DE3143402A1 - Two-stroke internal combustion engine - Google Patents
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Abstract
Description
Zweitaktbrennkraftmaschine Two-stroke internal combustion engine
Die Erfindung bezicht sich auf eine Zweitaktbrennkraftmaschine gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.The invention relates to a two-stroke internal combustion engine according to the preamble of claim 1.
Da Zweitaktbrennkraftmaschinen gegenüber den im allgemeinen üblichen Viertaktbrennkraftmaschinen wegen der nur halb so großen Zahl der Arbeitstakte einen wesentlich geringeren Reibleistungsanteil (bezogen auf die abgegebene Leistung) aufweisen, können diese im Zusammenhang mit den Bestrebungen, die Fahrzeugantriebe hinsichtlich des Kraftstoffverbrauchs zu optimieren, eine sinnvolle und vorteilhafte Antriebsvariante darstellen. Es ist auch schon bekennt geworden, die bei üblichen Zweitaktmaschine verwendeten Schlitzsteuerungen fUr den Ein- und aus durch Ventile zu ersetzen, so daß der grundsätzliche Aufbau einer derartigen Zweitaktbrennkraftmaschine nicht mehr wesentlich von demjenigen oiner Viertaktbrennkraftmaschine abweicht. Um bei den notwendigerweise sehr kurzen Ventilöffnungs- und -schließzeiten noch einen ausreichend guten Ladungswechsel und eine zufriedenstellende Füllung zu erzielen, ist es aber in jedem Fall erforderlich, das Einlaßdruckniveau mit Hilfe eines Laders anzuheben.Since two-stroke internal combustion engines compared to the generally usual Four-stroke internal combustion engines because of the only half the number of working strokes significantly lower frictional power share (based on the power output) may have these in connection with the endeavors to drive vehicle propulsion systems Optimizing fuel consumption is a sensible and beneficial one Represent drive variant. It has also been confessed to the usual ones Two-stroke machines used slot controls for the on and off through valves to replace, so that the basic structure of such a two-stroke internal combustion engine no longer differs significantly from that of a four-stroke internal combustion engine. To do with the necessarily very short valve opening and closing times to achieve a sufficiently good charge exchange and a satisfactory filling, but it is necessary in any case to adjust the inlet pressure level with the help of a supercharger to raise.
Besondere Schwierigkeiten bestehen bei derartigen Zweitaktbrannkraftmaschine jedoch hinsichtlich einer wirkungsvollen Spülung des Arbeits- und Zylinderraums, wenn das unter Druck einströmende Frischgas während der nur kurzen Überschneidungsperioden zwischen den Ein- und Auslaßventilen das verbrannte Gas über die Auslaßventile auszuschieben versucht. Hierbei soll nach Möglichkeit das gesamte verbrannte Gas ausgeschoben werden, gleichzeitig aber-verhindert werden, daß Frischgas in wesentlichen Nengen durch das Auslaßventil austritt.There are particular difficulties with such a two-stroke internal combustion engine however, in terms of effective irrigation of work and Cylinder space when the fresh gas flowing in under pressure during the only short Periods of overlap between the inlet and outlet valves the burned gas Tried to push out through the exhaust valves. If possible, the all burnt gas are expelled, but at the same time prevented, that fresh gas escapes through the outlet valve in substantial quantities.
Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht daher darin, eine Zweitaktbrennkraftmaschine der im Oberbegriff des Patentanspruchs genannten Art zu schaffen, bei der mit relativ einfachen Mitteln eine wirkungsvolle Spülung des Zylinderraums erreicht und die Gefahr des Frischgasverlustes klein gehalten werden kann.The object on which the invention is based is therefore to provide a Two-stroke internal combustion engine of the type mentioned in the preamble of the claim to create an effective flushing of the with relatively simple means Reached cylinder space and the risk of fresh gas loss can be kept small can.
Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt gemäß dem Kennzeichen des Patentanspruchs 1.This problem is solved in accordance with the characterizing part of the patent claim 1.
Dadurch, daß erfindungsgemäß durch entsprechende Ausbildung des Einlaßventils und der umgebenden Wandpartien ein "scharfer" Einlaßluft- bzw. Einlaßgemischstrahl erzeugt wird, wird die Gewähr dafür gegeben, daß das Frischgas nach seinem Eintritt über das Einlaßventil den gesamten Zylinderraum bis zum Kolben durchdringt und anschließend wieder in Richtung auf das Juslaßventil umgelenkt wird.In that, according to the invention, by appropriate design of the inlet valve and the surrounding wall parts a "sharp" inlet air or inlet mixture jet is generated, the guarantee is given that the fresh gas after its entry penetrates the entire cylinder space through the inlet valve to the piston and then is deflected again in the direction of the Juslaßventil.
Während dieses vorganges schiebt das Frischgas- -bzw. die Frischluft das in dem Zylinderraum vorhandene verbrannte Gas vor sich her und aus dem geöffneten Auslaßventil hinaus. Eine besonders gute Strahlwirkung der Einlaßströmung wird dabei dann erreicht, wenn durch eine entsprechende Formgebung des Ventilverschlußkörpers bzw. der umgebenden Wände des Brennraums bzw. des Einlaßkanals dafür gesorgt wird, daß im geöffneten Zustand des Einlaßventils eine düsenförmige Einlaßöffnung gebildet wird.During this process, the fresh gas or the fresh air the burnt gas present in the cylinder space in front of it and out of the opened one Exhaust valve out. A particularly good jet effect of the inlet flow is achieved then achieved when by appropriate shaping of the valve closure body or the surrounding walls of the combustion chamber or the inlet duct is ensured, that in the open state of the inlet valve a nozzle-shaped inlet opening is formed will.
Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich gemäß den Unteransprüchen.Appropriate refinements of the invention result from the subclaims.
In der Zeichnung sind Ausfahrungsbeispiele der Erfindung anhand schematischer Darstellungen gezeigt, die im folgenden näher erläutert werden. Dabei zeigen Figur 1 einen Längsschnitt durch einen Zylinder einer erfindungsgemäßen Zweitaktbrennkraftmaschine mit einem kegelförmig ausgebildeten Einlaßventil-Verschlußkörper, Figur 2 eine andere Ausführung des Einlaßbereichs einer Zweitaktbrennkraftmaschine und Figur 3 schließlich eine dritte Ausführungsvariante der erfindungsgemäßen Zweitaktbrennkraftmaschine.In the drawing, exemplary embodiments of the invention are shown schematically Representations shown in the following in more detail explained. 1 shows a longitudinal section through a cylinder of a cylinder according to the invention Two-stroke internal combustion engine with a conical inlet valve closure body, FIG. 2 shows another embodiment of the inlet region of a two-stroke internal combustion engine and FIG. 3, finally, a third variant embodiment of the two-stroke internal combustion engine according to the invention.
In den Figuren der Zeichnung sind jeweils mit gleichen, gegebenenfalls mit einem Strich versehene Bezugszeichen gleiche oder vergleichbare Bauteile beneichnet. Dabei ist mit 1 die Brenakraftmaschine insgesamt bezeichnet, deren Kurbelwelle mit 2 und deren Zylinder mit 3 angegeben sind. 4 stellt einen in üblicher Weise an der Kurbelwelle mittels eines Pleuels angelenkten Kolben dar, der in dem Zylinder 3 auf- und abgleitend geführt ist und gegenüber dem Zylinderkopf 5 einen Zylinderraum 6 mit veränderlichem Volumen einschließt. In diesen Zylinderraum 6 mündet ein durch ein Einlaßventil 8 gesteuerter Einlaßkanal 7 sowie ein durch ein Auslaßventil 10 gesteuerter Auslaßkanal 9. Die Ventile 8 und 10 werden in an sich bekannter Weise von einer Nockenwelle 11 betätigt, die jedoch im Gegensatz zur Nockenwelle einer Viertaktbrennkraftmaschine mit der gleichen Drehzahl wie die Kurbelwelle 2 dreht.In the figures of the drawing are each with the same, if necessary Reference numerals provided with a prime denote the same or comparable components. The Brena engine is designated as a whole with 1, the crankshaft with 2 and their cylinders are indicated by 3. 4 represents one in the usual way at the Crankshaft by means of a connecting rod articulated piston, which is in the cylinder 3 is guided up and down and opposite the cylinder head 5 a cylinder space 6 with variable volume. A opens into this cylinder space 6 an inlet channel 7 controlled by an inlet valve 8 and an inlet channel 7 controlled by an outlet valve 10 controlled outlet channel 9. The valves 8 and 10 are in a manner known per se operated by a camshaft 11, which, however, in contrast to the camshaft one Four-stroke internal combustion engine rotates at the same speed as the crankshaft 2.
Um nun zu erreichen, daß das über das Einlaßventil 8 einströmende Frischgas bzw. die Frischluft möglichst gut den Zylinderraum 6 durchdringt und, ohne sich mit dem verbrannten Abgas des vorausgegangenen Arbeitstaktes allzu sehr zu vermischen, dieses Abgas bei geöffnetem Auslaßventil 10 möglichst vollständig aus dem Zylinder raum 6 hinaustreibt, müssen besondere Maßnahmen getroffen werden.In order to achieve that the flowing in via the inlet valve 8 Fresh gas or fresh air penetrates the cylinder space 6 as well as possible and, without worrying too much about the burned exhaust gas from the previous work cycle to mix this exhaust gas as completely as possible with the exhaust valve 10 open out of the cylinder chamber 6, special measures must be taken.
Dazu dient zum einen eine Einlaßdruckerhöhung mittels eines hier nicht weiter dargestellten Laders, der als Abgasturbolader oder auch als mechanischer Lader ausgebildet sein kann. Zum anderen wird erfindungsgemäß das Einlaßventil und die umgebenden Wandpartien des Einlaßkanals sowie des Zylinderraums 6 so ausgebildet, daß ein möglichst scharfer Einlaßstrahl entsteht, der nach Umlenkung an einem zweckmäßigerweise konkav ausgebildeten Boden 15 des Kolbens 4 den gesamten Zylinderraum 6 U-förmig durchdringt, wie dies durch den mit 14 angegebenen Strömungsverlauf angedeutet ist.For this purpose, on the one hand, an inlet pressure increase by means of one does not serve here further shown charger, as an exhaust gas turbocharger or as a mechanical one Loader can be designed. On the other hand, according to the invention, the inlet valve and the surrounding wall parts of the inlet channel and of the cylinder space 6 are designed in such a way that that an inlet jet that is as sharp as possible arises, which is expediently after deflection at one concave bottom 15 of the piston 4 the entire cylinder space 6 U-shaped penetrates, as is indicated by the flow path indicated by 14.
In der Figur 1 der Zeichnung ist dabei der Verschlußkörper 12 des Einlaßventils 8 kegelförmig, nämlich mit in Richtung des Einlaßkanals sich verjüngendem Mantel, ausgebildet, so daß bei geöffnetem Ventil zwischen dem Verschlußkörper 12 und den umgebenden Wänden des Ventilsitzringes 13, des Einlaßkanals 7 und des Zylinderraums 6 18 ein ringdüsenförmiger Einlaßspalt/entsteht. Eine derartige düsenförmige Ausbildung des Einlaßquerschnittes erzeugt einen scharfen Einlaßstrahl, der genügend Energie aufweist, um in der in der Zeichnung gezeigten Weise den gesamten Zylinderraum 6 U-förmig zu durchdringen und dabei das darin befindliche verbrannte Gas über das geöffnete Auslaßventil hinauszudrücken.In the figure 1 of the drawing, the closure body 12 of the Inlet valve 8 is conical, namely with tapering in the direction of the inlet channel Jacket formed so that when the valve is open between the closure body 12 and the surrounding walls of the valve seat ring 13, the inlet channel 7 and the cylinder space 6 18 an annular nozzle-shaped inlet gap / arises. Such a nozzle-shaped design the inlet cross section creates a sharp inlet jet that has enough energy has, in the manner shown in the drawing, the entire cylinder space 6 U-shaped to penetrate and the burnt gas located in it over the to push out the open exhaust valve.
Eine derartige Zweitaktbrennkraftmaschine läßt sich sowohl als Ottomaschine als auch als Dieselmaschine betreiben, wobei bei direkt einspritzenden Dieselmotoren sich ein zusätzlicher Vorteil gegenüber herkömmlichen Viertaktmotoren dann ergibt, wenn der Einlaßkanal als D-allkanal~ausgebildet -i.st, indem beisnielsweise in den kegeln migen Verschlußkörper des Einlaßventils eine spiralförmige Ausnehmung eingebracht ist, die dem Einlaßluftstrahl eine Geschwindigkeitskomponente in Umfangsflchtung aufarückt. In Verbindung mit dem hohen Ladedruck ergibt sich dann eine hohe Lufteintrittsgeschwindigkeit und ein wirkungsvoller Einlaßdrall, der direkt vor Beginn der Kompressionsphase des Motors erzeugt wird.Such a two-stroke internal combustion engine can be used both as a gasoline engine as well as operate as a diesel engine, with direct injection diesel engines there is an additional advantage over conventional four-stroke engines, if the inlet channel is designed as a D-all-channel ~ by, for example, in the cone shaped closure body of the inlet valve introduced a spiral recess is that the inlet air jet is a velocity component in the circumferential alignment moves up. In conjunction with the high boost pressure, this results in a high air inlet speed and an effective intake swirl, which is just before the start of the compression phase of the engine is generated.
Der Ladungswechsel einer ventilgesteuerten Zweitaktbrennkraftmaschine geschieht dann wie folgt: Zum Ende des Arbeitshubes öffnet das Auslaßventil 10 vor dem unteren Totpunkt des Kolbens 4. Die Auspuffgase entspannen sich bis in die Nähe des Abgasgegendruckes.The gas exchange of a valve-controlled two-stroke internal combustion engine then happens as follows: At the end of the working stroke, the outlet valve 10 opens the bottom dead center of the piston 4. The exhaust gases relax up to the vicinity the exhaust back pressure.
In der Nähe des unteren Totpunktes öffnet das Einlaßventil 8 bei weiter geöffnet gehaltenem Auslaßventil. Die unter Druck eintretende Frischluft bzw. das Frischgas verdrängt die Auspuffgase, wobei eine teilweise Vermischung der Frischgase mit dem Abgas eintritt und Teile der Frischluft bzw. der Mischgase über das Auslaßventil entweichen. Nach dem unteren Totpunkt schließt zunächst das Auslaßventil. Es tritt weiter unter erhöhtem Ladedruck stehende Frischluft ein, die den Zylinderraum 6 ausfüllt und die Restgase komprimiert bis das Einlaßventil schließt und die Kompressionsphase beginnen kann.In the vicinity of the bottom dead center, the inlet valve 8 opens at further exhaust valve held open. The fresh air entering under pressure or the Fresh gas displaces the exhaust gases, being a partial intermingling the fresh gases enter with the exhaust gas and parts of the fresh air or the mixed gases escape via the outlet valve. After the bottom dead center, the first closes Outlet valve. Fresh air under increased boost pressure continues to enter, which fills the cylinder space 6 and compresses the residual gases until the inlet valve closes and the compression phase can begin.
Durch die erfindungsgemäße Ausbildung des Einlaßventils bzw. seines Verschlußkörpers und der umgebenden Wände des Einlaßkanals 7 und des Zylinderraums 6 dringt das strahlförmig in den Zylinderraum übertretende Frischgas bis auf den in der Nähe des unteren Totpunktes befindlichen Kolbenboden hindurch, wird von dem zweckmäßigerweise konkav ausgebildeten Kolbenboden 15 umgelenkt und steigt wieder U-förmig nach oben in Richtung auf das Auslaßven til 10, wobei es das verbrannte Gas vor sich herschiebt.The inventive design of the inlet valve or his Closure body and the surrounding walls of the inlet channel 7 and the cylinder space 6 penetrates the fresh gas passing into the cylinder space in the form of a jet up to the in the vicinity of the bottom dead center through the piston head, is of the appropriately concave piston head 15 deflected and rises again U-shaped upwards towards the Auslaßven valve 10, which it burned Pushes gas in front of him.
Der Ventilkörper 12 des Einlaßventils 8 wird, wie in der Figur 1 angedeutet ist, zweckmäßigerweise als Hohlkegel ausgebildet, wobei der Ventilsitz sich im Bereich des größten Kegeldurchmessers auf dem Kegelmantel befindet. Der Hohlkegel ist durch eine Bodenplatte abgeschlossen, die im Ventilsitzbereich in den Ventilmantel übergeht und damit den Ventilsitzbereieh verstärkte Bei der Ausführung nach der Figur 2 wird der strahlförmige Einlaßluftstrahl bzw. Einlaßgasstrahl dadurch erreicht, daß unterhalb des Ventilsitzringes 13' in dem Zylinderkopf 5' eine etwa kugelförmig geformte Brennraumnische 16 vorgesehen ist. Der Verschlußkörper 17 des Einlaßventils 8' ist tonnenförmig ausgebildet, und zwar so, daß er in der geöffneten Stellung des Einlaßventils gegenüber der Wand der umgebenden Brennraumnische einen düsenförmigen Spalt 18' bildet. Dieser Einlaßspalt kann sich dabei.The valve body 12 of the inlet valve 8 is, as indicated in FIG is, expediently designed as a hollow cone, with the valve seat in the area of the largest cone diameter is located on the surface of the cone. The hollow cone is through completed a base plate, which merges into the valve shell in the valve seat area and thus the valve seat area is reinforced. In the embodiment according to FIG the jet-shaped inlet air jet or inlet gas jet achieved in that below of the valve seat ring 13 'in the cylinder head 5' has an approximately spherical combustion chamber niche 16 is provided. The closure body 17 of the inlet valve 8 'is barrel-shaped formed, in such a way that it is in the open position of the inlet valve opposite the wall of the surrounding combustion chamber niche forms a nozzle-shaped gap 18 '. This Inlet gap can thereby.
in Richtung auf den Zylinderraum 6' noch verengen, um so eine besonders hohe Strömungsgeschwindigkeit und damit eine hohe Strahlintensität zu erreichen. Wie weiter aus den Figuren 2 und 3 ersichtlich ist, kann die Brennraumnische an ihrem Übergang zu dem Zylinderraum 6' einen sich wieder verengenden Querschnitt aufweisen, so daß die in den Zylinderraum 6' übertretende Frischluft bzw. das Frischgas eine Geschwindigkeitskomponente in Richtung auf die Ventilachse zu erhält, was eine vorteilhafte Einschnürung des Einlaßstrahles ergibt. Alle diese Maßnahmen tragen dazu bei, einen scharfen Einlaßstrahl zu erzeugen, der in der Lage ist, innerhalb kurzer Zeit, nämlich innerhalb des für den Spülvorgang zur Verfügung stehenden Kurbelwinkelbereiches die in dem Zylinderraum 6' vorhandenen Abgase durch das geöffnete Auslaßventil 10' in den Auslaßkanal 9' zu drängen.still narrow in the direction of the cylinder space 6 ', so a special one to achieve a high flow velocity and thus a high jet intensity. As can also be seen from Figures 2 and 3, the combustion chamber niche can her transition to the cylinder space 6 'a narrowing again Have cross-section, so that the fresh air passing into the cylinder space 6 ' or the fresh gas is a speed component in the direction of the valve axis to obtain, which results in an advantageous constriction of the inlet jet. All these Measures help create a sharp inlet jet that is capable is available within a short time, namely within the for the flushing process standing crank angle range through the exhaust gases present in the cylinder chamber 6 ' to force the opened outlet valve 10 'into the outlet channel 9'.
In der Figur 3 ist eine mögliche Ausführung der erfindungsgemäßen Zweitaktbrennkraftmaschine als Dieselmaschine gezeigt, bei der mit 19 eine Eraftstoffeinspritzdüse angegeben ist, die den Eraftstoff in die Brennraumnische 16 einspritzt. Das Einlaßventil 8' ist hier etwa in herkömmlicher Weise ausgebildet, jedoch so, daß zwischen der Bußenkontur seines Verschlußkörpers 17' und der umgebenden Wand der Brennraumnische 16 ein ringdüsenförmiger Einlaßspalt 18'' gebildet wird, der ebenfalls für einen definierten Einlaßluftstrahl sorgt.In the figure 3 is a possible embodiment of the invention Two-stroke internal combustion engine shown as a diesel engine, in which 19 has a fuel injection nozzle is indicated, which injects the fuel into the combustion chamber niche 16. The inlet valve 8 'is formed here approximately in a conventional manner, but so that between the Penetration contour of its closure body 17 'and the surrounding wall of the combustion chamber niche 16 an annular nozzle-shaped inlet gap 18 '' is formed, which is also for a defined inlet air jet ensures.
L e e r s e i t eL e r s e i t e
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
8127 | New person/name/address of the applicant |
Owner name: VOLKSWAGEN AG, 3180 WOLFSBURG, DE |
|
8120 | Willingness to grant licences paragraph 23 | ||
8110 | Request for examination paragraph 44 | ||
8139 | Disposal/non-payment of the annual fee |