DE2248559C2 - Two-stroke reciprocating internal combustion engine with reverse scavenging - Google Patents
Two-stroke reciprocating internal combustion engine with reverse scavengingInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Zweitakt-Hubkolbenbrennkraftmaschine mit Umkehrspülung mit einer Schlitzanordnung von im wesentlichen zur Zylinder-The invention relates to a two-stroke reciprocating internal combustion engine with reverse scavenging with a Slot arrangement from essentially to the cylinder
achse senkrecht verlaufenden Auslaß- und Spülschlitzen, wobei den Spülschlitzen Hilfsspülschlitze zugeordnet sind, deren axiale Dimension kleiner ist ais die der Spülschlitze.axis running vertically outlet and flushing slots, with the flushing slots auxiliary flushing slots are assigned whose axial dimension is smaller than that of the flushing slots.
Eine derartige Maschine ist z. B. aus der schweizerischen Patentschrift 379 196 bekannt.Such a machine is e.g. B. from Swiss patent 379 196 known.
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Weiterentwicklung dieser bekannten Maschine, wobei neben anderen wichtigen Vorteilen die Stabilität und Gleichmäßigkeit der Spülung erhöht werden soll. Da-The present invention relates to a further development of this known machine, in addition to other important advantages are the stability and evenness of the irrigation to be increased. There-
durch wird allgemein die Qualität der Spülung, d.h. der Austausch der Brenngase durch frische Luft ve: besser!. the quality of the purging, ie the exchange of the combustion gases with fresh air, is generally improved by : better !.
Die erfindungsgemäße Maschine, durch weiche dieses Ziel erreicht wird, ist dadurch gekennzeichnet, daß die Spülschlitze eine Gruppe bilden, die sich in der Symmetrieachse der Schlitzanordnung befindet, und daß die Auslaßschlitze in zwei Gruppen an den beiden Enden der Gruppe der Spülschlitze angeordnet sind.The machine according to the invention, by means of which this aim is achieved, is characterized in: that the flushing slots form a group which is located in the axis of symmetry of the slot arrangement, and that the outlet slots are arranged in two groups at the two ends of the group of flushing slots are.
Bei einer derartigen Anordnung der Schlitze entsteht ein zentraler Strahl der Spülluft, welcher darauf durch seitliche Strahlen aus den Hilfsspülschlitzen unterstützt wird. Der Hauptstrahl ist in allen Fällen stabil und ist z. B. nicht durch die im Spülluftbehälter auftretenden Schwingungen beeinflußt. Die Hilfsspülschlitze beeinflussen die Richtung dieses Strahles nicht, sondern ergänzen nur den benötigten Querschnitt für die Luftströmung. Dadurch wird eine gleichmäßige Spülung mit einem stabilen Verlauf derWith such an arrangement of the slots, a central jet of the scavenging air arises, which is then applied is supported by lateral jets from the auxiliary flushing slots. The main ray is in all cases stable and is z. B. not influenced by the vibrations occurring in the purge air tank. The auxiliary flush slots do not influence the direction of this beam, but only supplement the required cross-section for air flow. This ensures an even flush with a stable course of the
Spülluft erhalten, was insbesondere bei Gasmotoren mit innerer Gemischbildung, wo das Gas während des Kompressionshubes direkt in den Zylinder eingeführt wird, wichtig ist. Durch die stabile Spülung wird nämlich das für klopffreien Betrieb wichtige, von Zyklus zu Zyklus, d. h. von Hub zu Hub der Maschine gleichbleibende Brenngas I.uftgemisch erhalten. Die Kopfgrenze kann genau definiert werden, was zu einer bedeutenden Erhöhung der zulässigen Leistung der Maschine führt.Get purge air, which is particularly important in gas engines with internal mixture formation, where the gas during of the compression stroke is introduced directly into the cylinder is important. Thanks to the stable flush that is, what is important for knock-free operation, from cycle to cycle, i. H. from hub to hub of the The machine maintains a constant fuel gas / air mixture. The head limit can be precisely defined, resulting in a significant increase in the allowable Performance of the machine leads.
Es ist dabei möglich, zwischen den beiden Gruppen von Auslaßschlitzen Hilfsauslaßschlitze auszubiU den, deren axiale Dimension kleiner ist als die der Auslaßschlitze, wobei die Auslaßschlitze zusammen mit den Hilfsauslaßschlitzen in einem Sektor von 170 bis 180 angeordnet sind. Dadurch wird eine große Querschnittfläche der Auslaßschlitze erhalten, welche den Spülvorgang erleichtert. Die Hilfsauslaßschlitze unterstützen den Spülvorgang, indem sie eine Behinderung des einströmenden Spülluftstrahles durch ausströmende Brenngase verhindern.It is possible to design auxiliary outlet slots between the two groups of outlet slots those whose axial dimension is smaller than that of the outlet slots, the outlet slots together with the auxiliary outlet slots are arranged in a sector from 170 to 180. This will make a great one Received cross-sectional area of the outlet slots, which facilitates the flushing process. The auxiliary outlet slots support the purging process by obstructing the inflowing purging air jet prevent from escaping combustion gases.
Weiter ist es möglich, an beiden Seiten der Gruppe von Spülschlitzen Hilfsspülschlitze anzuordnen, wobei die Spülschlitzc in einem Sektor von 120 bisIt is also possible to arrange auxiliary flushing slots on both sides of the group of flushing slots, with the rinsing slots in a sector from 120 to
130 liegen und die Spülschlitze zusammen mit den Hilfsspülschlitzen in einem Sektor von 260 bis 270' liegen. Dadurch wird ein optimaler Verlauf des Spül-Vorganges erhalten. .·130 and the flushing slots together with the auxiliary flushing slots lie in a sector from 260 to 270 ' . This ensures that the flushing process runs optimally. . ·
Dabei kann vorzugsweise das Querschnittsverhültnis der Auslaßschlitze zusammen mit den Hilfsauslaßschlitzen und der Spülschlitze zusammen mit den Hilfsspülschlitzen im wesentlichen 1:2 betragen. Gleichzeitig kann die Querschnittsfläche der Spülschlitjo das 0,65- bis 0,7fache der Gesamtquerschnittsfläche der Spülschlitze und der Hilfsspülschlitze zusammen betragen. Versuche am Modell und am Prüfstand haben gezeigt, daß bei diesen Verhältnissen optimale Resultate der Spülung erhalten werden.The cross-sectional ratio of the outlet slots together with the auxiliary outlet slots can preferably be used and the flushing slot together with the auxiliary flushing slots are essentially 1: 2. At the same time, the cross-sectional area of the rinsing Schlitjo 0.65 to 0.7 times the total cross-sectional area of the flushing slots and the auxiliary flushing slots together amount. Tests on the model and on the test bench have shown that under these conditions optimal results of the irrigation can be obtained.
Dabei ist es möglich, die untere Kante der Spülschlilze an der Stelle auszubilden, wo im unteren Totpunkt des Kolbens dessen Sleuerkante liegt und die Entfernung der oberen Kante der Auslaßschlitze in einer Entfernung von 270O des Kolbenhubes von der unteren Kante der Spülschlitze anzuordnen.It is possible to form the lower edge of the flushing slacks at the point where the sleuing edge lies in the lower dead center of the piston and to arrange the distance of the upper edge of the outlet slots at a distance of 27 0 O of the piston stroke from the lower edge of the flushing slots.
Es hat sich gezeigt, daß diese gegenüber dem üblichcn Maß etwas vergrößerte Höhe der oberen Kante der Auslaßschlitze, die zu einem früheren Auslaßbeginn führt, bedeutende Vorteile im Betrieb der Maschine zur Folge hat. Es wird dadurch nämlich ein sonst in gewissen Fällen auftretender Rückschlag des Zylinderinhaltes in die Spülschlitze vermieden, weleher eine Störung der Anfangsphase der Spülung verursachen kann und außerdem zu einer Verschmutzung der Spülschlitze führen kann.It has been shown that this is compared to the usual Measure slightly increased height of the upper edge of the outlet slots, leading to an earlier outlet start leads to significant advantages in the operation of the machine. Because it becomes a Otherwise in certain cases recoil of the cylinder contents into the flushing slots avoided, weleher can cause a disturbance in the initial phase of the irrigation and also to a pollution the flushing slots can lead.
Dabei ist es möglich, die untere Kante der Auslaßschlitze um ein geringes Maß über der oberen Kante der Spülschlitze anzuordnen und jeweils zwischen zwei in axialer Richtung übereinander befindlichen Schlitzer, einen horizontalen Steg auszubilden, dessen Höhe etwa 6°o des Kolbenhubes beträgt. Dabei werden Kurzschlußverluste der Spülluft vermieden, die sonst aus den Spülschlitzen direkt in die Auslaßschlitze überströmen könnte.It is possible to move the lower edge of the outlet slots slightly above the upper edge to arrange the flushing slots and each between two in the axial direction one above the other Schlitzer to form a horizontal web, of which Height is about 6 ° o of the piston stroke. This avoids short-circuit losses of the purge air otherwise it could overflow from the flushing slots directly into the outlet slots.
Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispieles an Hand der Zeichnung. Es zeigtFurther details of the invention emerge from the following description of an exemplary embodiment on the basis of the drawing. It shows
Fig. 1 einen Schnitt durch einen Zylinder einer erfindungsgemäUen Brennkraftmaschine,1 shows a section through a cylinder of an inventive Internal combustion engine,
Fig. 2 einen Schnitt nach der Linie Il-II in der Fig. 1,Fig. 2 is a section along the line II-II in Fig. 1,
Fig. 3 einen Schnitt nach der Linie IH-III in der F i g. 1,Fig. 3 is a section along the line IH-III in F i g. 1,
Fig.4 den Schnitt nach der Linie IV-IV in der F i g. 2,4 shows the section along the line IV-IV in F i g. 2,
Fig.5 den Schnitt nach der Linie V-V in der Fig. 3,5 shows the section along the line V-V in FIG. 3,
Fig. 6 den Schnitt VI-VI aus der Fig. 3 und6 shows the section VI-VI from FIGS. 3 and
Fig. 7 eine Abwicklung der Schlitzanordnung vom Zylinderinnern ausgesehen.7 shows a development of the slot arrangement from the inside of the cylinder.
In der F i g. 1 ist in einem Zylinderblock 1 einer großen aufgeladenen Zweitakt-Hubkolbenbrennkraftmaschine, z. B. für den Hauptantrieb eines Schiffes, eine Zylinderbüchse 2 angeordnet, die eine Schlitzanordnung3 aufweist, die Auslaßschlitze 4 und Spülschlitze S enthält. Die Auslaßschlitze 4 sind zusammen mit zwischen ihnen angeordneten Hilfsauslaßschlitzen 6 an einen Auslaßkanal 7 des Zylinderblocks 1 angeschlossen, welcher in einen nicht dargestellten Abgassammler mündet, aus welchem die Abgase einer ebenfalls nicht dargestellten Abgasturbine zugeführt werden. Die unterhalb der Auslaßschlitze angeordneten Spülschlitze 5 sind zusanv men mit seitlich von ihnen angeordneten Hillsspülschlitzen 8 an einen im Zylinderblock ausgebildeten Luftkanal 10 angeschlossen, welcher mit einem nicht dargestellten Luftaufnehmer in Verbindung steht, dem Luft durch ein ebenfalls nicht dargestelltes Geblase einer Turboladegruppe zugeführt wird.In FIG. 1 is in a cylinder block 1 of a large supercharged two-stroke reciprocating internal combustion engine, z. B. for the main drive of a ship, a cylinder liner 2 is arranged, the one Has slot arrangement 3, the outlet slots 4 and flushing slots S contains. The outlet slots 4 are together with auxiliary outlet slots 6 arranged between them to an outlet channel 7 of the cylinder block 1 connected, which opens into an exhaust manifold, not shown, from which the exhaust gases are fed to an exhaust gas turbine, also not shown. The one below the outlet slots arranged rinsing slots 5 are together with Hillss rinsing slots arranged to the side of them 8 connected to an air duct 10 formed in the cylinder block, which with a not is connected to the air receiver shown, the air is supplied to a turbocharger group by a blower (also not shown).
Wie aus den Fig.4 bis6 hervorgeht, führen die Schlitze4,S und die Hilfsschlitze6,8 flach, d.h. im wesentlichen horizontal in den Zylinderraum der Zy-Iinderbüchse2. In der Fig.4 ist dabei ein Kolben 11 in seiner unteren Totpunktlage dargestellt, wobei seine Steuerkante 12 auf der Höhe einer unteren Kante 13 der Spülschlitze 5 bzw. der Hilfsspülschlitze 8 liegt.As can be seen from FIGS. 4 to 6, the lead Slots4, S and the auxiliary slots6,8 are flat, i.e. in the essentially horizontally in the cylinder space of the cylinder liner2. In Figure 4, a piston 11 is shown in its bottom dead center, wherein its control edge 12 at the level of a lower edge 13 of the flushing slots 5 or the auxiliary flushing slots 8 lies.
Wie insbesondere aus der F i g. 7 hervorgeht, bilden die Spülschlitze S eine Gruppe, die sich in der Smymeirieachse A der Schlitzanordnung 3 befindet, wobei die Auslaßschlitzc 4 in zwei Gruppen an beiden Enden der Gruppe der Spülschütze 5 angeordnet sind. Zwischen den beiden Gruppen von Auslaßschlitzen 4 befinden sich die Hilfsauslaßschlitze 6, deren axiale Dimension kleiner ist als die der Auslaßschlitze. Dabei sind die Auslaßschlitze zusammenAs can be seen in particular from FIG. 7, the flushing slots S form a group which is located in the Smymeiri axis A of the slot arrangement 3, the outlet slots 4 being arranged in two groups at both ends of the group of the flushing gates 5. Between the two groups of outlet slots 4 are the auxiliary outlet slots 6, the axial dimension of which is smaller than that of the outlet slots. The outlet slots are together
»5 mi' den Hilfsauslaßschlitzen in einem Sektor mit einem Winkele von 170 bis 180 angeordnet. Bei einer optimalisierten Ausführungsform wird ein Winkel vor 175 verwendet. Dieser optimale Winkel kann jedoch nach der Größe der Maschine und ihrem Verhältnis vom Durchmesser zum Hub verschieden sein. Die Spülschlitze 5 liegen dabei in einem Sektor/ von 120 bis 130°. Die Spülschlitze5 zusammen mit den Hilfsspülschlitzen — liegen in einem Sektor g von 260 bis 270 ."5 mi 'of the auxiliary outlet slots arranged in a sector at an angle of 170-180. In an optimalized embodiment, an angle in front of 175 is used. However, this optimal angle can vary according to the size of the machine and its ratio of diameter to stroke. The flushing slots 5 are in a sector / from 120 to 130 °. The rinsing slots5 together with the auxiliary rinsing slots - lie in a sector g from 260 to 270.
Das Querschnittsverhältnis der Auslaßschlitze 4 zusammen mit den Hilfsauslaßschlitzen 6 gegenüber den Spülschliuen 4 zusammen mit den Hilfsspülschlitzen 8 beträgt im wesentlichen 1:2. Außerdem beträgt die Querschnittsfläche der Spülschlitze 5 das 0,65- bis 0,7fache der Gesamtquerschnittsfläche der Spülschlitze 5 und der Hilfsspülschlitze 8 zusammen.The aspect ratio of the outlet slots 4 together with the auxiliary outlet slots 6 opposite the rinsing ports 4 together with the auxiliary rinsing ports 8 is essentially 1: 2. In addition, the cross-sectional area of the flushing slots 5 is 0.65 to 0.7 times the total cross-sectional area of the flushing slots 5 and the auxiliary flushing slots 8 together.
Wie bereits erwähnt, befindet sich die untereAs mentioned earlier, the lower one is
Kante 13 der Spülschlitze 5 bzw. der Hilfsspülschlitze8 an der Stelle, wo im unteren Totpunkt des Kolbens 11 dessen Steuerkante 12 liegt. Die Eritfernung B der oberen Kante 14 der Auslaßschlitze 4 bzw. der Hilfsauslaßschlitze6, die gleich hoch liegen, von der unteren Kante 13 der Spülschlitze5 bzw. der Hilfsspülschlitze 8 beträgt dabei 27 % des Kolbenhu-Edge 13 of the flushing slots 5 or the auxiliary flushing slots 8 at the point where the control edge 12 of the piston 11 is at the bottom dead center. The distance B of the upper edge 14 of the outlet slots 4 and the auxiliary outlet slots 6, which are at the same height, from the lower edge 13 of the flushing slots 5 and the auxiliary flushing slots 8 is 27% of the piston stroke.
5" bes H. Dieser Kolbenhub ist in der Fig. 1 eingetragen. 5 "bes H. This piston stroke is entered in FIG.
Weiter ist aus der F i g. 7 noch ersichtlich, daß die untere Kante der Auslaßschlitze4 um ein geringes Maß C über der oberen Kante der Spül sch litze 5 liegt. Dieses Maß kann z. B. 1 bis 2 0Zo des Kolbenhu- besH betragen. Außerdem ist jeweils zwischen zwei in axialer Richtung übereinander befindlichen Schiitzen ein horizontaler Steg 15 ausgebildet, dessen Höhe D etwa 6 ° 0 des Kolbenhubes H beträgt.Further from FIG. 7 can still be seen that the lower edge of the outlet slots 4 is a small amount C above the upper edge of the rinsing slot 5. This measure can e.g. B. 1 to 2 0 Zo of the piston stroke H be. In addition, a horizontal web 15 is formed between two slides located one above the other in the axial direction, the height D of which is approximately 6 ° of the piston stroke H.
Der von der Symmetrieachse A am weitesten entfernte Spülschlitz ist in axialer Richtung kürzer als die übrigen Spülschlitze 5. Über diesem kürzeren Spülschlitz befindet sich der erste Auslaßschlitz4, dessen axiale Länge etwas kleiner ist als die axiale Länge des nächsten Auslaßschlitzes 4. Durch diese Ausbildung ist es möglich, bei einem gegebenen Umfangswinkel der Auslaßschlitze ein optimales Verhältnis der Querschnitte der Auslaßschlitzc und derThe scavenging slot furthest from the axis of symmetry A is shorter in the axial direction than the other scavenging slots 5. Above this shorter scavenging slot is the first outlet slot 4, the axial length of which is slightly smaller than the axial length of the next outlet slot 4 possible, for a given circumferential angle of the outlet slots, an optimal ratio of the cross sections of the outlet slots and the
Einlaßschlilzc zu erhalten, wobei die erwähnt.; Höhe D der Stege 15 eingehalten werden kann.Inlet Schlillzc to obtain the mentioned .; Height D of the webs 15 can be maintained.
Aus der F i g. 2 geht hervor, daß die Hilfsauslaßschlitze 6 im Zylinder 2 mit ihren Achsen radial angeordnet sind. Der erste Auslaßschlitz 4, welcher der Symmetrieachse A am nächsten liegt, verläuft ebenfalls radial. Der zweite Auslaßschlilz4 ist hingegen mit seiner Achse parallel zu diesem angeordnet. Durch die abweichende Anordnung der Achse des äußersten Auslaßschlitzes wird eine Verminderung des Aiii Strömwiderstandes der Abgase erzielt, da sie bei dieser Anordnung im Auslaßkanal 7 weniger umgelenkt werden müssen als wenn sie radial gerichtet wären.From FIG. 2 shows that the auxiliary outlet slots 6 are arranged in the cylinder 2 with their axes radially. The first outlet slot 4, which is closest to the axis of symmetry A , also extends radially. The second outlet slit 4, on the other hand, is arranged with its axis parallel to it. Due to the different arrangement of the axis of the outermost outlet slot, a reduction in the flow resistance of the exhaust gases is achieved, since with this arrangement they have to be deflected less in the outlet channel 7 than if they were directed radially.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings
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