DE951598C

DE951598C - Two-stroke engine in which the kinetic energy of the exhaust gases can be used for charging

Info

Publication number: DE951598C
Application number: DEP44002A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Georg Werner Gaze
Original assignee: GEORG WERNER GAZE DIPL ING
Current assignee: GEORG WERNER GAZE DIPL ING
Priority date: 1949-05-26
Filing date: 1949-05-26
Publication date: 1956-10-31

Description

Zweitaktmotor, bei dem die kinetische Energie der Abgase zum Laden nutzbar gemacht wird Bei dem ersten Zweitaktmotor, bei dem die kinetische Energie der Abgase zum Laden nutzbar gemacht wurde, war nur ein Schlitz im Zylinder vorgesehen. Das Abgas strömt durch diesen Schlitz aus und erzeugt einen Unterdruck, durch den Luft nachher über den gleichen Schlitz im Zylinder einströmt.Two-stroke engine in which the kinetic energy of the exhaust gases for loading is harnessed in the first two-stroke engine, in which the kinetic energy the exhaust gases were made available for charging, only one slot was provided in the cylinder. The exhaust gas flows out through this slot and creates a negative pressure through the Air then flows in through the same slot in the cylinder.

Betriebsfähig ist diese Maschine nur innerhalb eines engen Drehzahlbereiches, auf den die Schwingungsvorgänge abgestimmt sind. Das Anlassen erfordert daher eine Hilfsmaschine, die so, kräftig Rist, daß sie den Motor auf die Betriebsdrehzahl bringen kann. Da es nicht möglich ist, mit der kinetischen Energie der Abgase ein absolutes Vakuum im Verbrennungsraum zu erzeugen, verbleibt ein größerer Teil Restgas im Zylinder. Der Heizwert der Zylinderfüllung und damit die Leistung der Maschine ist infolgedessen entsprechend klein.This machine is only operational within a narrow speed range, to which the oscillation processes are coordinated. Starting therefore requires a Auxiliary machine that instep so strong that it brings the engine to operating speed can bring. Since it is not possible to use the kinetic energy of the exhaust To create an absolute vacuum in the combustion chamber, a larger part of the residual gas remains in the cylinder. The calorific value of the cylinder filling and thus the performance of the machine is consequently correspondingly small.

Diese Mängel werden zum Teil durch eine Zweitaktbrennkraftmaschine vermieden, bei der die Frischladung durch den beim Entweichen der Abgase als Masse erzeugten teilweisen Unterdruck in den. Arbeitszylinder durch einen besonderen Schlitz eingeführt und zum Verhindern der Rückkehr von Abgasen eine bestimmte Menge Frischgas, z. B. Luft, in die AuslaBleitung an einer Stelle der Auslaßleiiung eingeführt wird, die durch die entweich enden Abgase evakuiert ist. Die Auslaßleitung steht dabei mit der Außenluft durch eine von einem selbsttätigen Rückschlagventil gesteuerte Öffnung in Verbindung, wobei das Rückschlagventil sich in das. Innere der Auslaßleitung öffnet. Zur Steuerung der Öffnung in der Auslaßleitung kann auch ein Drehschieber verdichteibe Gase in die Auspuffleitung bzw. den Zylinder steuern. Schwierig bleibt das Anlassen einer derartigen Maschine, da das Einströmen von Luft in den Arbeitszylinder erst durch eine vorausgegangene Verbrennung ermöglicht wird. Ferner bleibt der Nachteil, daß der Schwingungsvorgang nur auf eine bestimmte Drehzahl abgestimmt ist. Derartige Bauweisen sind insbesondere für stationäre Motoren oder Flugzeugmotoren verwendet worden., die eine annähernd konstante Betriebsdrehzahl hatten. So gelang es bei einem bekannten Zweitaktflugmotor mit gegenläufigen Kolben, den Leistungsbedarf des Ladegebläses durch Ausnutzung der kinetischen Energie der Abgase wesentlich zu verringern. Es sind also auch Gegenkolbenmotoren mit Kadenacyeffekt bekannt, der aber nur bei einer bestimmten Drehzahl erreicht wird.These deficiencies are caused in part by a two-stroke internal combustion engine avoided in which the fresh charge by the escape of the exhaust gases as a mass generated partial negative pressure in the. Working cylinder through a special slot introduced and to prevent the return of exhaust gases a certain amount of fresh gas, z. B. Air, is introduced into the outlet line at one point on the outlet line, which is evacuated by the escaping exhaust gases. The outlet line is there with the outside air through one controlled by an automatic check valve Opening in connection, the check valve extending into the interior of the outlet line opens. For controlling the opening in the outlet line can also a rotary valve compressing gases in the exhaust line or the cylinder control. Starting such a machine remains difficult because of the inflow of air in the working cylinder is only made possible by a preceding combustion. Furthermore, there remains the disadvantage that the oscillation process only applies to a certain speed is matched. Such designs are particularly useful for stationary engines or Aircraft engines have been used, which have an approximately constant operating speed had. In a well-known two-stroke aircraft engine with counter-rotating pistons, for example, the power requirement of the charge blower by utilizing the kinetic energy of the Significantly reduce emissions. So there are also opposed piston engines with the Kadenacy effect known, but which is only achieved at a certain speed.

Gegenkolbenmotoren mit verstellbaren Kurbelwellen sind an sich bekannt. Bei einer solchen Zweitaktbrennkraftgegenkolbenmaschine sind deren Kurbelwellen durch ein Kettengetriebe miteinander verbunden und deren Kettentrumlängen ge.genein.-ander veränderbar. Für jeden Kettenstrang ist dabei eine Führungswelle vorgesehen:, die in einem quer zur Kette verschiebbaren Rahmen, eingeordnet ist. Bei größter Voreinstellung, die für Anfahren und Schnellauf der Maschine vorgesehen ist, kommt so der Auspuffkolben früher im oberen (inneren) Totpunkt an. Der Verbrennungsraum, ist größer geworden., die Verdichtung der Verbrennungsluft ist also jetzt am kleinsten. Es folgt daraus, daß bei langsam laufender Maschine das Verdichtungsverhältnis entsprechend der verkleinerten Voreilung des Auspuffkolbens am größten ist. Die durch den: Langsamlauf bedingte geringe Erhitzung der Verbrennungsluft bei der Verdichtung soll dabei ausgeglichen werden. Bei Schnellauf soll die höhere Erhitzung der Verbrennungsluft durch das kleine Verdichtungsverhältnis, vermindert werden. Es ist also ein Gegenkolbenmotor beschriebene, bei dem bei niedrigerer Drehzahl beide Kolben dem inneren, Totpunkt gleichzeitig erreichen. Bei allen derartigen bekannten Gegenkolbenmotoren läuft im übrigen die Kurbelwelle des den Auspuff steuernden Kolbens der Kurbelwelle des den Einlaß steuernden Kolbens voraus.Opposite piston engines with adjustable crankshafts are known per se. The crankshafts of such a two-stroke internal combustion opposed piston engine are its crankshafts connected to each other by a chain gear and their chain lengths are mutually opposite changeable. A guide shaft is provided for each chain strand :, the is arranged in a frame that can be displaced transversely to the chain. With the largest presetting, which is intended for starting and speeding up the machine, so comes the exhaust piston earlier in the upper (inner) dead center. The combustion chamber has become larger., the compression of the combustion air is now the smallest. It follows from this that when the machine is running slowly, the compression ratio corresponds to the reduced Advance of the exhaust piston is greatest. The one caused by the: slow running slight heating of the combustion air during compression is supposed to compensate for this will. At high speed, the higher heating of the combustion air should be achieved by the small compression ratio, can be decreased. So it's an opposed piston engine described, in which at lower speed both pistons the inner, dead center reach at the same time. In all such known opposed piston engines runs otherwise the crankshaft of the piston controlling the exhaust of the crankshaft of the the inlet controlling piston ahead.

Im Kraftfahrzeugbau überwiegt der Flachkolbenzweitaktmotor mit Benzinölgemischbetrieb auf Grund seiner einfachen Bauweise. Derartige Maschinen haben nur in einem begrenzten Drehzahlbereich einen guten Spülwirkungsgrad. Das wirkt sich durch einen: höheren Brennstoffverbrauch, Versetzen der Auspuffanlage mit Ölkohle und des Kurbelgehäuses mit Verbrennungsrückständen und ihre nachteiligen Folgen aus. Das Rauschen des Auspuffs und ein unregelmäßiger Leerlauf sind weitere auffällige Merkmale.In motor vehicle construction, the flat piston two-stroke engine with gasoline-oil mixture operation predominates due to its simple construction. Such machines are only available in a limited way Speed range a good flushing efficiency. That works through a: higher Fuel consumption, relocating the exhaust system with carbon and the crankcase with combustion residues and their negative consequences. The rustling of the exhaust and irregular idling are other noticeable features.

Beim Öffnen der Spülschlitze derartiger Brennkraftmaschinen schlägt das im Verbrennungsraum befindliche verbrannte Gas in das Kurbelgehäuse zurück, bis durch Ausströmen der verbrannten Gase der Druck im Zylinder so weit sinkt, daß das inzwischen mit Abgas vermischte und in seinem Heizwert geminderte Spülgemisch aus der Kurbelgehäusekammer in den Verbrennungsraum strömt. Insbesondere im niedrigen Drehzahlbereich strömt das im Auspuffrohr gestaute Abgas dann zurück in den Verbrennungsraum und durchsetzt das Gemisch abermals mit Abgas, wodurch eine weitere Herabsetzung des Heizwertes des Spülgemisches erfolgt.When opening the scavenging slots of such internal combustion engines beats the burnt gas in the combustion chamber is returned to the crankcase, until the pressure in the cylinder drops so far that the burnt gases flow out the flushing mixture, which has meanwhile been mixed with exhaust gas and has a reduced calorific value flows from the crankcase chamber into the combustion chamber. Especially in the low Speed range, the exhaust gas trapped in the exhaust pipe then flows back into the combustion chamber and permeates the mixture again with exhaust gas, thereby further reducing it the calorific value of the flushing mixture takes place.

Aufgabe der Erfindung ist eine Flachkolbenzweitaktbrennkraftmaschine mitBenzinölgemischbetrieb, die über einen weiten Drehzahlbereich die kinetische Energie der Abgase zur Verbesserung der Ladung nutzbar macht. Zur Lösung der Aufgabe dient eine Kombination an sich bekannter Merkmale mit einer neuen Maßnahme. Diese Kombination führt nur als solche zum Ziele und besteht aus einem Flachkolbenzweitaktmotor mit Benzinölgemischbetrieb mit einer Auspuffdüse, die aus einem Luftkanal Luft mitreißt, die beim Abklingen der Abgasbewegung in den Verbrennungsraum zurückschwingt, und dem Merkmal, daß die.zu gegenläufigieni Kolben gehörenden Kurbelwellen zueinander bei laufendem Motor verstellt werden, und zwar derart, daß bei hoher Drehzahl. beide Kolben zu gleicher Zeit den oberen Totpunkt durchlaufen und bei niedrigerer Drehzahl die Kurbelwelle des die Auspuffschlitze steuernden Kolbens gegen die Drehrichtung verstellt wird.The object of the invention is a flat piston two-stroke internal combustion engine with mixed gasoline operation, which over a wide speed range the kinetic Uses the energy of the exhaust gases to improve the charge. To solve the task a combination of known features with a new measure is used. These Combination only leads to the goal as such and consists of a flat-piston two-stroke engine with gasoline-oil mixture operation with an exhaust nozzle that pulls air with it from an air duct, which swings back into the combustion chamber when the exhaust gas movement subsides, and the feature that the crankshafts belonging to opposing pistons belong to one another be adjusted with the engine running, in such a way that at high speed. both Pistons pass through top dead center at the same time and at lower speed the crankshaft of the piston controlling the exhaust ports against the direction of rotation is adjusted.

Durch diese Maßnahme wird der Schwingungsvorgang den Betriebsbedingungen des Motors über einen größeren Drehzahlbereich angepaßt. Der Spülvorgang findet daher im gesamten Leistungsbereich bei niedrigem Druck und daher großem spezifischem Volumen; der beteiligten Gase statt. Die Vermischung von Abgas und Gemisch, in Gewichtsanteilen gemessen, ist damit sehr gering. Ein regelmäßiger Leerlauf ergibt sich durch Abstellen der Luftzufuhr für die; Auspuffdüse und der Verstellung des Auspuffkolbens in die äußerste Stellung entgegen der Drehrichtung. Bei höherer Drehzahl ist der Vorauspuffquerschnitt und die Verdichtung größer als bei niedrigerer Drehzahl. Bei hoher Drehzahl wird bei jeder Verbrennung Abgas mit geringem Luftzusatz und daher geringem Gewicht durch einen kurzen Impuls mit großer Energie, bei niedriger Drehzahl Abgas durch einen länger wirksamen Impuls und mit größerem Luftzusatz und daher größerem Gewicht zum Schwingen gebracht.By this measure, the oscillation process conforms to the operating conditions of the motor adapted over a larger speed range. The rinsing process takes place therefore in the entire power range at low pressure and therefore high specific Volume; of the gases involved. The mixing of exhaust gas and mixture, in parts by weight measured, is therefore very low. A regular idling results from switching off the air supply for the; Exhaust nozzle and adjustment of the exhaust piston in the extreme position against the direction of rotation. At a higher speed is the pre-exhaust cross-section and the compression is greater than at a lower speed. At high speed, with every combustion exhaust gas with little added air and therefore low weight a short pulse with great energy, exhaust gas through one at low speed longer effective impulse and with greater air addition and therefore greater weight for the Swing brought.

In den Abb. i bis d. ist eine beispielsweise Ausführung schematisch dargestellt.In Figs. I to d. an example embodiment is schematic shown.

Abb. i zeigt die Brennkraftmaschine zu Beginn der Öffnung der Luftschlitze bei hoher Drehzahl, Abb. 2 bei niedrigerer Drehzahl; Abb. 3 zeigt die Stellung der Kolben im oberen Totpunkt beim Betrieb bei hoher Drehzahl und Abb-. q. die entsprechende Stellung bei niedriger Drehzahl.Fig. I shows the internal combustion engine at the beginning of the opening of the air slots at high speed, Fig. 2 at lower speed; Fig. 3 shows the position of the Piston at top dead center when operating at high speed and Fig-. q. the corresponding Position at low speed.

Nach Abb. i hat bei hoher Drehzahl der Kolben i die Auspuffschlitze 2 schon ziemlich weit freigegeben, während der Kolben 3 die Einlaßschlitze q. erst freizugeben beginnt. Die verbrannten Gase haben beim Ausströmen durch die Schlitze 2 durch nicht dargestellte Luftkanäle in bekannter Weise Luft mitgerissen und im Verbrennungsraum 5 Unterdruck erzeugt. In den Verbrennungsraum 5 wird durch die Einlaßschlitze 4 Gemisch beispielsweise aus der Kurbelgehäusepumpe nachgeladien. Bei der weiteren Drehung der Kurbelwellen werden die Einlaßschlitze 4 geschlossen. Die in die Auspuffrotere von den Abgasen nachgesaugte Luft wird durch die Auspuffschlitze 2 in den Verbrennungsraum zurückgedrängt. Dann schließt der Kolben I die Schlitze 2, und das Gemisch wird im Verbrennungsraum 5 verdichtet (Abb. 3). Trotzdem bei hohes Drehzahlen die Einlaßschlitze 4 nur kurze Zeit geöffnet sind, ist die Füllung und Leistung infolge der bekannten Schwingungsvorgänge gut. Bei niedrigerer Drehzahl (Abb. 2) wird der Auspuffschlitz 2 vom Kolben i infolge der Verdrehung der Kurbelwelle des Kolbens I zu der Kurbelwelle des Kolbens 3 nur ganz kurz vor den Ladeschlitzen .4 geöffnet. Das Abgas strömt infolgedessen mit geringerem Druckgefälle durch die Auspuffschlitze 2. Die Zeit his zum Erreichen atmosphärischen Druckeis im Zylinder vergrößert sich.According to Fig. I, the piston i has the exhaust ports at high speed 2 already released quite a bit, while the piston 3, the inlet slots q. first starts to release. The burned gases have when flowing out through the slots 2 through Air ducts, not shown, entrained air in a known manner and negative pressure generated in the combustion chamber 5. In the combustion chamber 5 is through the inlet slots 4 reloaded mixture, for example from the crankcase pump. As the crankshaft continues to rotate, the inlet slots 4 are closed. The air drawn into the exhaust rotors by the exhaust gases is drawn through the exhaust slots 2 pushed back into the combustion chamber. Then the piston I closes the slits 2, and the mixture is compressed in the combustion chamber 5 (Fig. 3). Still with high speeds the inlet slots 4 are only open for a short time, the filling is and performance due to the known oscillation processes is good. At a lower speed (Fig. 2) the exhaust port 2 of the piston i is due to the rotation of the crankshaft of the piston I to the crankshaft of the piston 3 just before the loading slots .4 open. As a result, the exhaust gas flows through the with a lower pressure gradient Exhaust vents 2. The time to reach atmospheric pressure ice in the cylinder increases.

Die Drosselung der ausströmenden Gase macht also den Schwingungsvorgang träger. Die Frequenz der Schwingung wird aber auch niedriger dadurch, daß in der längeren Öffnungszeit ein entsprechend größerer Gewichtsanteil Luft von dem Abgas mitgerissen wird. Bei niedrigerer Drehzahl schiebt demnach die Abgassäule die vorgelagerte Luft ebenfalls erst beim Schließen der Auspuffschlitze in den Zylinder zurück. Der Schwingungsvorgang zum Nachladen von Luft über das Auspuffrohr in den Zylinder wird also entsprechend der Drehzahl geregelt. Die Verstellung der beiden Kurbelwellen zueinander kann beispielsweise in der gleichen Art durch Fliehkraftregler geschehen wie die automatische Zündverstellung oder durch Verschieben einer Stehwelle, die zwischen einem beide Kurbelwellen verbindenden Ketten- oder Zahnrad und einem Kurbelwellenstumpf angeordnet ist und außen ein gewindeähnliches Keilwellenprofil sowie innen ein normales Keilwellenprofil trägt.The throttling of the outflowing gases thus makes the oscillation process carrier. The frequency of the oscillation is also lower due to the fact that in the longer opening time, a correspondingly larger proportion by weight of air from the exhaust gas gets carried away. At a lower speed, the exhaust column pushes the upstream one Air also only returns to the cylinder when the exhaust ports are closed. Of the Vibration process for reloading air through the exhaust pipe into the cylinder is made so regulated according to the speed. The adjustment of the two crankshafts to each other can for example be done in the same way by means of a centrifugal governor like the automatic ignition advance or by moving a standing wave, the between a chain or gear wheel connecting the two crankshafts and a crankshaft stub is arranged and on the outside a thread-like spline profile and a normal one on the inside Splines.

Claims

PATENT CLAIM: Flat-piston two-stroke engine with gasoline-oil mixture operation, in which an exhaust nozzle from an air duct entrains air which swings back into the combustion chamber when the exhaust gas movement subsides, characterized in that the crankshafts belonging to opposing pistons contribute to one another; running engine are adjusted in such a way that at high speed both pistons pass through top dead center at the same time, and at lower speed the crankshaft of the piston controlling the exhaust ports is adjusted against the direction of rotation. Considered publications: German Patent Nos. 577 234, 181 420, 67z 340, 2 23 283, 616 451, 537 652, 305 111; Swiss patents No. 239 61o, 239 611; French Patent No. 764 817; British Patent No. 284,735; "Mo, tortecbnisch, e magazine", 1940, pp. 84, 85, and 1948, pp. 94, 95.