DE673807C

DE673807C - Two-stroke internal combustion engine with longitudinal flushing and radially directed flushing slots controlled by the working piston and distributed over the entire cylinder circumference

Info

Publication number: DE673807C
Application number: DEK141825D
Authority: DE
Original assignee: Fried Krupp Germaniawerft AG
Current assignee: Fried Krupp Germaniawerft AG
Priority date: 1936-04-12
Filing date: 1936-04-12
Publication date: 1939-03-29

Description

Zweitaktbrennkraftmaschine mit Längsspülung und vom Arbeitskolben gesteuerten und über den ganzen Zylinderumfang verteilten radial gerichteten Spülschlitzen Den Gegenstand der Erfindung bildet eine Zweitaktbrennkraftmaschine mit Längsspülung, deren radiale Spülluftschlitze über den ganzen Zylinderumfang verteilt sind und vom Arbeitskolben gesteuert werden.Two-stroke internal combustion engine with longitudinal purging and from the working piston controlled radially directed scavenging slots distributed over the entire circumference of the cylinder The subject of the invention is a two-stroke internal combustion engine with longitudinal scavenging, whose radial scavenging air slots are distributed over the entire circumference of the cylinder and controlled by the working piston.

Die Erfindung bezweckt, eine Längsspülung zu schaffen, die ein möglichst vollkommenes Ausfegen des Zylinders und gleichzeitig eine gute Kühlung des Kolbenhodens ermöglicht.The invention aims to create a longitudinal flush that is as possible complete sweeping of the cylinder and at the same time good cooling of the piston testicle enables.

Bei einer bekannten Spülung dieser Art münden die unter sich gleichen Spülschlitzie. tangential in den Arbeitszylinder ein. Ab- gesehen von der erschwerten Herstellung der die Zylinderwand schräg durchdringenden Schlitze 'kann mit einer solchen Schlitzanordnung keine vollkommene Ausspülung des Zy- linders erzielt werden. Es entsteht nämlich dabei ein um die Zylinderachse kreisender Spülluftstrom, der durch die Fliehkraft dauernd nach außen gedrängt wird, wobei jeder einzelne Strom auch noch durch den in der Strömungsrichtung nachfolgenden Strahl an die Zylinderwand herangedrängt wird. Dadurch wird der mittlere Teil des Zylinders gar nicht oder nur unzureichend von der Spülung erfaßt, und es verbleibt in der Mitte ein unausgespülter :um die Zylinderachse ro,-tierender Abgaskern.In a known flushing of this type, the flushing slots, which are identical to one another, open out. tangentially into the working cylinder. Seen off of the difficult manufacturing of the cylinder wall obliquely penetrating slots' may be the ZY Linders achieved with such a slot arrangement no perfect rinsing. This is because a flow of scavenging air circling around the cylinder axis is created, which is constantly pushed outwards by centrifugal force, with each individual flow also being pushed towards the cylinder wall by the jet following in the direction of flow. As a result, the middle part of the cylinder is not at all or only insufficiently covered by the scavenging, and an un-scavenged exhaust gas core remains in the middle, rotating around the cylinder axis.

Es ist ferner bekannt, die Spülluft durch gleichartige radial gerichtete Spülschlitze einzuführen. Dann prallen die Spülströme in der Zylinderachse aufeinander. Sie bilden in der Mitte des Kolbens ein Spülluftpolster, das zunächst in der Achsrichtung des Zylinders% nach oben abströmt. Dieses Abströmen vollzieht sich aber nur auf einer kurzen Strecke in der Zylindermitte, denn schon sehr bald stellt sich erfahrungsgemäß mangels jeder Führung ein labiler Zustand ein, aus dem der Spülstrom aus seiner Richtung ausknickt und sich auf irgendeiner Seite gegen die Zylinderwand anlegt. An diese angelehnt.. strömt er dann zu den Auspufföffnungen» Auch hierbei bleibt also ein beträchtlicher Teil des Zylinders unausgespült.It is also known that the scavenging air by similar radially directed Introduce irrigation slots. Then the flushing flows collide in the cylinder axis. They form a scavenging air cushion in the middle of the piston, which is initially in the axial direction of the cylinder% flows upwards. But this outflow only takes place a short distance in the middle of the cylinder, because experience shows that it turns up very soon in the absence of any guidance, an unstable state from which the flushing flow from its Direction buckles and rests against the cylinder wall on either side. Leaning against this ... it then flows to the exhaust openings »Here too, remains so a considerable part of the cylinder has not been rinsed out.

Schließlich ist. auch- schon vorgeschlagen worden, beide Spülschlitzarten gleichzeitig anzuwenden, nämlich unmittelbar über dem Kolben in seiner tiefsten Stellung einen Kranz von radialen Schlitzen und etwas höher einen zweiten Kranz von tangentialen Schlitzen vorzusehen. Auch dieser Vorschlag hat aber erhebliche Nachteile. Da nämlich die beiden Sühlitzkränze, um Hubverlust -zu vermeiden, gegenseitig auf Lücke angeordnet sind und sich in der Richtung der Zylinderachse überschneiden, so, kann der Eintritt der Spülluft tr,atz der etwas nach oben und unten auseinandergerichteten Anordnung der beiden Spülschlitzgruppen nicht ohne gegenseitige Wirbelstörungen vor sich gehen. Aber selbst wenn der radial eingeführte Zweigstrom, wie beabsichtigt, ungestört in das Innere des als Hoohlzylinder umlaufenden tangential eingeführten Teilspülluftstr-omes von unten her eintreten könnte, so ist auch hier ein seitliches Umklappen des unstabilen mittleren Spülstromes niclit zu vermeiden. Dieser wird genau wie bei der vorbeschriebenen Spüluno,-aus seiner Richtung ausknicken und dann mit in den Strudel -des äußeren Teiles hineingezogen werden, so daß, sich in der Mitte doch wieder keine geordnete Ausspülung vollzieht.Finally is. It has also already been proposed to use both types of flushing slot simultaneously, namely to provide a ring of radial slots immediately above the piston in its lowest position and a second ring of tangential slots a little higher. However, this proposal also has considerable disadvantages. Namely, since the two Sühlitzkränze to lift loss - to avoid arranged mutually in a staggered and overlapping in the direction of the cylinder axis, so the entry of the scavenging air can tr, the somewhat atz upward and apart downward arrangement of the two Spülschlitzgruppen not without mutual Vertebral disorders are going on. But even if the radially introduced branch flow could, as intended, enter the interior of the tangentially introduced partial scavenging air flow from below, as intended as a hollow cylinder, a lateral flipping of the unstable central scavenging flow cannot be avoided here either. As with the flushing described above, this will bend out of its direction and then be drawn into the vortex of the outer part, so that no orderly flushing takes place in the middle.

Außerdem haftet allen drei bekannten Längsspülungen der Nachteil an, daß die Kühlung des Kolbenbiodens unzureichend ist; denn im Falle der reinen Tangentialeinführung der Spülluft gelangt zufolge ihrer in einem Hohlzylinder kreisenden Bewegung überhaupt keine Spülluft über den mittleren empfindlichsten Teil des Kolbenb:odens, und bei den beiden anderen Spülungen findet durch den Stau der über dem Kolbenb,oden radial aufeinandertreffenden Spülluftstrahlen zwar die Bildung eines Luftpolsters statt, das aber keine Relativbewegung g,#egenüber dem Kolbenboden ausführt. Von dem Grad dieser Relativbewegung der Luft zum Kolbenhoden liängt aber der Grad des Wärmeüberganges vom heißen Arbeitskolben an die kalte Spül- luft, d.h. also die Kühlung des Kolbenb,odens, ab, die somit auch bei diesen beiden Spülungen unzulänglich ist.In addition, all three known longitudinal flushes have the disadvantage that the cooling of the piston diaphragm is inadequate; because in the case of the purely tangential introduction of the scavenging air, due to its circular movement in a hollow cylinder, no scavenging air at all passes over the middle, most sensitive part of the piston base, and in the case of the other two types of scavenging, the jets of scavenging air which meet radially above the piston base cause the Formation of an air cushion takes place, but does not perform any relative movement g, # e with respect to the piston crown. However, the degree of heat transfer from the hot working piston to the cold rinsing air, ie the cooling of the piston cylinder, depends on the degree of this relative movement of the air to the piston testicle, which is also inadequate with these two rinses.

Demgeggenüber will die Erfindung mit Hilfe einer einzigen Reihe radial gerichteter und deshalb einfach und billig herzustellender Schlitze eine Längsspülung schaffen, die die genannten Nachteile vermeidet und eine möglichst vollkommene Ausspülung des Arbeitszylinders bei gleichzeitig- guter Kühlung des Kolbenbodens ermöglicht. Das wird der Erfindung gemäß dadurch erzielt, daß die Spül- schlitze untereinander mit Bezug auf ihrn Z#xröße derart ungleich sind, daß beim öffnungsbe,-inn der Schlitze. ein Schlitz einen größeren wirksamen Spülluftquerschnitt besitzt als jeder einzelne andere Schlitz und daß mit zunehmender Eröffnung der Schlitze der größte wirksame öffnungsquerschnitt der Reihe nach in der gleichen Umfangsrichtung auf den jeweils benachbarten Spülschlitz übergeht.In contrast, the invention aims to create a longitudinal flush with the help of a single row of radially directed slots, which are therefore easy and cheap to manufacture, which avoids the disadvantages mentioned and enables the working cylinder to be flushed out as completely as possible while at the same time providing good cooling of the piston head. According to the invention, this is achieved in that the flushing slots are so unequal to one another with respect to their size that the slots are in the opening direction. a slot has a larger effective scavenging air cross-section than any other individual slot and that with increasing opening of the slots the largest effective opening cross-section merges one after the other in the same circumferential direction onto the respectively adjacent scavenging slot.

Auf der Zeichnung ist der Gegenstand der Erfindung in einem Ausführungsbeispiel veranschaulicht, und zw-ar zeigt Abb. i im Längsschnitt tdilweise den Arbeitszylinder a einer Zweitaktbrennkraftmaschine, die mit Längsspülung arbeitet und deren Spülschlitze vom Arbeitskolbenb gesteuert werden. Der nicht dargestellte Auslaß kann in beliebiger Weise, z. B. durch Ventile im Zylinderdeckel, erfolgen. Abb. 2 zeigt den Querschnitt durch diesen Arbeitszylinder in der durch die Spül- schlitze gelegten Schnittebene II-II der Abb. i und Abb. 3 die Abwicklung der nach Linie III-III der Abb. 2 aufgeschnittenen Zylinder-Säche und die Gestaltung und Lage der Spül- t, schlitze. Die Abb. 4 bis 7 erläutern in Verbindung mit dem entsprechenden Teil der Beschreibung die Wirkungsweise der neuen Spülung.In the drawing, the subject matter of the invention is illustrated in an exemplary embodiment, and Fig. I shows in longitudinal section tdilweise the working cylinder a of a two-stroke internal combustion engine that works with longitudinal scavenging and whose scavenging slots are controlled by the working piston. The outlet, not shown, can be used in any way, for. B. by valves in the cylinder cover. Fig. 2 shows the cross-section through this working cylinder in the section plane II-II of Fig. I laid through the flushing slots and Fig. 3 shows the development of the cylinder-Säche cut open along line III-III of Fig. 2 and the design and position the flushing t, slots. Figs. 4 to 7 , in conjunction with the corresponding part of the description, explain how the new flush works.

Der Arbeitskolbenb steuert mit seiner #oberen Kante die acht in der Nähe des unteren Kolbent,otpunktes angeordneten, auf den ganzen Zylinderumfang gleichmäßig verteilten Spülschlitze cl bis cs. Die im Querschnitt rechteckigen Spülschlitze münden radial in den Zylinder ein und sind tangential zum eingezogenen Kolbenb,odend geneigt. Die einzelnen Schlitze sind der Erfindung gemäß nicht gleichartig ausgebildet, sondern in ihrer Größe verschieden, und zwar sind sie derart gestaltet, bemessen und angeordnet, daß beim Beginn der Schlitzeröffnung ein Schlitz mit Bezug auf seinen öffnungsquerschnitt im Vergleich mit der öffnung der anderen Schlitze den größten. wirksamen öffn-ungsquerschnitt besitzt und daß im weiteren V#erlauf des öffnungshubes der größte wirksame öffnungsquerschnitt der Reihe nach in der gleichen Umfangsrichtung (Pfeilx in Abb.2 und 3) auf den jeweils benachbarten Schlitz übergeht. Bei der in Abb.3 dargestellten Spülschlitzanordnung ist diese Bedingung dadurch erfüllt, daß die #oberen Schlitzkanten auf in der Umfangsrichtun- abnehmender Höhe liegen und daß die Breite der Schlitze in der gleichen Umfangsrichtung zunimmt. Da die unteren Schlitzkanten auf gleicher Hbhe liegen, sind die Schlitze also nicht nur verschieden breit, sondern auch verschieden hoch. Querschnittsmäßig verhalten sie sich su zueinander, daß der ' höchste und schmalste Schlitz am kleinsten und der niedrigste und breiteste Schlitz am größten ist und die übrigen zwischen diesen beiden Größen der Reihe nach abgestuft sind.The top edge of the working piston controls the eight flushing slots c1 to cs, which are arranged near the lower piston, otpunktes and are evenly distributed over the entire circumference of the cylinder. The flushing slots, which are rectangular in cross-section, open radially into the cylinder and are inclined tangentially to the retracted piston. According to the invention, the individual slots are not designed in the same way, but differ in size, namely they are designed, dimensioned and arranged in such a way that at the beginning of the slot opening one slot is the largest with regard to its opening cross-section in comparison with the opening of the other slots . has an effective opening cross-section and that in the further course of the opening stroke the largest effective opening cross-section merges one after the other in the same circumferential direction (arrow x in Fig. 2 and 3) onto the respectively adjacent slot. In the flushing slot arrangement shown in Fig. 3, this condition is met by the fact that the upper slot edges are at a height that decreases in the circumferential direction and that the width of the slots increases in the same circumferential direction. Since the lower slot edges are at the same height, the slots are not only different widths, but also different heights. In terms of cross-section, they are related to one another in that the ' highest and narrowest slot is the smallest and the lowest and widest slot is the largest, and the others are graduated between these two sizes in sequence.

Die obengenannten Bedingungen können auch noch mit anderen Anordnungen und Formen der Schlitze erreicht werden. Deren Auffindung kann nach Stellung der Aufgabe und Angabe einer Lösung gemäß Abb. 3 dem Fachmann keine Scliwierigkeiten bereiten.The above conditions can also be achieved with other arrangements and shapes of the slots. After setting the task and specifying a solution according to Fig. 3, finding them cannot cause the person skilled in the art any difficulties.

Die Wirkung der neuen Schlitzanoirdnung nach der Erfindung besteht in folgendem: Die durch die radial verlaufenden Schlitze auf die Zylinderlängsachse zu gerichteten Spül- ströme, denen entsprechend ihren verschieden großen Luftmengen, die sie in den Zylinder einführen, auch verschieden große Kräfte innewohnen, kommen nichi mehr wie bei der bekannten Spülung mit radial gerichteten gleichartigen Spülströmen genau in der Kolbenmitte zum Kräfteausgleich und damit zur Ruhe, sondern jeweils der stärkste von ihnen drängt die anderen in der durch den zugehörigen Schlitz bedingten Richtung darüber hinaus näher an die gegenüberliegende Zy- linderwand heran. Der sich aus den einz#elnen Spülstrahleii zusammensetzende gemeinsame Spüllaftstrom streicht also in der Richtun- der jeweils resultierenden Kraft über die Mitte des Kolbenbodens hinweg und biegt erst an einer Stelle, die, zwischen der Mitte und dem Rande des Kolbenbodens liegt, in die-Längsrichtung des Zylinders um. Dabei wird, wenn alle Spülschlitze wirksam geworden sind, die aufsteigende Spülluftsäule so, weit aus der Zylindermitte verlagert, daß jeweils ein bestimmter Zylinderabschnitt (s. die kleinen Kreise der Abb.4 bis 7) ausgespült wird, der einerseits bis an die Zylinderwand und andererseits etwas über die Zylindermitte hinausreicht. In den Abb. 4 bis - sind der einfacheren Darstellung halber statt acht nur vier verschieden große Spülschlitze angenommen. Ein Ausknicken der Spülluftsäule kann bei einem solchen Spülverlauf nicht mehr eintreten, da die Spülluft immer an einen durch die jeweilige Verlagerung gegebenen Teil der Zylinderwand geführt wird. Die nacheinander auszuspülenden Zylinderabschnitte müssen sich derart über den ganzen Zylinderraum verteilen, daß der in schneller Folge verlagerte Spülluftstrom alle Teile des Zy- linderinnern nacheinander trifft und so die Verbrennungsgase restlos aus dem Zylinder verdrängt.The effect of the new slot arrangement according to the invention consists in the following: The purge flows directed through the radially extending slots onto the cylinder longitudinal axis, which, depending on the different amounts of air they introduce into the cylinder, also have different forces inherent in them, do not come anymore As with the known flushing with radially directed flushing flows of the same type exactly in the center of the piston to balance forces and thus to rest, but the strongest of them pushes the other in the direction determined by the associated slot closer to the opposite cylinder wall. The common flushing air flow composed of the individual flushing jets therefore sweeps in the direction of the resulting force across the center of the piston crown and only bends in the longitudinal direction at a point that lies between the center and the edge of the piston crown of the cylinder. When all the scavenging slots have become effective, the rising scavenging air column is displaced so far from the center of the cylinder that a certain cylinder section (see the small circles in Figures 4 to 7) is rinsed out, on the one hand up to the cylinder wall and on the other extends slightly beyond the center of the cylinder. In Fig. 4 to - , for the sake of simplicity, only four different sized flushing slots are assumed instead of eight. A buckling of the scavenging air column can no longer occur with such a scavenging process, since the scavenging air is always guided to a part of the cylinder wall given by the respective displacement. The cylinder sections to be flushed out one after the other must be distributed over the entire cylinder space in such a way that the flushing air flow displaced in rapid succession hits all parts of the cylinder interior one after the other and thus completely displaces the combustion gases from the cylinder.

Dabei macht die Säule des aufsteigenden Spülstrornes während der öffnung der Spül- schlitze eine volle Umdrehung im Sinne des Pfeilesx (Abb.2 und #) und beim Schließen eine ebensolche volle Rückdrehung in die Anfangslage. Die letztere Drehung hält erfahrungsgemäß auch noch an, wenn die Spül- schlitze geschlossen sind, so daß eine erwünschte Ver-,virbelung des Brennstoff,-es erreicht wird.The column of the ascending flushing stream makes one full turn in the direction of the arrow x (Fig. 2 and #) while the flushing slots are opened and a full turn back to the starting position when closing. Experience has shown that the latter rotation also continues when the flushing slots are closed, so that a desired turbulence of the fuel is achieved.

Ein wesentlicher Vorteil der beschriebenen Spülschlitzanordnungen besteht darin, daß iin Gegensatz zu den bekannten Schlitzanordnungen für Längsspülung gerade der mittlere Teil C zz des Kolbenhodens, der der stärksten Wärmeaufnahme ausgesetzt ist und die ungünstigste Wärmeableitung hat, durch die in wechselnder Richtung dauernd unmittelbar über sie hinwegstreichende Spülluft sehr wirksam gekühlt wird, so daß das für die Beanspruchung des Werkstaffes maßgebende Wärmegefälle zwischen den verschiedenen Zonon des Kolbenbodens verhältnismäßig gering ist.An essential advantage of the flushing slot arrangements described is that, in contrast to the known slot arrangements for longitudinal flushing, it is precisely the middle part C zz of the piston testicle, which is exposed to the greatest heat absorption and has the most unfavorable heat dissipation, due to the flushing air constantly sweeping over it in alternating directions is cooled very effectively, so that the heat gradient between the different zones of the piston crown, which is decisive for the stress on the workforce, is relatively small.

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Claims

PATENT TO CLAIM - i. Two-stroke internal combustion engine with longitudinal scavenging and controlled working piston at the front. th and over the cylinder circumference distributed radially directed scavenging ports, characterized in that the rinse slots (CL_ to c8) are unequal in size untereinander- such that upon opening. At the beginning of the slots, a slot has a larger effective scavenging air cross-section than any other individual slot and that with increasing opening of the slots, the largest effective opening cross-section merges one after the other in the same circumferential direction (x) to the respective adjacent scavenging slot.

2. Two-stroke internal combustion engine with longitudinal flushing according to claim i, characterized in that the 'slots of the One after the other in the same circumferential direction with decreasing height and increasing Width are executed, with the individual slot cross-sections in the same Order from the highest and narrowest to the lowest and widest slot gain weight.