DE934134C

DE934134C - Preferably slot-controlled two-stroke internal combustion engine, especially for motor vehicles

Info

Publication number: DE934134C
Application number: DEA14538A
Authority: DE
Inventors: Bernhard Dipl-Ing Buechner
Original assignee: Auto Union GmbH
Current assignee: Audi AG
Priority date: 1951-11-21
Filing date: 1951-11-21
Publication date: 1955-10-13

Description

Vorzugsweise schlitzgesteuerte Zweitakt-Brennkraftmaschine, besonders für Kraftfahrzeuge Es sind bereits Zweitakt-Brennkraftmaschinen mit Ladepumpe bekannt, bei denen die Achsen des Motors und der Pumpe Winkel zwischen o und 9o° miteinander bilden. Die Pumpen dienen zur Erhöhung der Menge und des Druckes der Spülluft oder des Gemisches. Sie sind einfach oder doppelt wirkend und eilen dem Motorkolben vor oder nach. Die bekannten Pumpen, die mit ihrer Unterseite auf die Kurbelkammer wirken, fördern mit der Oberseite Luft oder Gemisch über besondere Leitungen in den Motorzylinder oder in die Kurbelkammer eines zweiten Motorzylinders. Die bekannten einfach wirkenden Pumpen arbeiten mit der Oberseite entweder auf die freie Luft oder auf einen Pufferraum. Die erforderlichen Leitungen verursachen Druck- und Spülverluste, oder sie verstimmen den Inhalt der Kurbelkammern gegeneinander in ihrem Schwingungsverhalten.Preferably slot-controlled two-stroke internal combustion engine, especially for motor vehicles Two-stroke internal combustion engines with charge pumps are already known in which the axes of the motor and the pump angles between 0 and 9o ° with each other form. The pumps are used to increase the volume and pressure of the purge air or of the mixture. They are single or double acting and advance the engine piston or after. The well-known pumps, which act with their underside on the crank chamber, convey air or mixture with the top side into the engine cylinder via special lines or into the crank chamber of a second engine cylinder. The well-known single-acting ones Pumps work with the top either on the open air or on a buffer space. The required lines cause pressure and flushing losses, or they are out of tune the content of the crank chambers against each other in their vibration behavior.

Die Erfindung geht aus von einer vorzugsweise schlitzgesteuerten Zweitakt - Brennkraftmaschine, besonders für Kraftfahrzeuge mit Kurbelkammerpumpe und einer weiteren doppelt wirkenden Spül-und Ladepumpe, die mit beiden Kolbenseiten auf die gemeinsame Kurbelkammer arbeitet, und zwar mit der Unterseite unmittelbar und mit der Oberseite durch besonders zur Kurbelkammer führende überströmleitungen.The invention is based on a preferably slot-controlled two-stroke cycle - Internal combustion engine, especially for vehicles with a crank chamber pump and a further double-acting flushing and charging pump, which is connected to the piston on both sides common crank chamber works, with the underside directly and with the top through overflow lines leading to the crank chamber in particular.

Bei einem derartigen Motor liegt ein Nachteil darin, daß der Ansaugvorgang nur über die Ladepumpe und damit symmetrisch erfolgt. Er ist also mit den dadurch bedingten üblichen Mängeln behaftet. Infolge des Volumens der Ladepumpe hat er ein größeres Ansaugvolumen; aber auch der Verlustanteil ist dadurch etwas größer.In such an engine, there is a disadvantage that the suction process takes place only via the charge pump and thus symmetrically. So he is with afflicted with the usual defects caused by this. Due to the volume of the charge pump he has a larger suction volume; but the loss share is also something as a result greater.

Aufgabe der Erfindung ist für eine derartige Maschine die Verringerung der Verluste beim Ansaug- und Überströmvorgang.The object of the invention is the reduction for such a machine the losses during the intake and overflow process.

Das schafft die Erfindung dadurch, daß die Spül-oder Ladepumpe in an sich bekannter Weise mit dem Kraftzylinder nacheilend einen Winkel zwischen 30 und 9o° bildet und daß die Oberseite vom Spülpumpenkolben gesteuert wird, während der eigentliche Einlaß in die Kurbelkammer vom Kraftkolben gesteuert wird.This is achieved by the invention in that the flushing or charging pump forms an angle between 30 and 90 ° with the power cylinder in a known manner, and that the top is controlled by the flushing pump piston, while the actual inlet into the crank chamber is controlled by the power piston.

Hierbei -können der Kraftmaschinen- und der Pumpenzylinder gleiche oder verschiedene Inhalte haben.Here, the engine and the pump cylinder can be the same or have different content.

Damit die Überströmleitungen von der Pumpe zur Kurbelkammer möglichst kurz und damit widerstandsarm sind, werden sie erfindungsgemäß als an ihrem Kolben vorbeiführende Kanäle ausgebildet, deren Öffnungen in den Kurbelkammerraum von der Kolbenunterkante gesteuert werden.So that the overflow lines from the pump to the crank chamber as possible are short and thus have little resistance, they are according to the invention as on their piston Passing channels formed, the openings of which into the crank chamber space of the Piston lower edge can be controlled.

Der Einlaß in die Pumpe kann am oder in der Nähe des unteren Totpunktes angeordnet sein und wird dann von der Pumpenkolbenoberkante gesteuert. Zweckmäßig ist hierbei der Einlaß in die Pumpe im oberen Totpunkt durch einen Ansatz im Kolbenhemd verdeckt.The inlet to the pump can be at or near bottom dead center be arranged and is then controlled by the upper edge of the pump piston. Appropriate is here the inlet into the pump at top dead center through a shoulder in the piston skirt covered.

Der Einlaß kann aber auch auf dem Pumpendeckel angeordnet sein und sich durch den Unterdruck mit bekannten- Mitteln, wie Klappen, Ventile od. dgl., von selbst öffnen.The inlet can also be arranged on the pump cover and by the negative pressure with known means, such as flaps, valves or the like., open by itself.

Der Motor und die Pumpe können eine gemeinsameAnsaugvorrichtung haben oder aber getrennte, die wahlweise aus Luftfilter, Vergaser oder ähnlichen Einrichtungen bestehen können.The motor and the pump can share a common primer or separate ones, optionally consisting of air filters, carburettors or similar devices can exist.

Die Erfindung ist an einem Ausführungsbeispiel für einen einzylindrigen Zweitakt-Ottomotor mit Gemischverdichtung und mit einer Ladepumpe dargestellt, und zwar zeigen Abb. z und 2 Längsmittelschnitte in verschiedenen Stellungen, Abb. 3 das Kurbelkammerdruckdiagramm.The invention is based on an embodiment for a single cylinder Two-stroke gasoline engine with mixture compression and with a charge pump shown, and Fig. z and 2 show longitudinal center sections in different positions, Fig. 3 the crank chamber pressure diagram.

Der Motorzylinder ro hat einen Kolben i i, der mit dem Pleuel 12 auf die Kurbelwelle in der Kurbelkammer 13 arbeitet. An dieses Pleuel ist das Pleuel 1q. der Ladepumpe bei 15 angelenkt, die den Kolben 16 im Pumpenzylinder 17 .enthält. Der Ladepumpenzylinder ist durch den Deckel 1.8 abgeschlossen. Von der Oberseite des Kolbens 16 führen Kanäle r9 am Kolben 16 vorbei, die ihre in den Kurbelkammerraum 13 führenden Öffnungen 2o haben. Der Motor saugt über eine Einlaßöffnung 21, die Ladepumpe über eine Einlaßöffnung 22 an. Aus dem Kurbelkammerraum 13 führen die üblichen Überströmkanäle in den Kraftmaschinenzylinder und münden bei 23. Die Abgase entweichen durch den Auslaß 2q.. Motor- und Ladepumpenachse bilden in dem Ausführungsbeispiel einen Winkel von 75°.The engine cylinder ro has a piston ii which works with the connecting rod 12 on the crankshaft in the crank chamber 13 . The connecting rod 1q is attached to this connecting rod. the charge pump articulated at 15, which contains the piston 1 6 in the pump cylinder 1 7 . The charge pump cylinder is closed by the cover 1.8. From the top of the piston 16 channels r9 lead past the piston 16, which have their openings 2o leading into the crank chamber space 13. The engine sucks in via an inlet opening 21, the charge pump via an inlet opening 22. The usual overflow ducts lead from the crank chamber space 13 into the engine cylinder and open out at 23. The exhaust gases escape through the outlet 2q .. The motor and charge pump axes form an angle of 75 ° in the exemplary embodiment.

Die Brennkraftmaschine hat folgende Arbeitsweise: In Abb. r ist das Ansaugen in dieLadepumpe dargestellt, während im Motorzylinder der zweite Teil des Spülens und des Auslassens vor sich geht. Gemäß den Pfeilen laufen die Bewegungen ab.The internal combustion engine works as follows: This is in Fig.r Suction into the charge pump, while the second part of the Flushing and draining is going on. The movements run according to the arrows away.

In Abb.2 ist das Überströmen aus dem Verdichtungsraum der Pumpe 17 auf der Kolbenoberseite durch die Kanäle 16 in den Kurbelkammerraum 13 dargestellt, während der Ansaugvorgang vom Motorzylinder 1o in die Kurbelkammer 13 gerade abgeschlossen ist. Im oberen Totpunkt der Ladepumpe 17 ist der Einlaßschlitz 22 in die Pumpe 17 durch einen Ansatz 25 verdeckt.In Fig.2, the overflow from the compression chamber of the pump 17 on the piston top through the channels 16 into the crank chamber chamber 13 is shown, while the suction process from the engine cylinder 1o into the crank chamber 13 has just been completed. At the top dead center of the charge pump 17 , the inlet slot 22 in the pump 17 is covered by a shoulder 25.

Der Motor hat die übliche Bauart.The engine is of the usual type.

Die Oberseite des Pumpenkolbens 16 wirkt auf den üblichen Pumpenverdichtungsraum der zur Aufladung des Motors über die Kurbelkammer 13 herangezogen wird. Um den unteren Totpunkt herum saugt nämlich die Ladepumpe 17 über einen zweiten Vergaser oder über ein Verbindungsstück aus demselben Vergaser wie der Motor Gemisch an, wobei die Ansaugzeiten hintereinander liegen. Dieses Gemisch wird bis in den Arbeitstakt des Motorzylinders hinein verdichtet. Es strömt, wie oben dargelegt, aus dem Verdichtungsraum der Ladepumpe in .die Kurbelkammer und ruft so kurz vor Beginn des überströmens nochmals eine wesentliche Drucksteigerung hervor. Während" des Überströmens arbeiten beide Kolben auf die Kurbelkammer, zum Schluß nur noch der Pumpenkolben, der damit die beginnende Saugarbeit des Motorkolbens bis zum Abschluß des Überströmens aufhebt.The top of the pump piston 16 acts on the usual pump compression chamber which is used to charge the engine via the crank chamber 13. To the This is because the charge pump 17 sucks around bottom dead center via a second carburetor or via a connector from the same carburettor as the engine mixture, whereby the suction times are one after the other. This mixture is used up in the work cycle of the engine cylinder compressed into it. As explained above, it flows out of the compression space the charge pump in .die crank chamber and calls just before the overflow begins again a significant increase in pressure. Work during "the overflow." both pistons on the crank chamber, in the end only the pump piston, the one with it the beginning of the suction work of the engine piston cancels up to the completion of the overflow.

Die Wirkung der Brennkraftmaschine gemäß der Erfindung ist aus dem Druckverlauf in der Kurbelkammer während einer Umdrehung abzulesen, der in Abb.3 dargestellt ist. Die Abb.3 zeigt diesen Druckverlauf ohne Ladepumpe und mit Ladepumpe. Über den beiden Kurven sind die Einlaß-, Überström- und Auslaßvorgänge dargestellt.The effect of the internal combustion engine according to the invention is from the Read the pressure curve in the crank chamber during one revolution, which is shown in Fig. 3 is shown. Figure 3 shows this pressure curve without charge pump and with charge pump. The inlet, overflow and outlet processes are shown above the two curves.

Die Einlaßsteuerzeit um den oberen Totpunkt und die Überströmsteuerzeit um den unteren Totpunkt entsprechen einander; sie betragen etwa 2X 6o°. Durch die Symmetrie wird bewirkt, daß am Ende .des Einlasses Gemisch aus der Kurbelkammer in den Vergaser zurückgedrückt und am Ende des Spül- und Ladevorganges Gemisch aus dem Zylinder in die Kurbelkammer zurückgesaugt wird.The intake timing around top dead center and the spill timing around the bottom dead center correspond to each other; they are about 2X 60 °. Through the Symmetry is caused that at the end of the inlet mixture from the crank chamber pushed back into the carburetor and at the end of the rinsing and loading process the mixture is discharged the cylinder is sucked back into the crank chamber.

Die Versetzung von z. B. 7.5° kommt dadurch zustande, daß während der zweiten Hälfte des Ansaugvorganges, wenn sich der Motorkolben bereits wieder auf dem Wege zum unteren Totpunkt befindet, die durch ihn erzeugte Verdichtung auf die -Kurbelkammer durch den ausweichenden Ladekolben aufgehoben werden muß, damit der Unterdruck in der Kurbelkammer über den 'gesamten Einlaßvorgang aufrechterhalten bleibt. Dasselbe gilt für das Überströmen 18o Kurbelgrade später. Hier hebt der Ladekolben den durch den Aufwärtsgang des Motorkolbens beginnenden Unterdruck in der Kurbelkammer auf. Aus der Abb.3 ist diese Verschiebung der Wendepunkte zwischen Unter- und Überdruck in der Kurbelkammer zu ersehen, und zwar wird der Beginn des Überdrucks in der Kurbelkammer bis zum Schließen des Einlaßkanals hinausgezögert, während auf der anderen Seite der Überdruck in der Kurbelkammer so lange aufrechterhalten bleibt, bis die Überströmkanäle durch den Motorkolben wieder geschlossen sind. Dieser Steuerung des Über- und Unterdrucks in der Kurbelkammer ist der Nachladevorgang durch die Ladepumpe überlagert, und zwar derart, daß das Überströmen des Gemisches von der Pumpe in die Kurbelkammer mit geringer Überschneidung unmittelbar an den Einlaßvorgang in die Kurbelkammer von der Motorseite her anschließt. Der Ansaugvorgang zur Füllung der Pumpe ist von diesem Vorgang getrennt und fällt zeitlich etwa mit der zweiten Hälfte des Auspufftaktes und der beginnenden Verdichtung zusammen. Die Lage der einzelnen Takte ist aus der Abb. 3 deutlich ersichtlich. Die wesentlich erhöhten Spüldrücke in der Kurbelkammer kommen erstens durch das bessere Verdichtungsverhältnis der Kurbelkammer zustande, auf die jetzt zwei Kolben verdichtend einwirken; zweitens aus dem 1i achladen durch die Ladepumpe. Zusammen mit der Unsymmetrie des Steuerdiagramms infolge des Nacheilens des Ladepumpenkolbens ergibt sich daraus eine beträchtliche Leistungsverbesserung des Motors, verbunden mit einer fühlbaren Verbrauchssenkung.The displacement of z. B. 7.5 ° comes about that during the second half of the intake process, when the engine piston is already back is on the way to bottom dead center, the compression generated by it the crank chamber must be canceled by the evasive loading piston so that maintain the negative pressure in the crank chamber over the entire intake process remain. The same applies to the overflow 18o crank degrees later. Here he lifts Loading piston into the negative pressure that begins with the upward gear of the engine piston the crank chamber on. From the Fig.3 this shift of the turning points is between Negative and positive pressure in the crank chamber to be seen, namely will the beginning of the overpressure in the crank chamber until the inlet channel closes delayed while on the other hand the overpressure in the crank chamber is maintained until the transfer passages through the engine piston are closed again. This controls the positive and negative pressure in the crank chamber the reloading process is superimposed by the charge pump in such a way that the Overflow of the mixture from the pump into the crank chamber with little overlap immediately follows the intake process into the crank chamber from the engine side. The suction process for filling the pump is separate from this process and falls temporally with the second half of the exhaust stroke and the beginning of compression together. The position of the individual clocks can be clearly seen in Fig. 3. The significantly increased flushing pressures in the crank chamber are firstly due to the better compression ratio of the crank chamber comes about on the now two pistons have a condensing effect; second, from the 1i achladen through the charge pump. Together with the imbalance of the timing diagram due to the lagging of the charge pump piston this results in a considerable improvement in the performance of the engine with a noticeable reduction in consumption.

Der Motor hat auch einen guten Leerlauf, da durch die Ladepumpe auch bei kleinsten Drehzahlen eine gute Füllung der Kurbelkammer vorhanden ist, die durch die wesentlich erhöhten Spüldrücke auch tatsächlich bis an die Zündkerze hingelangt. In gewisser Hinsicht nähert sich der Motor hier dem Viertakt-Verfahren, da er durch die Ladepumpe einen gleichwertigen Ansaugtakt besitzt, der über den ganzen Drehzahlbereich eine gleichwertige Füllung der Kurbelkammer gewährleistet, unabhängig von dem mehr drehzahlabhängigen Wirkungsgrad des Einlasses in die Kurbelkammer von der Zylinderseite her. Auch dieser Einlaßvorgang ist jedoch wesentlich dadurch verbessert, daß während der gesamten Einlaßzeit in der Kurbelkammer Unterdruck herrscht, das Zurückdrücken des gerade angesaugten Gemisches in den Vergaser also nicht mehr möglich ist.The engine also idles well, thanks to the charge pump too at the lowest speeds there is a good filling of the crank chamber, which through the significantly increased flushing pressures actually reached the spark plug. In a sense, the engine is approaching the four-stroke process here, as it runs through the charge pump has an equivalent intake stroke that covers the entire speed range ensures an equivalent filling of the crank chamber, regardless of the more speed-dependent efficiency of the inlet into the crank chamber from the cylinder side here. However, this intake process is also significantly improved by the fact that during negative pressure prevails in the crank chamber for the entire inlet time, the pushing back of the mixture that has just been sucked into the carburetor is no longer possible.

Die Unterseite des Pumpenkolbens 16 erzeugt also in Verbindung mit der Kurbelkammer 13 und dem Motorkolben i i eine Unsymmetrie des Steuerdiagramms und ersetzt damit voll einen Drehschieber für den Einlaß- und Überströmvorgang. Die beiden Pleuel des Motorkolbens und des Pumpenkolbens sind entweder auf demselben Zapfen gelagert, oder das Pumpenpleuel 1q. wird an das Motorpleuel, wie dargestellt, kurz angelenkt. In diesem Fall wird auch noch eine Unsymmetrie des Einlasses in die Ladepumpe erzielt, die etwa i i° beträgt, d. h. der Einlaß in die Pumpe öffnet etwa 76° vor dem unteren Totpunkt, während er bereits etwa 65° nach dem unteren Totpunkt wieder geschlossen wird. Aus den angesetzten Überschneidungen zwischen den einzelnen Steuerzeiten ergibt sich wieder der Winkelbereich zwischen 3o und go° zwischen Motor- und Ladepumpenachse. Darunter und darüber hinaus würde die durch diese Anlenkung erzeugte Unsymmetrie des Kurbelkammerdruckdiagramms nicht mehr in dem erforderlichen Maß erzielt werden können.The underside of the pump piston 16 thus generated in conjunction with the crank chamber 13 and the engine piston i i an imbalance in the control diagram and thus completely replaces a rotary valve for the inlet and overflow process. The two connecting rods of the engine piston and the pump piston are either on the same Journals stored, or the pump connecting rod 1q. is attached to the engine connecting rod as shown, articulated briefly. In this case, there is also an asymmetry of the inlet in achieves the charge pump which is about i i °, d. H. the inlet to the pump opens about 76 ° before the bottom dead center, while it is already about 65 ° after the bottom Dead center is closed again. From the set overlaps between the individual timing results in the angular range between 3o and go ° between motor and charge pump axis. Underneath and beyond that would go through this articulation no longer produced asymmetry in the crank chamber pressure diagram in the required level can be achieved.

Statt der Schlitzsteuerung für den Einlaß in den Ladezylinder kann auch eine Ventil-, Klappen- oder Lamellensteuerung im Deckel der Ladepumpe angebracht werden. Diese Anordnung hätte den Vorteil einer besseren Füllung durch Vergrößerung des Ansaugwinkels der Ladepumpe bei gleichzeitiger Herabsetzung der Ansauggeschwindigkeit und Verringerung des Arbeitsaufwandes für den Ansaugvorgang.Instead of the slot control for the inlet into the loading cylinder can A valve, flap or lamella control is also installed in the cover of the charge pump will. This arrangement would have the advantage of better filling through enlargement the suction angle of the charge pump while reducing the suction speed and reducing the amount of work required for the suction process.

In der beschriebenen Arbeitsweise des Motors sind nun noch ohne große Änderungen folgende Variationen möglich: a) der Motorkolben saugt ein etwas überfettetes Gemisch an, während der Pumpenkolben nur Luft pumpt; b) der Motor fördert Luft, die Ladepumpe Gemisch. Diese Anordnung hätte den wesentlichen Vorteil, daß der Motorzylinder zunächst mit Luft vorgespült, gekühlt und dann erst mit Gemisch aufgeladen wird. Durch den überströmvorgang aus dem Pumpenraum in die Kurbelkammer wird außerdem eine recht gute Gemischaufbereitung bewirkt, die bis in den höchsten Drehzahlbereich hinein wirksam ist; c) die überströmkanäle im Motorzylinder können so angeordnet sein, daß sie vor dem Auslaß von dem niedergehenden Kolben freigegeben werden.In the described mode of operation of the engine are now still without major The following variations are possible: a) the engine piston sucks in something that is overly greased Mixture while the pump piston only pumps air; b) the engine delivers air, the charge pump mixture. This arrangement would have the significant advantage that the engine cylinder first flushed with air, cooled and only then charged with a mixture. The overflow process from the pump chamber into the crank chamber also causes a very good mixture preparation, which goes up to the highest speed range is effective into it; c) the overflow ducts in the engine cylinder can be arranged in this way be that they are released from the descending piston before the outlet.

Die Vorteile der Erfindung können in folgende Punkte zusammengefaßt werden: a) Unsymmetrie des Steuerdiagramms bis auf den Auslaß- und Überströmvorgang; b) wesentlich erhöhte Unterdrücke und Spüldrücke in der Kurbelkammer und Aufladung durch die Ladepumpe; c) sehr gute Gemischaufbereitung, gleichgültig ob die Zylinder beide mit Gemisch oder der eine oder andere von ihnen mit Luft arbeitet; d) verbesserte Schmierung und Kühlung durch erhöhten Gemischdurchsatz und erhöhten Druck in der Kurbelkammer; e) besserer Massenausgleich als bei einer Einzylindermäschine; f) keine Erhöhung der Anzahl der Kanäle und Steuerorgane im Motor.The advantages of the invention can be summarized in the following points become: a) Asymmetry of the control diagram except for the exhaust and overflow processes; b) significantly increased negative pressures and scavenging pressures in the crank chamber and supercharging by the charge pump; c) very good mixture preparation, regardless of whether the cylinders both work with a mixture or one or the other of them works with air; d) improved Lubrication and cooling through increased mixture throughput and increased pressure in the Crank chamber; e) better mass balance than with a single cylinder machine; f) no increase in the number of channels and controls in the engine.

Die Erfindung ist auf Motoren mit Selbst- oder mit Fremdzündung anwendbar.The invention is applicable to compression-ignition or spark-ignition engines.

Claims

PATENT CLAIMS: i. Preferably slot-controlled two-stroke internal combustion engine, especially for motor vehicles, with a crank chamber pump and a further, double-acting flushing or charging pump that works with both piston sides on the common crank chamber, with the underside directly and with the upper side through special overflow lines leading to the crank chamber, characterized in that the flushing or charging pump forms an angle between 30 and 9o ° trailing with the power cylinder in a manner known per se and that the top of the flushing pump piston has a special inlet which is controlled by the flushing pump piston, while the actual inlet into the crank chamber is controlled by the power piston. z. Internal combustion engine according to Claim i, characterized in that the overflow lines from the pump are designed as channels leading past their pistons, the openings of which into the crank chamber space are controlled by the lower edge of the piston. 3. Internal combustion engine according to claim i and 2, characterized in that the inlet into the pump is covered at top dead center by a shoulder on the piston skirt. 4. Internal combustion engine according to claim i to 3, characterized in that the overflow ducts in the engine cylinder are arranged with their upper edge higher than the outlet slot, so that they are first released by the descending piston. Attached publications German patents No. 479 193, 482 315, 561411-