DE1039305B

DE1039305B - Two-stroke internal combustion engine with reverse scavenging

Info

Publication number: DE1039305B
Application number: DET13107A
Authority: DE
Inventors: Dr-Ing August Lichte
Original assignee: Tech Buero Dr Lichte & Trachte
Current assignee: Tech Buero Dr Lichte & Trachte
Priority date: 1957-01-15
Filing date: 1957-01-15
Publication date: 1958-09-18

Description

ZWeitaktbrennkraftmaschine mit Umkehrspülung Es ist bekannt, an Zylindern von umkehrgespülten Zweitaktmotoren beiderseits zwischen deren Ein- und Auslaßschlitzen des Zylinders zusätzliche Öffnungen in der Zylinderwand anzuordnen, die zum Durchtritt von unter Spüldruck stehender Luft oder Brenngemisch dienen, welche eine Trennwand zwischen den Ein- und Auslaßschlitzen bilden. Die Trennwand aus Luft oder Brenngemisch soll die Spülluft zum Zylinderkopf und von dort zum Auslaß leiten, um die Zylinderspülung zu verbessern. Die zusätzlichen Öffnungen sind bisher entweder als Schlitze mit etwa gleicher Öffnungsweite wie die Einlaßschlitze ausgeführt und mit Spülluftdruck vom Kurbelgehäuse her angeströmt, oder es sind die Öffnungen als Reihen runder Bohrungen gestaltet, denen von einem besonderen Verdichter Luft zugefördert wird, welche unter einem höheren Druck steht als die durch die Einlaßschlitze in den Zylindern eintretende Spülluft. Die Anordnung eines besonderen Verdichters für die Erzeugung eines höheren Druckes der Trennwandluft gegenüber der Spülluft erfordert jedoch einen unerwünschten Bauaufwand, und es vermindert die für den Antrieb dieses Verdichters erforderliche Leistung die Nutzleistung des Zweitaktmotors. Es ist daher zur Vermeidung eines solchen besonderen -#,''erdichters erwünscht, die Trennwand aus der im Kurbelgehäuse vorhandenen Spülluft und mit deren Druck so zu errichten, daß sie gegenüber der aus dem gleichen Druckpotential stammenden und durch die Spülschlitze in den Zylinder eintretenden Spülluft stabil ist und diese zum Zylinderkopf leitet, wo sie unter Umströmen der Trennwand zum Auslaß umkehrt. Ilierfür sind aber die bisher bekannten Motoren, deren zusätzliche Öffnungen schlitzförmig und mit etwa gleicher Öffnungsweite wie die der Spülschlitze ausgeführt sind und mit Spülluftdruck angeströmt werden, nicht voll geeignet. Infolge der bisher angewendeten großen Öffnungsweite dieser zusätzlichen Schlitze tritt die Trennwandluft mit gleicher Richtwirkung in den Zylinder ein wie die Spülluft. Damit ist aber keine Gewähr gegeben, daß die Spülluft von der Trennwandluft in der erwünschten Weise zum Zylinderkopf und von dort nach dem Umkehren zum Auslaß geleitet wird, vielmehr können sich im Zylinder unkontrollierbare Strömungen ausbilden, welche sich auf die aus den Spülschlitzen und den zusätzlichen Schlitzen eintretenden anteiligen Luftmengen verändernd auswirken und eine gute Spülung des Zylinders zunichte machen. Es ist auch bekannt, die mit Spüldruck angeströmten zusätzlichen Öffnungen in ihrem Gesamtquerschnitt im Vergleich mit den Einlaßschlitzen erheblich kleiner auszuführen. Diese kleinen zusätzlichen Öffnungen dienen aber nicht zur Errichtung einer Trennwand, sondern sollen Hilfsspülluftströme in diejenigen Zylinderräume richten, in denen vom Hauptspülluftstrom nicht ausgespülte Abgaskerne verbleiben. Die Hilfsspülluftströme verdrängen dabei die restlichen Abgaskerne entweder in den Hauptspülluftstrom oder in zusätzliche Hilfsauslaßschlitze.Dual-cycle internal combustion engine with reverse scavenging It is known to use cylinders of reverse-flushed two-stroke engines on both sides between their inlet and outlet slots of the cylinder to arrange additional openings in the cylinder wall for passage of air or combustion mixture under purging pressure, which form a partition form between the inlet and outlet slots. The partition made of air or fuel mixture is intended to direct the scavenging air to the cylinder head and from there to the outlet to prevent cylinder scavenging to improve. The additional openings are so far either as slots approximately the same opening width as the inlet slots and with purging air pressure flow from the crankcase, or the openings are rows of round bores designed, to which air is supplied by a special compressor, which under is at a higher pressure than that entering the cylinders through the inlet ports Purge air. The arrangement of a special compressor for the production of a higher one However, the pressure of the partition air against the purge air requires an undesirable one Construction costs, and it reduces the necessary to drive this compressor Power the net power of the two-stroke engine. It is therefore to avoid one Such a special - #, '' sealer desired the partition from the crankcase existing purge air and to set up with its pressure so that it is opposite to the coming from the same pressure potential and through the flushing slots into the cylinder incoming scavenging air is stable and directs it to the cylinder head, where it is below Reverses flow around the partition to the outlet. Ilierfür are, however, the ones known so far Motors whose additional openings are slot-shaped and with approximately the same opening width how the flushing slots are designed and how the flushing air pressure flows against them, not fully suitable. As a result of the previously used large opening width of this additional slots, the partition air enters the cylinder with the same directional effect one like the purge air. But this does not guarantee that the purge air from the partition air in the desired manner to the cylinder head and from there to the Reversing to the outlet is directed, rather, can become uncontrollable in the cylinder Form currents, which are based on the from the flushing slots and the additional Slits entering proportionate air volumes have a changing effect and a good one Nullify the rinsing of the cylinder. It is also known that the rinsing pressure flowed against them additional openings in their overall cross-section in comparison with the inlet slots to be made considerably smaller. However, these small additional openings are used not to erect a partition wall, but to flow auxiliary purge air into them Align the cylinder chambers in which the exhaust gas cores that have not been purged by the main purge air flow remain. The auxiliary scavenging air flows either displace the remaining exhaust gas cores into the main purge air stream or into additional auxiliary outlet slots.

Durch die Erfindung ist die Möglichkeit geschaffen worden, aus dem Spülmedium und mit dessen Druck mit verhältnismäßig geringen Luft- oder Brenngemischmengen eine gegenüber der Spülluft oder dem zur Spülung benutzten Brenngemisch stabile Trennwand zu errichten. Zu diesem Zweck sind erfindungsgemäß die rund oder quadratisch ausgebildeten zusätzlichen Öffnungen im Vergleich zur Zylinderwandstärke so eng, daß der Öffnungsdurchmesser bzw. die in den Querschnittsflächen der quadratischen Öffnungen meßbaren Öffnungsweiten überwiegend kleiner sind als die Zylinderwandstärken. Ferner sind die auf jeder Zylinderseite in mindestens zwei übereinanderliegenden Reihen angeordneten zusätzlichen Öffnungen jeder Zylinderseite unter verschiedenen Winkeln zum Zylinderkopf derart gerichtet, daß die Luftstrahlen aus einander gegenüberliegenden und unter gleichen Winkeln verlaufenden Bohrungen sich im wesentlichen in einer gemeinsamen Längsmittelebene des Zylinder treffen, dessen Einlaßkanäle in an sich bekannter Weise paarweise auf die den Auslaßschlitzen gegenüberliegende Zylinderwand gerichtet sind bzw. senkrecht zur Mittelebene der Auslaßschlitze verlaufen, damit die Spülluft die errichtete Trennwand nicht stark beansprucht. Als Folge des kleinen Querschnittes der zusätzlichen Öffnungen im Verhältnis zur Dicke der Zylinderwand wird der aus den zusätzlichen Öffnungen strahlförmig in den Zylinder eintretenden Luft eine über deren Laufweg bis zum Zusammentreffen mit dem Gegenstrahl beständige Richtwirkung erteilt, und es bleibt die Strahlgestalt als solche auf dem Laufweg erhalten. Die solcherart den Luftstrahlen verliehene Formbeständigkeit und Richtungsstabilität ist gegenüber der aus. den verhältnismäßig großen Einlaßschlitzen in den Zylinder eintretenden Spülluft beständig. Dabei ist die Richtwirkung um so größer, je mehr die Luftstrahlen aus den zusätzlichen Öffnungen zum Zylinderkopf gerichtet sind, weil mit der hiermit verbundenen größeren Steigung der zusätzlichen Öffnungen auch deren für die Richtwirkung bestimmende Führungslänge in der Zylinderwand größer wird.-Infolgedessen erhalten all; für die Bildung der Trennwand benötigten Luft- oder auch Brenngemischstrahlen eine um so größere Richtwirkung, je größer ihre Laufwege im Zylinder sind, bis sie mit den Strahlen aus den Öffnungen zusamme?itreffen, die symmetrisch zur gemeinsamen Zylindermittelebene ihres Zusammentreffens und unter den gleichen Winkeln liegen. Die so geschaffene Trennwand benötigt für ihre Errichtung verhältnismäßig geringe Luft- oder Brenngemischmengen, so daß große Spülmengen verfügbar bleiben, mit denen eine wirksame Ausspülung des Zylinders gewährleistet ist.The invention has created the possibility from which Flushing medium and with its pressure with relatively small amounts of air or fuel mixture one that is stable in relation to the purge air or the fuel mixture used for purging Erect partition wall. For this purpose, according to the invention, they are round or square formed additional openings so narrow compared to the cylinder wall thickness, that the opening diameter or in the cross-sectional areas of the square Openings measurable opening widths are predominantly smaller than the cylinder wall thicknesses. Furthermore, there are at least two superimposed on each cylinder side Rows arranged additional openings of each cylinder side under different ones Angles directed towards the cylinder head in such a way that the air jets from opposite one another and holes extending at equal angles are substantially in one common longitudinal center plane of the cylinder meet, the inlet channels in itself known way in pairs on the cylinder wall opposite the outlet slots are directed or perpendicular to the center plane of the outlet slots so that the scavenging air does not put a lot of strain on the partition wall. As a result of the small Cross section of the additional openings in relation to the thickness of the cylinder wall becomes the jet entering the cylinder from the additional openings Air is constant over its path until it meets the opposing jet Directivity granted, and the beam shape as such is retained on the path. the such dimensional stability and directional stability imparted to the air jets is across from the. the relatively large inlet slots in the cylinder incoming purge air. The more the directional effect is, the greater the air jets from the additional openings are directed towards the cylinder head, because with the associated greater slope of the additional openings too whose guide length in the cylinder wall, which determines the directional effect, is greater will.-As a result, get all; necessary for the formation of the partition wall or even mixed fuel jets have a greater directivity, the greater their travel paths are in the cylinder until they meet the rays from the openings that symmetrical to the common cylinder center plane where they meet and below lie at the same angles. The partition wall created in this way is required for its erection relatively small amounts of air or fuel mixture, so that large amounts of flushing are available with which an effective flushing of the cylinder is guaranteed.

Die anteiligen Luftmengen für die Trennwand- und Spülluft sind durch das Größenverhältnis der Gesamtquerschnitte der zusätzlichen Öffnungen und der Einlaßschlitze sowie durch den Umstand bestimmt, dai3 die Trennwand stabil ist und sich demnach beherrschte Strömungen mit gesetzmäßigen Mengenanteilen im Zylinder ergeben. Auf diese Weise ist der Erfindungszweck, nämlich die Schaffung einer stabilen Trennwand aus der Spülluft mit deren Druck unte-Belassung großer Spülmengen für den Spülvorgang, erreicht.The proportionate air volumes for the partition and purge air are through the size ratio of the total cross-sections of the additional openings and the inlet slots as well as determined by the fact that the partition is stable and accordingly controlled flows with regular proportions in the cylinder result. on this is the purpose of the invention, namely the creation of a stable partition from the scavenging air with its pressure under-leaving large amounts of scavenging for the scavenging process, achieved.

Zur weiteren Erhöhung der Beständigkeit der Trennwand gegenüber der Spülluft haben die in die zusätzlichen Öffnungen mündenden Kanäle eine der den Auslaßschlitzen gegenüberliegenden Zylinderwand zugewendete Richtungskomponente. Bei einem solchen Richtungsverlauf der die Trennwand bildenden Strahlen erfährt die Trennwand in sich eine Verdichtung, falls sie von der Spülluft in Richtung zum Auslaß abgedrängt werden sollte.To further increase the resistance of the partition against the The ducts opening into the additional openings have one of the outlet slots for purge air Directional component facing the opposite cylinder wall. With such a The directional course of the rays forming the dividing wall experiences the dividing wall in itself a compression, if they are displaced by the scavenging air in the direction of the outlet should.

Der Erfindungsgegenstand ist in der Zeichnung i@i einem Ausführungsbeispiel dargestellt, und zwar zeig: Abb. 1 einen Längsschnitt durch den Zylinder. Abb. 2 einen Querschnitt durch den Zylinder gemäß der Linie II-II der Abb. 1, Abb. 3 eine Außenansicht des Zylinders, Abb.4 und 5 Teilquerschnitte durch die Zylinderwand gemäß den Linien IV-IV und V-V der Abb. 2. Am veranschaulichten Zylinder sind Einlaßschlitze 1 und Auslaßschlitze 2 angeordnet, zwischen denen beidseits zusätzliche Öffnungen 3 und 3' iii übereinanderliegenden Reihen vorhanden sind, welche ebenso wie die Einlaßschlitze 1 mit den Kanälen 4 in Verbindung stehen, in denen aus dem Kurbelgebäu#:c: bei Vergasermotoren Brenngemisch oder bei Eii.-spritzmotoren Luft zuströmt.The subject of the invention is in the drawing i @ i an embodiment shown, namely: Fig. 1 is a longitudinal section through the cylinder. Fig. 2 a cross section through the cylinder along the line II-II of Fig. 1, Fig. 3 a External view of the cylinder, Figures 4 and 5, partial cross-sections through the cylinder wall according to lines IV-IV and V-V of Figure 2. There are inlet ports on the illustrated cylinder 1 and outlet slots 2, between which additional openings on both sides 3 and 3 'iii superimposed rows are present, which as well as the Inlet slots 1 are in communication with the channels 4, in which from the crank building #: c: In the case of carburettor engines, there is a fuel mixture or in the case of Eii.-injection engines, air flows in.

Die zusätzlichen Öffnungen 3 und 3' sind im Durchmesser kleiner als die Zylinderwandstärke und auf jeder Seite unter verschiedenen Winkeln zum Zylinderkopf sowie auf beiden Seiten unter gleichen Winkcis zur Einlaßseite des Zylinders gerichtet (Abb. 2 bis 5) Der Richtungsverlauf ist dabei so gewählt, daß dic symmetrisch zur Längsmittelebene x-x (Abb. 2) des Zylinders sich gegenüberliegenden Öffnungen 3 und 3' unter gleichen Winkeln verlaufen und paarweise auf einen gemeinsamen Punkt der Längsmitteilebene gei-ichtet sind. Beim Verbrennungshub wird durch die Kolbenbewegung den Kanälen 4 Luft oder Brenngemisch zugefördert, «-elch letztere zugleich den Öffnungen 3 und 3' sowie den Einlaßschlitzen 1 zuströmen und aus ihnen in den Zylinder eintreten.The additional openings 3 and 3 'are smaller than in diameter the cylinder wall thickness and on each side at different angles to the cylinder head as well as directed on both sides at the same angle to the inlet side of the cylinder (Fig. 2 to 5) The course of the direction is chosen so that dic is symmetrical to Longitudinal median plane x-x (Fig. 2) of the cylinder opposite openings 3 and 3 'run at the same angles and in pairs on a common point the longitudinal communication level are aligned. During the combustion stroke, the piston movement the ducts 4 are supplied with air or fuel mixture, "- the latter at the same time as the openings 3 and 3 'as well as the inlet slots 1 and enter the cylinder from them.

Infolge des runden Querschnittes der Öffnungen 3, 3' und ihres im Vergleich finit der Zylinderwandstärke kleineren Durchmessers wird der sie durchströmenden Luft eine wesentlich höhere Richtwirkung erteilt als der die erheblich größeren rechteckigen Einlaßschlitze 1 durchströmenden Spülluft. Dies ergibt sich aus der im Vergleich mit der Zylinderwandstärke beträchtlich größeren Öffnungsweite der Einlaßschlitze 1, die der Spülluft eine viel geringere Richtwirkung erteilen. Durch die besondere Lage der Öffnungen 3 und 3' und durch ihre sich hieraus ergebende Führungslänge in der Zylinderwand sind die aus ihnen in den Zylinder einströmenden Luft- oder Brenngemischstrahlen formbeständig und richtungsstabil. Diese bilden im Zylinder eine Trennwand zwischen der Ein- und Auslaßseite des Zylinders, welche die aus den Eirnlaßschlitzen 1 eintretente Spülluft zum Zylinderkopf und nach dem Umkehren um die Trennwand zu den Auslaßschlitzen 2 leitet, so daß die im Zylinder vorhandenen Verbrennungsgase einwandfrei ausgespült werden.As a result of the round cross-section of the openings 3, 3 'and their im Comparison finite of the cylinder wall thickness of the smaller diameter is the one flowing through it Air gives a much higher directivity than that of the considerably larger ones rectangular inlet slots 1 flowing through scavenging air. This follows from the in comparison with the cylinder wall thickness, the opening width is considerably larger Inlet slots 1, which give the scavenging air a much lower directivity. By the special position of the openings 3 and 3 'and their resulting therefrom The guide lengths in the cylinder wall are those flowing from them into the cylinder Air or mixed fuel jets dimensionally stable and directionally stable. These form in the cylinder a partition between the inlet and outlet side of the cylinder, which the purge air entering from the inlet slots 1 to the cylinder head and after Reverse around the dividing wall to the outlet slots 2 so that the inside of the cylinder existing combustion gases are properly flushed out.

Die Bildung von Lücken in der Trennwand wird dabei weitgehend dadurch verhindert, daß nebeneinanderliegende und unter verschiedenen Winkeln verlaufende Öffnungen 3 und 3' im wesentlichen höhengleich an der Zylinderinnenfläche münden, wodurch die sich auf dem Strömungsweg der Luftstrahlen ergebende Durchmesservergrößerung der Strahlendicke die Divergenz ihrer Richtungswinkel zumindest teilweise ausgleicht. Die besondere Lage der Öffnungen 3 und 3' bewirkt ferner, daß die steiler zum Zylinderkopf gerichteten Öffnungen eine größere Führungslänge in der Zylinderwand erhalten als die weniger steilen Öffnungen, so daß den aus ihnen austretenden Luftstrahlen eine um so größere Richtwirkung erteilt wird, je größer ihr Strömungsweg bis zum Zusammentreffen mit dem Luftstrahl aus der gegenüberliegenden Bohrung ist. Der Gesamtquerschnitt der öffnungen 3 und 3' ist erheblich kleiner als derjenige der Spülschlitze 1, so daß für die Bildung der Trennwand verhältnismäßig geringe Luft- oder Brenngemischmengen verbraucht werden.The formation of gaps in the partition wall is largely thereby prevents adjacent and at different angles from running Openings 3 and 3 'open essentially at the same height on the inner surface of the cylinder, whereby the diameter enlargement resulting on the flow path of the air jets the beam thickness at least partially compensates for the divergence of their directional angles. The special position of the openings 3 and 3 'also causes the steeper to the cylinder head directed openings receive a longer guide length in the cylinder wall than the less steep openings, so that the air jets emerging from them one the greater the directional effect is given, the greater their flow path until they meet with the air jet from the opposite hole. The total cross-section the openings 3 and 3 'is considerably smaller than that of the flushing slots 1, see above that for the formation of the partition wall relatively small amounts of air or fuel mixture are consumed.

Die in einer Mehrzahl vorhandenen Einlaßschlitze 1 liegen sich mit Bezug auf die Längsmittelebene x-x des Zylinders gegenüber und sind so gerichtet, daß die Spülluft die durch die Öffnungen 3 und 3' erzeugte Trennwand stets nur schräg anströmen kann. Die Spülluft aus sich gegenüberliegenden Spülschlitzen 1 trifft zudem aufeinander, so daß ihre innewohnende kinetische Energie gemindert wird und somit auch aus diesem Grunde nicht voll an der Trennwand zur Auswirkung kommen kann.The inlet slots 1, which are present in a plurality, lie with one another In relation to the longitudinal median plane x-x of the cylinder opposite and are directed so that the scavenging air always only obliquely the partition created through the openings 3 and 3 ' can flow towards. The scavenging air from opposite scavenging slots 1 hits in addition to each other, so that their inherent kinetic energy is reduced and therefore, for this reason too, the full effect cannot be applied to the partition wall.

Wenn also einesteils die zusätzlichen Öffnungen 3 und 3' für die Trennwandluft durch ihre besondere Gestalt, Führungslänge und Lage in der Zylinderwand mit sparsamen Luft- oder Brenngemischmengen mit Spülluftdruck eine stabile Trennwand zur Entstehung kommen lassen, so ist andernteils durch die Gestalt, Lage und Richtung der Einlaßschlitz 1 erreicht, daß die Beanspruchung der Trennwand im Sinne ihrer Durchbrechung durch die Spülluft tunlichst gering ist.So if on the one hand the additional openings 3 and 3 'for the partition wall air due to their special shape, guide length and location in the cylinder wall, they are economical Air or fuel mixture quantities with purge air pressure create a stable partition on the other hand, through the shape, position and direction of the inlet slot 1 achieves that the stress on the partition wall in terms of its breakthrough the purge air is as low as possible.

Es besteht die Möglichkeit, zum Eintritt der Trennwandluft in den Zylinder statt der runden Öffnungen 3, 3' auch im wesentlichen quadratische Öffnungen anzuordnen, deren Richtungsverlauf und Lage übereinstimmend mit den runden Öffnungen gewählt ist. Die Öffnungsweite solcher im wesentlichen quadratischen Öffnungen wird jedoch zur Erhaltung der Strahlbeständigkeit und Richtungsstabilität so gewählt, daß die in ihrer Querschnittsebene meßbaren Weiten zumindest überwiegend kleiner sind als die Zylinderwandstärke,wie dies in Abb. 3 strichpunktiert angedeutet ist.It is possible to allow the partition air to enter the Cylinders instead of the round openings 3, 3 'also have essentially square openings to be arranged, their direction and position coinciding with the round openings is selected. The opening width of such essentially square However, openings are used to maintain beam resistance and directional stability chosen so that the widths measurable in their cross-sectional plane are at least predominantly are smaller than the cylinder wall thickness, as indicated by dash-dotted lines in Fig. 3 is.

Claims

PATENT CLAIMS: 1. Two-stroke internal combustion engine with reverse scavenging and arranged on both sides between the inlet and outlet slots of the cylinder, in their overall cross-section is considerably smaller in comparison with the inlet slots and additional openings in the cylinder wall against which the air pressure flows Passage of air forming a partition between the inlet and outlet side of the cylinder forms, characterized in that the round or square shaped additional Openings compared to the cylinder wall thickness are so narrow that the opening diameter or the opening widths that can be measured in the cross-sectional areas of the square openings are predominantly smaller than the cylinder wall thickness, and that also on each Cylinder side in at least two additional rows arranged one above the other Openings on each cylinder side at different angles to the cylinder head like this are directed that the air jets from opposite and under the same Angled openings are essentially in a common longitudinal center plane of the cylinder meet the intake ports in a known manner in pairs are directed or perpendicular to the cylinder wall opposite the outlet slots run to the central plane of the outlet slots.

2. Two-stroke internal combustion engine according to Claim.1, characterized in that the opening into the additional openings Channels facing one of the cylinder wall opposite the outlet slots Have directional component. Publications considered: German Patent Specifications No. 555 152, 515 099.