DE895547C - Two-stroke internal combustion engine working with air compression and self-ignition - Google Patents

Two-stroke internal combustion engine working with air compression and self-ignition

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Description

Mit Luftverdichtung und Selbstzündung arbeitende Zweitakt-Brennkraftmaschine Die Erfindung betrifft eine mit Luftverdichtung und Selbstzündung des gegen Ende des Verdichtungshubes in denBrennraum eingespritztenKraftstoffes arbeitende sowie mit vom Arbeitskolben gesteuerten, insbesondere für die Erzielung einer einseitigenUmkehrspülung geeignet angeordnetenE,in-und Auslaßkanälen ausgerüstete Zweitakt-Brennkraftmaschine, bei der der zur Zylinderachse rotationssymmetrische Brennraum annähernd zur Hälfte im Kolbenboden liegt und in Anpassung an die Form der von einer in der Zylinderachse angeordneten Mehrlochdüse eingespritzten Kraftstoffstrahlen an seinem Außenumfang am höchsten und in der Nähe der Einspritzdüse am niedrigsten ist.Two-stroke internal combustion engine working with air compression and compression ignition The invention relates to one with air compression and auto-ignition of the towards the end fuel injected into the combustion chamber during the compression stroke as well as with controlled by the working piston, especially for achieving a one-sided reverse flushing suitably arranged two-stroke internal combustion engine equipped in and exhaust ducts, in which the combustion chamber, which is rotationally symmetrical to the cylinder axis, is approximately half lies in the piston crown and in adaptation to the shape of one in the cylinder axis arranged multi-hole nozzle injected fuel jets on its outer circumference is highest and lowest near the injector.

Einspritzbrennkraftmaschinen mit Brennräumen der vorbeschriebenen Art sind bekannt. Bei ihnen liegt der Brennraum etwa je zur Hälfte im Zylinderkopf bzw. im Kolbenboden. Für schnell laufende Hochleistungsdieselmaschinen sind diese Brennräume nicht zu gebrauchen, weil bei ihnen gegen Ende de,s Vemdichrhu.ngshubes keine Gemisch.: bildung durch in den Brennraum verdrängte Luft stattfindet bzw. bei ihnen nur im geringfügigen Maße davon Gebrauch gemacht wird. Bei schnell laufenden Einspritzbrennkraftmaschinen ist in der Regel der Zylinderdurchmesser nicht so groß, daß die Brennstoffstrahllänge vollständig im Brennraum zur Entfaltung kommen kann. Es ist daher notwendig, die (Gemischbildung durch eine zusätzliche Luftbewegung gegen Ende des Verdichtungshubes herbeizuführen.Injection internal combustion engines with combustion chambers of the type described above Kind are known. Half of the combustion chamber is in the cylinder head or in the piston crown. For high-speed, high-performance diesel engines, these are Combustion chambers not to be used because with them towards the end of de, s Vemdichrhu.ngshubes no mixture .: formation takes place or occurs due to air displaced into the combustion chamber they only make use of it to a minor extent. With fast running Injection internal combustion engines, the cylinder diameter is usually not so large, that the length of the fuel jet can unfold completely in the combustion chamber. It is therefore necessary to (mixture formation by an additional air movement bring about towards the end of the compression stroke.

Die Erfindung besteht nunmehr darin, daß zur Erzielung einer schnell laufenden Brennkraftmaschine mit hoher Leistung der Außendurchmesser des Brennraumes annähernd gleich dem halbenDurchmesser der Zylinderbohrung ist, ferner bei der innerenTotpunktlage des Kolbens die ebene Kolbenfläche von der entsprechend eben ausgebildeten Zylinderkopfinnenfläche in an sich bekannter Weise nur um den aus mechanischen Gründen erforderlichen Spalt entfernt und die Brennraumform im Kolbenboden bzw. im Zylinderkopf so gestaltet ist, daß die gegen Ende des Verdichtungshubes aus dem Spalt austretende Luft in zwei gegeneinander gerichtete Wirbel umgelenkt wird, in die in Richtung auf den Spalt zu der Kraftstoff eingespritzt wird.The invention is now that to achieve a fast running internal combustion engine with high performance the outer diameter of Combustion chamber is approximately equal to half the diameter of the cylinder bore, furthermore at the inner dead center position of the piston, the flat piston surface of the corresponding flat cylinder head inner surface in a known manner only to the Removed the gap required for mechanical reasons and the shape of the combustion chamber in the Piston head or in the cylinder head is designed so that the towards the end of the compression stroke Air exiting the gap is diverted into two eddies directed against one another in which the fuel is injected in the direction of the gap.

Durch die Kolbenbewegung wird gemäß der Erfindung kurz vor Erreichen der oberen Totpunktstelle die zwischen den beiden ebenen Ringflächen befindliche verdichtete Luft verdrängt und strömt mit großer Geschwindigkeit aus dem ringförmigen Spalt radial in den Verbrennungsraum hinein, so daß sie dem eingespritzten Brennstoff entgegenströmt. Der Brennstoff wird also vor dem Erreichen der Umfangswand des Verbrennungsraumes abgefangen und während der ganzen Einspritzdauer stetsmit neuer entgegenströmenderLuft auf kürzestem Wege innig gemischt und anschließend verbrannt.According to the invention, the piston movement is shortly before reaching the top dead center is the one between the two flat annular surfaces Compressed air displaces and flows out of the ring-shaped at great speed Gap radially into the combustion chamber so that it can accommodate the injected fuel flows in the opposite direction. The fuel is therefore before it reaches the circumferential wall of the combustion chamber intercepted and always with new air flowing in the opposite direction during the entire injection period Intimately mixed in the shortest possible way and then burned.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist es zweckmäßig, wenn bei der inneren Totpunktlage des Kolbens der Brennraum aus zwei spiegelbildlich im Kolbenboden (bzw. in der Zyliüderkopfinaenfläche angeordneten Hälften besteht und die senkrecht zur Zylinderachse gerichteten Achsen der Spritzöffnungen der Einspritzdüse in der Symmetrieebene des Brennraumes liegen.In a further embodiment of the invention, it is useful when at the inner dead center position of the piston of the combustion chamber from two mirror images in the piston crown (or halves arranged in the Zyliüderkopfinaenfläche and the vertical to the cylinder axis directed axes of the injection openings of the injection nozzle in the The plane of symmetry of the combustion chamber lie.

Es kann aber auch der im Zylinderkopf liegende Brennraumteil zylinderauswärts von einer ebenen, mit abgerundeten Kanten in eine zylindrische Umfangsfläche übergehenden Fläche begrenzt sein, in der die untere Kante der Einspritzdüse liegt, wobei der im Kolben liegende Teil annähernd gleich tief wie die Zylinderkopfhälfte im Kolbenboden eingedreht und dabei in seinem der Zylinderachse zu gelegenen Teil von einem kegelstumpfförm.igen mittleren Kolbenteil begrenzt ist.However, the part of the combustion chamber located in the cylinder head can also face outwards from the cylinder merging from a flat, with rounded edges into a cylindrical circumferential surface Be limited to the area in which the lower edge of the injection nozzle lies, the The part located in the piston is approximately the same depth as the cylinder head half in the piston crown screwed in and thereby in its part located on the cylinder axis of a truncated cone middle piston part is limited.

Im folgenden wird die Erfindung an Hand von Abbildungen beschrieben. Es zeigt Abb. i einen Teilschnitt durch den Zylinderkopf mit Einspritzdüse, den Kolben und den Zylinder eines Zweitaktmotors mit gleichen Hälften des Verbrennungsraumes im Kolben und Zylinderkopf, Abb. 2 eine Ansicht der Unterseite des Zylinderkopfes, Abb. 3 einen ähnlichen Teilschnitt wie Abb. i mit einem Verbrennungsraum, dessen obere Wand im Zylinderkopf flach ist.The invention is described below with reference to figures. Fig. I shows a partial section through the cylinder head with injection nozzle, the Pistons and cylinders of a two-stroke engine with equal halves of the combustion chamber in the piston and cylinder head, Fig. 2 is a view of the underside of the cylinder head, Fig. 3 is a partial section similar to Fig. I with a combustion chamber, the top wall in the cylinder head is flat.

In Abb. i und 2 ist a der Arbeitszylinder, b der Arbeitskolben und c der Zylinderkopf. Der Motor hat hier Flüssigkeitskühlung. Er besitzt vom Arbeitskolben gesteuerte Spül- und Auslaßkanäle für eine Umkehrspülung, bei der die Spülkanäle zu beiden Seiten neben dem Auspuffkanal angeordnet sind und die Spülluft auf die dem Auslaßkanal gegenüberliegende Zylinderwand richten. Eine solche Umkehrspülung ist für die Erfindung besonders vorteilhaft, weil dann der Kolbenboden und der Zylinderkopf auf der Innenseite flach ausgebildet sein können. Die Einspritzdüse d ist in der Zylinderachse mitten im Zylinderkopf angeordnet. e ist der Verbrennungsraum. Er ist zur Hälfte in dem Zylinderkopf und zur Hälfte im Kolbenboden als Drehkörper um die Zylinderachse angeordnet. f ist die zylindrische Umfangswand des Verbrennungsraumes. Der Durchmesser des Verbrennungsraumes ist hier halb so groß wie die Zylinderbohrung. Oben und unten ist der Verbrennungsraum je von einer Wand in Form eines erhabenen Kegelstumpfes gebildet. g ist diese untere vom Kolbenboden gebildete Kegelwand. k ist der geringe Spalt zwischen der ringförmigen ebenen Fläche des Kolbens und des Zylinderkopfes außerhalb- des Durchmessers des .Verbrennungsraumes. i ist die Dichtung zwischen Zylinder und Zylinderkopf. Die Abspritzöffnungen bzw. Strahllöcher der Einspritzdüse d liegen hier genau in der Höhenlage des Spaltes h. Die sechs gleichmäßig verteilten gleichen Kraftstoffstrahlen gemäß Abb. 2 liegen hier in einer Ebene und sind auf den Spalt la gerichtet. Sie sind durch Pfeile dargestellt. Die Strömungen der kurz vor der oberen Totpunktstellung des Kolbens und damit während der Kraftstoffeinspritzung aus dem Spalt h radial in den Verbrennungsraum mit hoher Geschwindigkeit einströmenden, vom Kalben verdrlähgten Luft sind in Abb.2 durch gestrichelt gezeichnete Pfeile dargestellt. Diese einströmende Luft bildet oben und unten einen Wirbelthing. n in Abb. i sind diese beiden Luftwirbel. Die Ausbildung der Luftwirbel wird durch die dortige Ausrundung des Verbrennungsraumes begünstigt. Die Gegenströmung von Luft und Kraftstoff hält während der ganzen Einspritzdauer an.In Fig. I and 2, a is the working cylinder, b is the working piston and c the cylinder head. The motor here has liquid cooling. He owns the working piston Controlled flushing and outlet channels for reverse flushing, in which the flushing channels are arranged on both sides next to the exhaust duct and the scavenging air to the Align the cylinder wall opposite the exhaust port. Such a reverse flush is particularly advantageous for the invention because then the piston head and the cylinder head can be formed flat on the inside. Injector d is in the Cylinder axis arranged in the middle of the cylinder head. e is the combustion chamber. He is half in the cylinder head and half in the piston crown as a rotating body arranged around the cylinder axis. f is the cylindrical peripheral wall of the combustion chamber. The diameter of the combustion chamber is half the size of the cylinder bore. Above and below, the combustion chamber is each supported by a wall in the form of a raised wall Truncated cone formed. g is this lower cone wall formed by the piston crown. k is the small gap between the annular flat surface of the piston and of the cylinder head outside the diameter of the combustion chamber. i is the Gasket between cylinder and cylinder head. The spray openings or jet holes the injection nozzle d are here exactly at the height of the gap h. The six evenly distributed equal fuel jets according to Fig. 2 are here in one Level and are directed to the gap la. They are represented by arrows. the Currents of shortly before the top dead center position of the piston and thus during the fuel injection from the gap h radially into the combustion chamber with high The air flowing in and twisted by calving is shown in Fig. 2 dashed arrows shown. This inflowing air forms the top and below a whirling thing. n in Fig. i are these two air vortices. Training the air vortex is favored by the rounding of the combustion chamber there. The counterflow of air and fuel lasts for the entire duration of the injection at.

Durch diese spiegelbildlich symmetrische Aufteilung des Verbrennungsraumes zu beiden Seiten der Ebene des Eintrittspaltes für die Luft bzw. der Kraftstoffstrahlen und , dadurch, daß die größte Höhe desVerbrennungsraumes und damit derweitaus größte Teil des Luftgewichtes sich am Außendurchmesser des Verbrennungsraumes befindet werden Kraftstoff und Luft am besten zusammengeführt, vermischt und verbrannt.Through this mirror-inverted symmetrical division of the combustion chamber on both sides of the plane of the entry gap for the air or the fuel jets and, in that the greatest height of the combustion chamber and thus by far the greatest Part of the air weight is located on the outer diameter of the combustion chamber fuel and air are best brought together, mixed and burned.

Die Abb. 3 zeigt einen ähnlichen Schnitt wie die Abb. i. Die obere Wand des Verbrennungsraumes e ist hier jedoch als ebene Wand ausgebildet. k ist diese Wand ides. Zyliinälerkop@fe@s-. f sind wieder die hälftig vom Zylinderkopf und hälftig vom Kolbenboden gebildeten Umfangswcrämide dies Venbrenmu@ngs-raumes. l i:st die vom Kolben gebildete untere Wand des Verbrennungsraumes in Form eines Kegelstumpfes, der hier steiler als bei der Ausführung nach Abb. i ausgebildet ist. Auch hier ist die größte Höhe des Verbrennungsraumes am Außendurchmesser angeordnet und zu etwa gleichen Teilen auf die Eindrehung des- Zylinderkopfes und die des Kolbens verteilt', Die Einspritzdüse d ist hier in höherer Lage as bei der Ausführung nach Abb. i angeordnet, damit die Kühlung des den Verbrennungsgasen ausgesetzten unteren Endes der Einspritzdüse und der sie umgebenden Wand des Zylinderkopfes besserwird. m ist die kürzeste Entfernung von der unteren Düsenkante bis zum Kühlwasser des Zylinderkopfes. Diese Entfernung ist hier wesentlich geringer als bei der Ausführung nach Abb. i. Die Abspritzbohrungen der Einspritzdüse kommen hier um ein gewisses Maß über die !Ebene des Spaltes h zwischen Kolben und Zylinderkopf zu liegen. Die Kraftstoffstrahlen sind wieder auf diesen Spalt am Umfang des Verbrennungsraumes gerichtet und weisen daher eine gewisse Neigung nach unten auf. Die Wirkung -der Gegenströmung von Luft und Kraftstoff und der sich bildenden Luftwirbel ist dieselbe wie bei der Ausführung nach Abb. i.Fig. 3 shows a similar section as Fig. I. The upper However, the wall of the combustion chamber e is designed here as a flat wall. k is this wall ides. Zyliinälerkop @ fe @ s-. f are again half of the cylinder head and the circumferential creme of this Venbrenmu @ ngs space formed halfway by the piston crown. l i: st the lower wall of the combustion chamber formed by the piston in the form of a Truncated cone, which is steeper here than in the design according to Fig. I. Here, too, the greatest height of the combustion chamber is arranged at the outer diameter and in approximately equal parts on the turning of the cylinder head and that of the piston distributed ', the injection nozzle d is here in a higher position than in the execution according to Fig.i arranged, thus the cooling of the exposed to the combustion gases lower end of the injector and the surrounding wall of the cylinder head becomes better. m is the shortest distance from the lower edge of the nozzle to the cooling water of the Cylinder head. This distance is much smaller here than in the execution according to Fig. i. The injection bores of the injection nozzle come to a certain extent here Measure above the plane of the gap h between the piston and cylinder head. the Fuel jets are again on this gap on the circumference of the combustion chamber directed and therefore have a certain downward slope. The effect of the The counterflow of air and fuel and the air vortices that form is the same as in the design according to Fig. i.

Claims (3)

PATENTANSPRÜCHE: i. Mit Luftverdichtung und Selbstzündung des gegen Ende des Verdichtungshubes in den Brennraum eingespritzten Kraftstoffes arbeitende sowie mit vom Arbeitskolben gesteuerten, insbesondere für die Erzielung einer einseitigen Umkehrspülung geeignet angeordneten Ein- und Auslaßkanälen ausgerüstete Zweitakt-Brennkraftmaschine, bei der der zur Zylinderachse rotationssymmetrische Brennraum annähernd zur Hälfte im Zylinderkopf und zur Hälfte im Kolbenboden liegt und in Anpassung an die Form der von einer in der Zylinderachse angeordneten Mehrlochdüse eingespritzten Kraftstoffstrahlen an seinem Außenumfang am höchsten und in der Nähe der Einspritzdüse. am niedrigsten ist, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzielung einer schnell laufenden Brennkraftmaschine mit hoher Leistung der Außendurchmesser des Brennraumes annähernd gleich dem halben Durchmesser der Zylinderbohrung ist, ferner bei der inneren Totpunktlage des Kolbens die ebene Kölbenfläche von der entsprechend eben ausgebildeten Zylinderkopfinnenfläche in an sich bekannter Weise nur um den aus mechanischen Gründen erforderlichen Spalt entfernt und die Brennraumform im Kolbenboden bzw. im Zylinderkopf so gestaltet ist, daß die gegen Ende des Verdichtungshubes aus dem Spalt austretende Luft in zwei gegeneinander gerichtete Wirbel umgelenkt wird, in die in Richtung auf den Spalt zu der Kraftstoff eingespritzt wird. PATENT CLAIMS: i. With air compression and spontaneous ignition of the against At the end of the compression stroke, the fuel injected into the combustion chamber is working as well as controlled by the working piston, especially for achieving a one-sided Reverse flushing suitably arranged inlet and outlet channels equipped two-stroke internal combustion engine, in which the combustion chamber, which is rotationally symmetrical to the cylinder axis, is approximately half in the cylinder head and half in the piston crown and in adaptation to the shape the fuel jets injected from a multi-hole nozzle arranged in the cylinder axis highest on its outer circumference and in the vicinity of the injection nozzle. the lowest is, characterized in that to achieve a fast running internal combustion engine with high performance, the outer diameter of the combustion chamber is approximately equal to half that The diameter of the cylinder bore is also at the inner dead center position of the piston the flat piston surface from the correspondingly flat cylinder head inner surface in a manner known per se only by the gap required for mechanical reasons removed and designed the shape of the combustion chamber in the piston crown or in the cylinder head is that the air emerging from the gap towards the end of the compression stroke in two oppositely directed vertebrae are deflected in the direction of the Gap to which fuel is injected. 2. Zweitakt-Brennkraftmaschine nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß bei der inneren Totpunktlage des Kolbens der Brennraum aus zwei spiegelbildlich im Kolbenboden bzw. in der Zylinderkopfinnenfläche angeordneten Hälften besteht und die senkrecht zur Zylinderachse gerichteten Achsen der Spritzöffnungen der Einspritzdüse in der Symmetrieebene des Brennraumes liegen. 2. Two-stroke internal combustion engine according to claim i, characterized in that the combustion chamber is in the inner dead center position of the piston of two mirror images arranged in the piston crown or in the cylinder head inner surface There are halves and the axes of the injection openings directed perpendicular to the cylinder axis of the injection nozzle lie in the plane of symmetry of the combustion chamber. 3. Zweitakt-Brennkraftmaschine nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß der im Zylinderkopf liegende Brennraumteil zylinderauswärts von einer ebenen, mit abgerundeten Kanten in eine zylindrische Umfangsfläche übergehende Fläche begrenzt ist, in der die untere Kante der Einspnitztdüse liegt, und der im Kolben liegende Teil annähernd gleich tief wie die Zylinderkopfhälfte im Kolbenboden eingedreht und dabei in seinem der Zylinderachse zu gelegenen Teil von einem kegelstumpfförmigen mittleren Kolbenteil begrenzt ist. ,Angezogene Druckschriften: Deutsche Patentschrift Nr. 479 834; schweizerische Patentschrift Nr. a26 3oo; östenreidhischie P;ate@ntsch,niift Nr. 11118 915 ; Wilhelm U 1 r I c h , Schiffst - Dieselmaschinen, 3. Aufl., Leipzig 1937, S. 56 und 162. »Gemischbildung und Verbrennung im Dieselmotor«, Heft 7 der Sammlung »Die Verbrennungskraftmaschine« von Prof. Dr. Hans List, Wien 1939, S.38.3. Two-stroke internal combustion engine according to claim i, characterized in that the part of the combustion chamber located in the cylinder head out of the cylinder from a flat, rounded edge to a cylindrical one Circumferential surface transitional area is limited in which the lower edge of the injection nozzle and the part located in the piston is approximately the same depth as the cylinder head half screwed into the piston crown and thereby in its part to be located on the cylinder axis is bounded by a frustoconical central piston part. , Referred publications: German Patent No. 479 834; Swiss patent specification no. a26 3oo; östenreidhischie P; ate @ ntsch, niift No. 11118 915; Wilhelm U 1 r I c h, Schiffst - Diesel engines, 3rd edition, Leipzig 1937, pp. 56 and 162. "Mixture formation and combustion in the diesel engine", Issue 7 of the collection "The Internal Combustion Engine" by Prof. Dr. Hans List, Vienna 1939, p.38.
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