 638015A5
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CH
Switzerland
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cylinder
air
valve
flow
channels
Prior art date
Application number
CH477979A
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German (de)
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Anton Steiger
Original Assignee
Sulzer Ag
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    • F02B25/00Engines characterised by using fresh charge for scavenging cylinders
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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  • Engineering & Computer Science (AREA)
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Abstract

For the introduction of scavenging and charging air or of air-fuel mixture, ports (7) are provided in the cylinder cover (3) of a two-stroke internal combustion engine, being uniformly distributed over its circumference in two concentric circles (9, 10). These ports are closed on the cylinder chamber-side base of the cylinder cover (3) by valves (5) which open and close due to the pressures generated on the valve bodies. Due to the uniform distribution and an inflow of air or mixture as far as possible in the longitudinal direction of the cylinder chamber, a <<displacement piston>> advancing in this direction is formed, by means of which the combustion gases are expelled by way of piston-controlled exhaust ports, thereby achieving optimum scavenging. <IMAGE>

Description

       

  
 

**WARNUNG** Anfang DESC Feld konnte Ende CLMS uberlappen **.

 



  PATENTANSPRÜCHE    1.Anordnung    zum Spülen und Laden der Zylinder einer Zweitaktbrennkraftmaschine. insbesondere eines Dieselmotors, mit Luft oder einem Gemisch aus Brennstoff und Luft, wobei durch die Anzahl Kanäle im Zylinderdeckel, die mit Hilfe von Ventilen verschliessbar sind, Luft bzw.

  Gemisch in den Zylinderraum eintritt und dabei durch vom Kolben gesteuerte Auspuffschlitze im Zylindermantel die Verbrennungsgase ausstösst, dadurch gekennzeichnet, dass die Kanäle (7) in mindestens zwei Kreisen (9, 10), konzentrisch zur Zylinderachse verteilt, angeordnet sind, dass ferner die Ventile (5, 6) durch an den Ventilkörper erzeugte Drücke öffnend und schliessend ausgebildet sind, und dass jeder Ventilsitz (28) und/oder die dem Kanal (7) zugewandte Dichtfläche (29) des zugeordneten Ventilkörpers (5) mit der Achse des zugehörigen Kanals (7) einen Winkel von höchstens   30     bilden.



   2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zehn Kanäle (7) jeweils auf einer in der Projektion des Zylinderquerschnitts liegenden Fläche des Zylinderdeckels (3) verteilt sind.



   3. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilkörper (5) ein glockenförmiger Hohlkörper ist.



   4. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im Kanal (7) die Strömung leitende Einbauten (14) vorgesehen sind, in denen die Ventilspindel (6) mit Spiel gelagert und geführt ist.



   5. Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass für das Schliessen des Ventils (5, 6) eine zur Ventilspindel (6) axiale, konische Rückstellfeder (25) vorgesehen ist.



   Die Erfindung betrifft eine Anordnung zum Spülen und Laden der Zylinder einer Zweitaktbrennkraftmaschine, insbesondere eines Dieselmotors, mit Luft oder einem Gemisch aus Brennstoff und Luft, wobei durch die Anzahl Kanäle im Zylinderdeckel, die mit Hilfe von Ventilen verschliessbar sind, Luft, bzw. Gemisch in den Zylinderraum eintritt und dabei durch vom Kolben gesteuerte Auspuffschlitze im Zylindermantel die   Verbrennungsgase    ausstösst.



   Bekanntlich wird eine optimale Spülung und Füllung der Zylinder einer Zweitaktbrennkraftmaschine mit Luft oder einem Brennstoff/Luftgemisch theoretisch dann erreicht, wenn eine maximale Spülluftmenge als über den Zylinderquerschnitt möglichst geschlossener Kolben in den Zylinderraum einströmt und nach dem Verdrängerprinzip das darin befindlicheVerbrennungsgas ausschiebt.

  Dafür ist es notwendig, dass einerseits die Öffnung der Luftkanäle eine maximale Netto-Durchtrittsflächediese ist das Produkt aus der geometrischen Durchtrittsfläche und dem Durchflusskoeffizienten - ergibt und andererseits der verdrängende Strömungskolben möglichst weitgehend in sich geschlossen bleibt und möglichst wenig in einzelne Stromfäden und/oderWirbel aufgelöst wird,   d.h.      diebeim    Einströmen von Luft oder Gasgemisch in den mit Verbrennungsgasen gefüllten Zylinderraum entstehende Mischzone möglichst kurz gehalten wird.



   Mit den bekannten Spülsystemen der genannten Ausbildung (H. List  der Ladungswechsel der Verbrennungskraftmaschine , 2. Teil [Wien   19501, Seite    122) bei denen die Luft den Zylinderraum in einer. in Richtung der Zylinderachse verlaufenden, axialen   Längsströmungspült,    wobei die Luftkanäle durch in den Zylinderraum hinein öffnende, gesteuerte Ventile verschliessbar sind. ist eine derartige Verdrängungsspülung nicht auch nur annähernd zu erreichen: denn selbst bei grossen Zylinderdurchmessern ist es wegen des Platzbedarfs für die Ventilsteuerungen kaum möglich, mehr als sechs Luftkanäle im Zylinderdeckel unterzubringen. Um den Zylinderraum mit einer solch geringen Anzahl von Luftkanälen jedoch mit Spülluft zu füllen . sind bei Austritt der Luft aus diesen Kanälen erhebliche Querablenkungen erforderlich.



   Dadurch werden in den Gasstrom solche Störungen induziert, dass er in eine Vielzahl einzelner Stromfäden zerrissen wird. die Mischzone ausgedehnt und relativ lang wird. und es daher zur Ausbildung eines  Verdrängerkolbens  nur beschränkt kommen kann.



   Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung zum Spülen und Laden einer Zweitaktbrennkraftmaschine der erwähnten Art zu schaffen, bei der soweit wie möglich ein Verdrängerluftkolben aufgebaut wird.   Erfindungsgemäss wird    die Aufgabe dadurch gelöst, dass die Kanäle in mindestens zwei Kreisen, konzentrisch zur Zylinderachse verteilt, angeordnet sind, dass ferner die Ventile durch an den Ventilkörpern erzeugte Drücke öffnend und schliessend ausgebildet sind, und dass jeder Ventilsitz und/oder die dem Kanal zugewandte Dichtfläche des zugeordneten Ventilkörpers mit der Achse des zugehörigen Kanals einen Winkel von höchstens   30     bilden.



   Die Verwendung von durch den Druck gesteuerten Ventilen und die beanspruchte Verteilung der Luftkanäle ermöglichen eine Vielzahl von Luftkanälen - mit Vorteil mindestens zehn Luftkanäle- auf der begrenzten, häufig noch das Brennstoff Einspritzventil aufnehmenden, in der Projektion des Zylinderquerschnitts liegenden Fläche des Zylinderdeckels   unterzubrin-    gen. Durch das Merkmal, durch welches der zulässige Maximalwinkel zwischen dem Ventilsitz und der Kanalachse vorgeschrieben wird, wird sichergestellt. dass das Gas - bezogen auf die Kanalachse - sehr weitgehend querablenkungsfrei in den Zylinderraum einströmt,   d. h.    dass dieser Strom - abgesehen von einer unvermeidbaren Aufweitung und von seiner Ablenkung am Ventilkörper- keine Strömungskomponente in radialer Richtung - bezogen auf den Kanal - aufweist.



   Der zu Beginn erwähnte Durchflusskoeffizient ist wegen der geringen Querablenkungbeträchtlich erhöht, so dass sich insgesamt eine maximale Nettodurchtrittsfläche für die in den Zylinderraum eintretende Strömung ergibt. Es ist somit sichergestellt, dass eine möglichst grosse Luft- bzw. Gasgemischmenge durch den   Zylinderdeckelin    Achsrichtung des Zylinders, d. h. möglichst weitgehend ohne Radialkomponenten, weitgehend gleich   mässig    über den Zylinderquerschnitt verfeilt, durch den Zylinderraum strömt.



   Die Ausbildung des Ventilsitzes in einem Winkel von höchstens   30     zur Spindelachse bringt darüberhinaus den weiteren Vorteil, dass der Ventilkörper beim automatischen Schliessen des Ventils eine Selbstzentrierung erfährt, die noch durch eine konische Ausbildung der Rückstellfeder unterstützt werden kann. Als Folge davon können die Führungen und Lager der Ventilspindel mit relativ grossem Spiel - in der Grössenordnung von Zehntel Millimetern - ausgebildet sein; durch ein derartig weites Spiel kann die Gefahr des Klemmens des automatisch arbeitenden Ventils weitgehend beseitigt werden.



   Die erwünschten Eigenschaften der Strömung lassen sich weiter verbessern, wenn im Kanal die Strömung leitenden Einbauten vorgesehen sind, in denen die Ventilspindel mit Spiel gelagert und geführt ist. Dadurch kann eine im Sinne einer homogenen Ausspülung   optimaleAufweitung    der in den Zylinderraum eintretenden Luftströmungen erreicht werden: eine optimale Aufweitung der Strahlen - wobei  optimal  im Sinne einer homogenen Ausspülung zu verstehen ist- ist gegeben.

 

  wenn die sich aufweitenden Strahlen nach kurzer Anlaufstrecke den ganzen Querschnitt des Zylinderraums möglichst gleichmässig überdecken und dabei auf dieser Strecke soviel   ihrerindividu-    ellen Strömungsenergie verlieren, dass sie sich gegenseitig nicht durch Verwirbelungen stören.



   Für die Spülung und Füllung des Zylinders wird mit der neuen Anordnung weiterhin der sogenannte Zeitquerschnitt ins Gewicht fallend   vergrössert,    aus dem sich dann der resultierende  



  Ersatzquerschnitt für die Spülströmung errechnen lässt, der ein einfaches Mass für den während des Spülvorganges vorhandenen Strömungswiderstand ist. Der Zeitquerschnitt, der bekanntlich als das auf eine Umdrehung der Kurbelwelle bezogene Integral aus dem Produkt der Zeit mit der momentanen Querschnittsfläche der Strömungsöffnung ist, spiegelt so, für gegebene Steuerzeiten, den von der Spülströmung zu überwindenden Widerstand wieder; er lässt sich veranschaulichen - für die in den Zylinderraum eintretende Strömung- als die Fläche unter der Kurve e der Fig. 3, in der der Öffnungsquerschnitt der Aspuffschlitze (Kurve a) und der Eintrittsöffnung (Kurve e) in Abhängigkeit vom Winkel   ader    Kurbelwelle, also von der Zeit, skizziert sind. Hierbei veranschaulichen die Strecken  m  resp.



   n  die Verzüge zwischen theoretischem und effektivem Öffnungs- resp. Abschlusszeitpunkt, bedingt durch den für den Steuervorgang nötigen Aufbau der Druckdifferenz zwischen Luftreceiver und Zylinderraum.



   Der vergrösserte Zeitquerschnitt ist also gleichbedeutend mit einem erheblich reduzierten Strömungswiderstand in der Gasströmung; der für den Spülvorgang benötigte Kurbelwinkel kann somit kleiner ausgelegt und dadurch der Nutzhub verlängert werden. Durch die Verdrängung ohne grosse Vermischung mit der Spülluft bleiben die Auspuffgase schliesslich heisser, es'ergibt sich dadurch eine höhere Abgasturbinenleistung und, bei entsprechender Abwärmenutzung, ein höherer Gesamtwirkungsgrad.



   Es ist ferner bekannt. dass die Verdrängungsspülung einen höheren Reinheitsgrad bei gegebenem Spülluftüberschuss ergibt als alle anderen   Spülarten.    Dies hat zur Folge, dass für die Verbrennung bei gleichem motorischen Mitteldruck und gleichem Aufladedruck mehr Luft zur Verfügung steht, was sich in einer Senkung des spezifischen Brennstoffverbrauchs niederschlägt.



   Im folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels im Zusammenhang mit der Zeichnung näher erläutert.



   Fig. 1 ist in einem Schnitt durch einen Zylinder einer Brennkraftmaschine eine Ansicht auf den Deckel des Zylinders vom Verbrennungsraum her;
Fig. 2 gibt den Schnitt II-II von Fig. 1 wieder, während
Fig. 3 in skizzenhafter Darstellung die Verläufe der Öffnungsquerschnitte Q der Auspuffschlitze (Kurve a) und der Luftkanäle (Kurve e) in Abhängigkeit vom Kurbelwinkel a - und damit in Abhängigkeit von der Zeit - wiedergibt.



   Der Brenn- oder Zylinderraum 1 (Fig. 2) eines Zylinders 2 eines nicht weiter dargestellten Verbrennungsmotors ist nach oben durch einen Zylinderdeckel 3 abgeschlossen, in dessen Zentrum eine Bohrung 4 für die Aufnahme einer Brennstoffeinspritzvorrichtung angedeutet ist.



   Im Zylinderdeckel 3 sind Kanäle 7 (Fig. 2) für die Zuführung von Luft - bei Dieselmotoren - oder   vontuft/Brennstoffgemisch    - bei Ottomotoren - vorgesehen. Die als Längsbohrungen im Zylinderdeckel 3 ausgeführten Kanäle 7 sind in zwei zur Zylinderachse konzentrischen Reihen 9 und 10 angeordnet; sie haben in beiden Reihen 9 und 10 unterschiedliche Durchmesser. Durch sie wird der Zylinder 1 mit einer über dem Zylinderdeckel 3 gelegenen Luftkammer 8 verbunden.



   Gegen den Zylinderraum 1 sind die Kanäle 7 durch Ventile.



  deren Ventilkörper 5 einen glockenförmigen Querschnitt haben, um ihr Gewicht so gering wie möglich zu halten, verschliessbar.



  Der Ventilkörper 5 ist getragen von einer Ventilspindel 6, die in einer Hülse 11 in Lagern 12 und 13 gehalten und geführt ist.



   Die Hülse 11 dient gleichzeitig als Stützkörper für die Luftströmung im Kanal 7 leitende Einbauten, die in drei unter einem Winkel von   120     zueinander versetzten Leitblechen 14 bestehen.



  Diese haben an ihrem, dem Zylinder 1 zugewandten freien Ende Ausnehmungen 15, durch die ihnen ein Nachgeben bei unterschiedlichen Wärmedehnungen ermöglicht wird.



   An ihren oberen Enden sind die Leitbleche 14 radial nach aussen gebogen und mit einer laufradartigen Scheibe 16 verbunden, die ihrerseits auf einem Absatz 17 der Hülse 11 abgestützt und mit dieser verschweisst ist. Die Leitbleche 14 liegen mit ihrem radial nach aussen verlaufenden Ende auf dem Zylinderdeckel 3 auf und sind mit ihren nach oben konisch verlaufenden   Einlaufkanten    18 - mit Hilfe freier mit Schraubenbolzen 20 gehaltenen Klammern 19 - auf dem Zylinderdeckel 3 fixiert.



   Durch eines der Leitbleche 14 führt eine Bohrung 21, die auf der einen Seite an eine Bohrung 22 im Zylinderdeckel 3 anschliesst und sich auf der anderen Seite in einem Kanal 23 durch die Scheibe 16 hindurch fortsetzt. Der Kanal 23 mündet in den zwischen der Hülse 11 und der Ventilspindel 6 verlaufenden Hohlraum 30 und dient der Zuführung eines Schmier- und Kühlmittels zu den Lagern 12 und 13, das von einem nicht dargestellten Vorrat durch die Bohrungen 22 und 21 zugeführt wird.



   Auf der Oberseite hat die Scheibe 16 einen Absatz   24,    der als Auflage für eine nach oben sich konisch verjüngende Rückstellfeder 25 dient; als Widerlager für die Feder 25 ist ein am Ende der Ventilspindel 6 befestigter Auflagering 26 vorhanden.



   Um die Querablenkung der durch den Kanal 7 in den Zylinderraum 1 einströmenden Luft möglichst gering zu halten, bilden der Ventilsitz 28 und die damit zusammenwirkende Dichtfläche 29 des Ventilkörpers 5 mit der Längsachse des Kanals 7 einen Winkel   ss    von höchstens   30".   



   Die linke Hälfte der Fig. 2 zeigt das Ventil in Schliessstellung, während auf der rechten Seite die Offenstellung dargestellt ist.



  Das Öffnen und Schliessen der Ventile erfolgt aufgrund der momentanen, zu beiden Seiten des Ventilkörpers 5 herrschenden Drücke. So bewirkt der Überdruck in der Luftkammer8. eine Freigabe des Strömungswegs durch den Kanal 7, sobald - durch den Abwärtshub des nicht dargestellten Kolbens freigegebendie Auspuffschlitze sich öffnen, und der Überdruck der Verbrennungsgase weit genug abgebaut ist. Steigt nach Schliessen der Auspuffschlitze beim Verdichtungshub der Druck der durch die Kanäle 7 eingeströmten Luft im Zylinderraum 1 wieder an, so schliesst das Ventil 5, 6 - unterstützt von der Rückstellfeder 25 -, sobald die nach oben wirkenden Kräfte die nach unten gerichteten Gegenkräfte übersteigen. 

  Da für das Öffnen und Schliessen der Ventile 5,6 keinerlei Steuerelemente benötigt werden und der Platzbedarf für diese Ventile selbst nicht wesentlich über denjenigen für die Kanäle 7 hinausgeht, ist es möglich, eine Vielzahl von Kanälen 7 auf dem Zylinderdeckel 3 unterzubringen und so die Bildung eines Luftkolbens für das Ausstossen der Verbrennungsgase und die anschliessende Füllung des Zylinderraums zu erleichtern. 



  
 

** WARNING ** beginning of DESC field could overlap end of CLMS **.

 



  PATENT CLAIMS 1. Arrangement for flushing and charging the cylinders of a two-stroke internal combustion engine. in particular of a diesel engine, with air or a mixture of fuel and air, air or the number of channels in the cylinder cover which can be closed with the aid of valves

  Mixture enters the cylinder chamber and thereby releases the combustion gases through exhaust slots in the cylinder jacket controlled by the piston, characterized in that the channels (7) are arranged in at least two circles (9, 10), distributed concentrically to the cylinder axis, that the valves ( 5, 6) are designed to be opened and closed by pressures generated on the valve body, and that each valve seat (28) and / or the sealing surface (29) of the associated valve body (5) facing the channel (7) with the axis of the associated channel ( 7) form an angle of at most 30.



   2. Arrangement according to claim 1, characterized in that at least ten channels (7) are each distributed over a surface of the cylinder cover (3) lying in the projection of the cylinder cross section.



   3. Arrangement according to claim 1, characterized in that the valve body (5) is a bell-shaped hollow body.



   4. Arrangement according to claim 1, characterized in that the flow-conducting internals (14) are provided in the channel (7), in which the valve spindle (6) is mounted and guided with play.



   5. Arrangement according to claim 4, characterized in that for closing the valve (5, 6) to the valve spindle (6) axial, conical return spring (25) is provided.



   The invention relates to an arrangement for flushing and charging the cylinders of a two-stroke internal combustion engine, in particular a diesel engine, with air or a mixture of fuel and air, air or mixture in through the number of channels in the cylinder cover, which can be closed with the aid of valves enters the cylinder chamber and thereby releases the combustion gases through exhaust slots in the cylinder jacket controlled by the piston.



   As is known, optimal flushing and filling of the cylinders of a two-stroke internal combustion engine with air or a fuel / air mixture is theoretically achieved when a maximum amount of purge air flows into the cylinder space as a piston that is as closed as possible over the cylinder cross section and expels the combustion gas contained therein according to the displacement principle.

  For this it is necessary that, on the one hand, the opening of the air channels has a maximum net passage area, which is the product of the geometric passage area and the flow coefficient - and, on the other hand, the displacing flow piston remains as closed as possible and is dissolved as little as possible into individual flow threads and / or vortices , ie which is kept as short as possible when air or gas mixture flows into the mixing zone formed in the cylinder space filled with combustion gases.



   With the known flushing systems of the aforementioned training (H. List the charge change of the internal combustion engine, part 2 [Vienna 19501, page 122) in which the air in a cylinder space. Axial longitudinal flow flushing in the direction of the cylinder axis, the air channels being closable by controlled valves opening into the cylinder space. Such a displacement flushing is not even close: because even with large cylinder diameters, it is hardly possible to accommodate more than six air ducts in the cylinder cover due to the space required for the valve controls. In order to fill the cylinder chamber with such a small number of air channels, however, with purge air. considerable transverse deflections are required when the air exits from these channels.



   As a result, such disturbances are induced in the gas stream that it is torn into a large number of individual current threads. the mixing zone expands and becomes relatively long. and therefore the formation of a displacement piston can only occur to a limited extent.



   The invention has for its object to provide an arrangement for flushing and charging a two-stroke internal combustion engine of the type mentioned, in which as far as possible a displacement air piston is constructed. According to the invention, the object is achieved in that the channels are arranged in at least two circles, distributed concentrically to the cylinder axis, in addition the valves are designed to open and close by pressures generated on the valve bodies, and in that each valve seat and / or the valve facing the channel Form the sealing surface of the associated valve body with the axis of the associated channel an angle of at most 30.



   The use of pressure-controlled valves and the stressed distribution of the air ducts enable a large number of air ducts - advantageously at least ten air ducts - to be accommodated on the limited surface of the cylinder cover, which still receives the fuel injection valve and lies in the projection of the cylinder cross section. The feature by which the maximum permissible angle between the valve seat and the channel axis is prescribed is ensured. that the gas - in relation to the channel axis - flows very largely without transverse deflection into the cylinder space, d. H. that this flow - apart from an unavoidable expansion and its deflection at the valve body - has no flow component in the radial direction - based on the channel.



   The flow coefficient mentioned at the beginning is considerably increased due to the low transverse deflection, so that overall there is a maximum net passage area for the flow entering the cylinder space. It is thus ensured that the largest possible amount of air or gas mixture through the cylinder cover in the axial direction of the cylinder, i. H. as far as possible without radial components, largely evenly distributed over the cylinder cross-section, flows through the cylinder space.



   The formation of the valve seat at an angle of at most 30 to the spindle axis also has the further advantage that the valve body experiences a self-centering when the valve closes automatically, which can also be supported by a conical configuration of the return spring. As a result, the guides and bearings of the valve spindle can be designed with a relatively large clearance - in the order of magnitude of tenths of a millimeter; With such a wide game the risk of jamming of the automatically operating valve can be largely eliminated.



   The desired properties of the flow can be further improved if the flow-conducting internals are provided in the channel, in which the valve spindle is supported and guided with play. As a result, an optimal expansion of the air flows entering the cylinder chamber can be achieved in the sense of a homogeneous rinsing: an optimal expansion of the jets - whereby optimally in the sense of a homogeneous rinsing out - is given.

 

  if the expanding beams cover the entire cross-section of the cylinder chamber as evenly as possible after a short start-up section and lose so much of their individual flow energy on this section that they do not interfere with each other due to turbulence.



   For the flushing and filling of the cylinder, the so-called time cross-section is increased in weight, with the new arrangement, from which the resulting result is then obtained



  A replacement cross section for the flushing flow can be calculated, which is a simple measure of the flow resistance present during the flushing process. The time cross section, which is known to be the integral of the product of time relating to one revolution of the crankshaft with the current cross-sectional area of the flow opening, thus reflects, for given control times, the resistance to be overcome by the flushing flow; it can be illustrated - for the flow entering the cylinder chamber - as the area under curve e of FIG. 3, in which the opening cross section of the aspuff slots (curve a) and the inlet opening (curve e) as a function of the angle of the crankshaft, that is by the time are outlined. The routes m and m illustrate.



   n the delays between theoretical and effective opening or Completion time, due to the build-up of the pressure difference between the air receiver and the cylinder chamber required for the control process.



   The enlarged time cross section is therefore synonymous with a considerably reduced flow resistance in the gas flow; the crank angle required for the flushing process can thus be made smaller and the useful stroke can thereby be extended. As a result of the displacement without great mixing with the purge air, the exhaust gases ultimately remain hotter, resulting in a higher exhaust gas turbine output and, with the appropriate use of waste heat, a higher overall efficiency.



   It is also known. that the displacement purge results in a higher degree of purity for a given purge air excess than all other types of purge. The consequence of this is that more air is available for combustion with the same engine mean pressure and the same supercharging pressure, which is reflected in a reduction in the specific fuel consumption.



   The invention is explained in more detail below using an exemplary embodiment in conjunction with the drawing.



   Fig. 1 is a section through a cylinder of an internal combustion engine, a view of the cover of the cylinder from the combustion chamber;
Fig. 2 shows the section II-II of Fig. 1 again, while
3 shows a sketch of the courses of the opening cross sections Q of the exhaust slots (curve a) and the air ducts (curve e) as a function of the crank angle a - and thus as a function of time.



   The combustion or cylinder chamber 1 (FIG. 2) of a cylinder 2 of an internal combustion engine, not shown, is closed at the top by a cylinder cover 3, in the center of which a bore 4 is indicated for receiving a fuel injection device.



   Channels 7 (FIG. 2) are provided in the cylinder cover 3 for the supply of air - in the case of diesel engines - or of tuft / fuel mixture - in the case of gasoline engines. The channels 7 designed as longitudinal bores in the cylinder cover 3 are arranged in two rows 9 and 10 concentric with the cylinder axis; they have different diameters in both rows 9 and 10. It connects the cylinder 1 to an air chamber 8 located above the cylinder cover 3.



   The channels 7 are against the cylinder space 1 through valves.



  whose valve body 5 have a bell-shaped cross section in order to keep their weight as low as possible, closable.



  The valve body 5 is carried by a valve spindle 6, which is held and guided in a sleeve 11 in bearings 12 and 13.



   The sleeve 11 also serves as a support body for the air flow in the duct 7, conductive fittings which consist of three guide plates 14 offset at an angle of 120 to one another.



  These have recesses 15 on their free end facing the cylinder 1, which allow them to yield under different thermal expansions.



   At their upper ends, the guide plates 14 are bent radially outward and connected to an impeller-like disk 16, which in turn is supported on a shoulder 17 of the sleeve 11 and welded to it. The guide plates 14 rest with their radially outward end on the cylinder cover 3 and are fixed on the cylinder cover 3 with their upwardly tapering inlet edges 18 - with the aid of free clamps 19 held with screw bolts 20.



   A bore 21 leads through one of the guide plates 14, which on one side connects to a bore 22 in the cylinder cover 3 and continues on the other side in a channel 23 through the disk 16. The channel 23 opens into the cavity 30 running between the sleeve 11 and the valve spindle 6 and serves to supply a lubricant and coolant to the bearings 12 and 13, which is supplied from a supply, not shown, through the bores 22 and 21.



   On the top, the disc 16 has a shoulder 24, which serves as a support for an upwardly tapering return spring 25; a support ring 26 attached to the end of the valve spindle 6 is provided as an abutment for the spring 25.



   In order to keep the transverse deflection of the air flowing through the channel 7 into the cylinder space 1 as low as possible, the valve seat 28 and the sealing surface 29 of the valve body 5 interacting therewith form an angle ss of at most 30 ″ with the longitudinal axis of the channel 7.



   The left half of FIG. 2 shows the valve in the closed position, while the open position is shown on the right side.



  The valves are opened and closed on the basis of the instantaneous pressures prevailing on both sides of the valve body 5. This is how the overpressure in the air chamber8. release of the flow path through the channel 7 as soon as the exhaust slots open due to the downward stroke of the piston, not shown, and the excess pressure of the combustion gases has been reduced sufficiently. If, after closing the exhaust slots during the compression stroke, the pressure of the air flowing in through the channels 7 in the cylinder space 1 rises again, the valve 5, 6 - supported by the return spring 25 - closes as soon as the forces acting upwards exceed the forces directed downwards.

  Since no controls are required for opening and closing the valves 5, 6 and the space requirement for these valves themselves does not significantly exceed that for the channels 7, it is possible to accommodate a large number of channels 7 on the cylinder cover 3 and thus the formation of an air piston for the ejection of the combustion gases and the subsequent filling of the cylinder space.


    

Claims (5)

PATENTANSPRÜCHE 1.Anordnung zum Spülen und Laden der Zylinder einer Zweitaktbrennkraftmaschine. insbesondere eines Dieselmotors, mit Luft oder einem Gemisch aus Brennstoff und Luft, wobei durch die Anzahl Kanäle im Zylinderdeckel, die mit Hilfe von Ventilen verschliessbar sind, Luft bzw. PATENT CLAIMS 1. Arrangement for flushing and charging the cylinders of a two-stroke internal combustion engine. in particular of a diesel engine, with air or a mixture of fuel and air, air or the number of channels in the cylinder cover which can be closed with the aid of valves Gemisch in den Zylinderraum eintritt und dabei durch vom Kolben gesteuerte Auspuffschlitze im Zylindermantel die Verbrennungsgase ausstösst, dadurch gekennzeichnet, dass die Kanäle (7) in mindestens zwei Kreisen (9, 10), konzentrisch zur Zylinderachse verteilt, angeordnet sind, dass ferner die Ventile (5, 6) durch an den Ventilkörper erzeugte Drücke öffnend und schliessend ausgebildet sind, und dass jeder Ventilsitz (28) und/oder die dem Kanal (7) zugewandte Dichtfläche (29) des zugeordneten Ventilkörpers (5) mit der Achse des zugehörigen Kanals (7) einen Winkel von höchstens 30 bilden. Mixture enters the cylinder chamber and thereby releases the combustion gases through exhaust slots in the cylinder jacket controlled by the piston, characterized in that the channels (7) are arranged in at least two circles (9, 10), distributed concentrically to the cylinder axis, that the valves ( 5, 6) are designed to be opened and closed by pressures generated on the valve body, and that each valve seat (28) and / or the sealing surface (29) of the associated valve body (5) facing the channel (7) with the axis of the associated channel ( 7) form an angle of at most 30. 2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zehn Kanäle (7) jeweils auf einer in der Projektion des Zylinderquerschnitts liegenden Fläche des Zylinderdeckels (3) verteilt sind.  2. Arrangement according to claim 1, characterized in that at least ten channels (7) are each distributed over a surface of the cylinder cover (3) lying in the projection of the cylinder cross section. 3. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilkörper (5) ein glockenförmiger Hohlkörper ist.  3. Arrangement according to claim 1, characterized in that the valve body (5) is a bell-shaped hollow body. 4. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im Kanal (7) die Strömung leitende Einbauten (14) vorgesehen sind, in denen die Ventilspindel (6) mit Spiel gelagert und geführt ist.  4. Arrangement according to claim 1, characterized in that the flow-conducting internals (14) are provided in the channel (7), in which the valve spindle (6) is mounted and guided with play. 5. Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass für das Schliessen des Ventils (5, 6) eine zur Ventilspindel (6) axiale, konische Rückstellfeder (25) vorgesehen ist.  5. Arrangement according to claim 4, characterized in that for closing the valve (5, 6) to the valve spindle (6) axial, conical return spring (25) is provided. Die Erfindung betrifft eine Anordnung zum Spülen und Laden der Zylinder einer Zweitaktbrennkraftmaschine, insbesondere eines Dieselmotors, mit Luft oder einem Gemisch aus Brennstoff und Luft, wobei durch die Anzahl Kanäle im Zylinderdeckel, die mit Hilfe von Ventilen verschliessbar sind, Luft, bzw. Gemisch in den Zylinderraum eintritt und dabei durch vom Kolben gesteuerte Auspuffschlitze im Zylindermantel die Verbrennungsgase ausstösst.  The invention relates to an arrangement for flushing and charging the cylinders of a two-stroke internal combustion engine, in particular a diesel engine, with air or a mixture of fuel and air, air or mixture in through the number of channels in the cylinder cover, which can be closed with the aid of valves enters the cylinder chamber and thereby releases the combustion gases through exhaust slots in the cylinder jacket controlled by the piston. Bekanntlich wird eine optimale Spülung und Füllung der Zylinder einer Zweitaktbrennkraftmaschine mit Luft oder einem Brennstoff/Luftgemisch theoretisch dann erreicht, wenn eine maximale Spülluftmenge als über den Zylinderquerschnitt möglichst geschlossener Kolben in den Zylinderraum einströmt und nach dem Verdrängerprinzip das darin befindlicheVerbrennungsgas ausschiebt.  As is known, optimal flushing and filling of the cylinders of a two-stroke internal combustion engine with air or a fuel / air mixture is theoretically achieved when a maximum amount of purge air flows into the cylinder space as a piston that is as closed as possible over the cylinder cross-section and expels the combustion gas contained therein according to the displacement principle. Dafür ist es notwendig, dass einerseits die Öffnung der Luftkanäle eine maximale Netto-Durchtrittsflächediese ist das Produkt aus der geometrischen Durchtrittsfläche und dem Durchflusskoeffizienten - ergibt und andererseits der verdrängende Strömungskolben möglichst weitgehend in sich geschlossen bleibt und möglichst wenig in einzelne Stromfäden und/oderWirbel aufgelöst wird, d.h. diebeim Einströmen von Luft oder Gasgemisch in den mit Verbrennungsgasen gefüllten Zylinderraum entstehende Mischzone möglichst kurz gehalten wird. For this it is necessary that, on the one hand, the opening of the air channels has a maximum net passage area, which is the product of the geometric passage area and the flow coefficient - and, on the other hand, the displacing flow piston remains as closed as possible and is dissolved as little as possible into individual flow threads and / or vortices , ie which is kept as short as possible when air or gas mixture flows into the mixing zone formed in the cylinder space filled with combustion gases. Mit den bekannten Spülsystemen der genannten Ausbildung (H. List der Ladungswechsel der Verbrennungskraftmaschine , 2. Teil [Wien 19501, Seite 122) bei denen die Luft den Zylinderraum in einer. in Richtung der Zylinderachse verlaufenden, axialen Längsströmungspült, wobei die Luftkanäle durch in den Zylinderraum hinein öffnende, gesteuerte Ventile verschliessbar sind. ist eine derartige Verdrängungsspülung nicht auch nur annähernd zu erreichen: denn selbst bei grossen Zylinderdurchmessern ist es wegen des Platzbedarfs für die Ventilsteuerungen kaum möglich, mehr als sechs Luftkanäle im Zylinderdeckel unterzubringen. Um den Zylinderraum mit einer solch geringen Anzahl von Luftkanälen jedoch mit Spülluft zu füllen . sind bei Austritt der Luft aus diesen Kanälen erhebliche Querablenkungen erforderlich.  With the known flushing systems of the aforementioned training (H. List the charge change of the internal combustion engine, part 2 [Vienna 19501, page 122) in which the air in a cylinder space. Axial longitudinal flow flushing in the direction of the cylinder axis, the air channels being closable by controlled valves opening into the cylinder space. Such a displacement flushing is not even close: because even with large cylinder diameters, it is hardly possible to accommodate more than six air ducts in the cylinder cover due to the space required for the valve controls. In order to fill the cylinder chamber with such a small number of air channels, however, with purge air. considerable transverse deflections are required when the air exits from these channels. Dadurch werden in den Gasstrom solche Störungen induziert, dass er in eine Vielzahl einzelner Stromfäden zerrissen wird. die Mischzone ausgedehnt und relativ lang wird. und es daher zur Ausbildung eines Verdrängerkolbens nur beschränkt kommen kann.  As a result, such disturbances are induced in the gas stream that it is torn into a large number of individual current threads. the mixing zone expands and becomes relatively long. and therefore the formation of a displacement piston can only occur to a limited extent. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung zum Spülen und Laden einer Zweitaktbrennkraftmaschine der erwähnten Art zu schaffen, bei der soweit wie möglich ein Verdrängerluftkolben aufgebaut wird. Erfindungsgemäss wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass die Kanäle in mindestens zwei Kreisen, konzentrisch zur Zylinderachse verteilt, angeordnet sind, dass ferner die Ventile durch an den Ventilkörpern erzeugte Drücke öffnend und schliessend ausgebildet sind, und dass jeder Ventilsitz und/oder die dem Kanal zugewandte Dichtfläche des zugeordneten Ventilkörpers mit der Achse des zugehörigen Kanals einen Winkel von höchstens 30 bilden.  The invention has for its object to provide an arrangement for flushing and charging a two-stroke internal combustion engine of the type mentioned, in which as far as possible a displacement air piston is constructed. According to the invention, the object is achieved in that the channels are arranged in at least two circles, distributed concentrically to the cylinder axis, in addition the valves are designed to open and close by pressures generated on the valve bodies, and in that each valve seat and / or the valve facing the channel Form the sealing surface of the associated valve body with the axis of the associated channel an angle of at most 30. Die Verwendung von durch den Druck gesteuerten Ventilen und die beanspruchte Verteilung der Luftkanäle ermöglichen eine Vielzahl von Luftkanälen - mit Vorteil mindestens zehn Luftkanäle- auf der begrenzten, häufig noch das Brennstoff Einspritzventil aufnehmenden, in der Projektion des Zylinderquerschnitts liegenden Fläche des Zylinderdeckels unterzubrin- gen. Durch das Merkmal, durch welches der zulässige Maximalwinkel zwischen dem Ventilsitz und der Kanalachse vorgeschrieben wird, wird sichergestellt. dass das Gas - bezogen auf die Kanalachse - sehr weitgehend querablenkungsfrei in den Zylinderraum einströmt, d. h. dass dieser Strom - abgesehen von einer unvermeidbaren Aufweitung und von seiner Ablenkung am Ventilkörper- keine Strömungskomponente in radialer Richtung - bezogen auf den Kanal - aufweist.  The use of pressure-controlled valves and the stressed distribution of the air ducts enable a large number of air ducts - advantageously at least ten air ducts - to be accommodated on the limited surface of the cylinder cover, which still receives the fuel injector and lies in the projection of the cylinder cross section. The feature by which the maximum permissible angle between the valve seat and the channel axis is prescribed is ensured. that the gas - in relation to the channel axis - flows very largely without transverse deflection into the cylinder space, d. H. that this flow - apart from an unavoidable expansion and its deflection at the valve body - has no flow component in the radial direction - based on the channel. Der zu Beginn erwähnte Durchflusskoeffizient ist wegen der geringen Querablenkungbeträchtlich erhöht, so dass sich insgesamt eine maximale Nettodurchtrittsfläche für die in den Zylinderraum eintretende Strömung ergibt. Es ist somit sichergestellt, dass eine möglichst grosse Luft- bzw. Gasgemischmenge durch den Zylinderdeckelin Achsrichtung des Zylinders, d. h. möglichst weitgehend ohne Radialkomponenten, weitgehend gleich mässig über den Zylinderquerschnitt verfeilt, durch den Zylinderraum strömt.  The flow coefficient mentioned at the beginning is considerably increased due to the low transverse deflection, so that overall there is a maximum net passage area for the flow entering the cylinder space. It is thus ensured that the largest possible amount of air or gas mixture through the cylinder cover in the axial direction of the cylinder, i. H. as far as possible without radial components, largely evenly distributed over the cylinder cross-section, flows through the cylinder space. Die Ausbildung des Ventilsitzes in einem Winkel von höchstens 30 zur Spindelachse bringt darüberhinaus den weiteren Vorteil, dass der Ventilkörper beim automatischen Schliessen des Ventils eine Selbstzentrierung erfährt, die noch durch eine konische Ausbildung der Rückstellfeder unterstützt werden kann. Als Folge davon können die Führungen und Lager der Ventilspindel mit relativ grossem Spiel - in der Grössenordnung von Zehntel Millimetern - ausgebildet sein; durch ein derartig weites Spiel kann die Gefahr des Klemmens des automatisch arbeitenden Ventils weitgehend beseitigt werden.  The formation of the valve seat at an angle of at most 30 to the spindle axis also has the further advantage that the valve body experiences a self-centering when the valve closes automatically, which can also be supported by a conical configuration of the return spring. As a result, the guides and bearings of the valve spindle can be designed with a relatively large clearance - in the order of magnitude of tenths of a millimeter; With such a wide game the risk of jamming of the automatically operating valve can be largely eliminated. Die erwünschten Eigenschaften der Strömung lassen sich weiter verbessern, wenn im Kanal die Strömung leitenden Einbauten vorgesehen sind, in denen die Ventilspindel mit Spiel gelagert und geführt ist. Dadurch kann eine im Sinne einer homogenen Ausspülung optimaleAufweitung der in den Zylinderraum eintretenden Luftströmungen erreicht werden: eine optimale Aufweitung der Strahlen - wobei optimal im Sinne einer homogenen Ausspülung zu verstehen ist- ist gegeben.  The desired properties of the flow can be further improved if the flow-conducting internals are provided in the channel, in which the valve spindle is supported and guided with play. As a result, an optimal expansion of the air flows entering the cylinder chamber can be achieved in the sense of a homogeneous rinsing: an optimal expansion of the jets - whereby optimally in the sense of a homogeneous rinsing out - is given.   wenn die sich aufweitenden Strahlen nach kurzer Anlaufstrecke den ganzen Querschnitt des Zylinderraums möglichst gleichmässig überdecken und dabei auf dieser Strecke soviel ihrerindividu- ellen Strömungsenergie verlieren, dass sie sich gegenseitig nicht durch Verwirbelungen stören. if the expanding beams cover the entire cross-section of the cylinder chamber as evenly as possible after a short start-up section and lose so much of their individual flow energy on this section that they do not interfere with each other due to turbulence. Für die Spülung und Füllung des Zylinders wird mit der neuen Anordnung weiterhin der sogenannte Zeitquerschnitt ins Gewicht fallend vergrössert, aus dem sich dann der resultierende **WARNUNG** Ende CLMS Feld konnte Anfang DESC uberlappen**.  For the flushing and filling of the cylinder, the so-called time cross-section is increased in weight, with the new arrangement, from which the resulting result is then obtained ** WARNING ** End of CLMS field could overlap beginning of DESC **.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO1997039230A2 (en) * 1996-04-12 1997-10-23 Ohlmann Hans Armin Air and exhaust gas management system for a two-cycle internal combustion engine

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1997039230A2 (en) * 1996-04-12 1997-10-23 Ohlmann Hans Armin Air and exhaust gas management system for a two-cycle internal combustion engine
WO1997039230A3 (en) * 1996-04-12 1998-01-29 Ohlmann Hans Armin Air and exhaust gas management system for a two-cycle internal combustion engine

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