EP0459848B1 - Verbesserungen an Zweitakttrennkraftmaschinen mit hin- und hergehendem Kolben - Google Patents

Verbesserungen an Zweitakttrennkraftmaschinen mit hin- und hergehendem Kolben Download PDF

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EP0459848B1
EP0459848B1 EP91401150A EP91401150A EP0459848B1 EP 0459848 B1 EP0459848 B1 EP 0459848B1 EP 91401150 A EP91401150 A EP 91401150A EP 91401150 A EP91401150 A EP 91401150A EP 0459848 B1 EP0459848 B1 EP 0459848B1
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Thierry André
Henri Bernard Edelmann
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Melchior Technologie SNC
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B25/00—Engines characterised by using fresh charge for scavenging cylinders
    • F02B25/14—Engines characterised by using fresh charge for scavenging cylinders using reverse-flow scavenging, e.g. with both outlet and inlet ports arranged near bottom of piston stroke
    • F02B25/145—Engines characterised by using fresh charge for scavenging cylinders using reverse-flow scavenging, e.g. with both outlet and inlet ports arranged near bottom of piston stroke with intake and exhaust valves exclusively in the cylinder head
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B75/00—Other engines
    • F02B75/02—Engines characterised by their cycles, e.g. six-stroke
    • F02B2075/022—Engines characterised by their cycles, e.g. six-stroke having less than six strokes per cycle
    • F02B2075/025—Engines characterised by their cycles, e.g. six-stroke having less than six strokes per cycle two
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B3/00—Engines characterised by air compression and subsequent fuel addition
    • F02B3/06—Engines characterised by air compression and subsequent fuel addition with compression ignition

Definitions

  • the invention relates to reciprocating internal combustion engines, of the two-stroke type, with distribution by intake and exhaust valves, and with combustion and sweep prechamber, whether they are controlled ignition or spark ignition. compression.
  • the invention aims to organize a circulation helical air intake into the cylinder, which simultaneously ensures the reduction of the air short circuit and the formation of a vortex in the combustion chamber.
  • the invention also aims to arrange a two-stroke reciprocating engine with valve distribution in such a way that criterion b) defined above is particularly well respected, and this by moving the exhaust port (s) away particles of fresh air introduced into the cylinder, taking into account the orientation of the paths imposed on these particles.
  • the invention also aims to improve the two-stroke engines described in French patent FR-A-2,592,430 and which will be chosen below to define the state of the art.
  • the aforementioned deflector means which can be constituted by the actual drawing of the intake duct upstream of the seat but which are preferably constituted by blades, can be linked either to the intake valve being disposed with clearance inside the end part of the intake duct, this intake valve then comprising guide means preventing it from turning on itself, either at the seat of the valve intake by loosely surrounding the stem of this valve.
  • the prechamber preferably has a height (that is to say a dimension parallel to said axis) which is substantially equal to the stroke of the intake valve. It is advantageous, although not necessary, to give the assembly of the prechamber and the transfer channel a shape which is substantially symmetrical with respect to the plane passing through the axis of the cylinder and through the axis of the intake and give the transfer channel a shape which facilitates the generation of the vortex in the cylinder during scanning as well as the induction of a vortex in the prechamber during compression.
  • the prechamber 6 is given, apart from its connection with the transfer channel 8, substantially a form of revolution around an axis parallel to the axis YY of the inlet valve 1O and preferably practically coincident with the latter. YY axis or slightly offset from it.
  • a motor as described hitherto with reference to the figures is known from the above FR-A-2 592 430)
  • deflector means 17 arranged so as to produce a deflection in one direction, around the axis YY, of the mass of air which arrives via line 13 when the inlet valve 1O is open.
  • the transfer channel 8 has a shape such, on the one hand, that the deflection thus produced in the prechamber 6 by the deflector means 17 during the scanning phase generates a substantially helical vortex in the cylinder 1 and, on the other hand, that, during the raising of the piston 4, said substantially helical vortex in turn generates in the pre-chamber 6 a vortex in the same direction.
  • the deflector means 17 are generally constituted by blades and can in this case be linked either to the valve 10 (solution not shown) while being disposed with play inside the terminal part of the intake duct 13, in which case the valve 10 includes guide means preventing it from turning on itself, either to seat 7, with clearance around rod 11 of valve 1O as shown diagrammatically in FIG. 2.
  • the assembly of the prechamber 6 and the transfer channel 8 preferably has a shape that is substantially symmetrical with respect to a plane parallel to the axis XX of the cylinder 1 and passing through the axis YY of the intake valve 1O, preference over plane P.
  • the surface transverse 5 of the piston 4 and the head of the cylinder head 3 are preferably planes (subject to the groove or grooves 20 which will be discussed below) and perpendicular to the axis XX of the cylinder 1.
  • the lips of the transfer channel 8 are advantageously organized in such a way that the air jet emerging from the prechamber 6 towards the cylinder 1 makes an angle A of the order of 30 ° with the plane parallel to the axis XX of the cylinder 1 and passing through the axis YY of the intake valve 10 (see FIG. 3).
  • This angle A obviously depends on the rate of deflection of the mass of air passing through the seat 7 of the inlet valve 1O after having crossed the deflector means 17 as well as the shape of the transfer channel 8. This angle will preferably evolve in a opposite direction to that of the stroke / bore ratio.
  • this angle A is too high, the paths of the air particles do not penetrate far enough into the combustion chamber 2 towards the piston 4 and remain too close to the exhaust port (s), which tends to cause passage direct from the exhaust intake, to the detriment of the quality of the sweep. Conversely, if this angle A is too small, the air particles tend to be returned by the piston 4 to the exhaust port (s), which produces the same harmful effect.
  • the optimal situation is in the vicinity of a 30 ° angle for a stroke / bore ratio of the order of 1.25.
  • the transfer channel 8 has a shape converging towards its outlet in the cylinder 1, it opens out at its connection with the cylinder 1, thus forming with the prechamber a profile substantially in ⁇ and preferably, it is substantially symmetrical with respect to the above-mentioned plane parallel to the axis XX of cylinder 1 and passing through axis YY of inlet valve 1O.
  • the geometry of the intake valve 10 prevents it from being put in place by the sky of the cylinder head 3. It is therefore advisable, in known manner, to associate with this intake valve 10 a chapel 21 (FIG. 2) allowing it to be put in place with its seat 7 by crossing the cylinder head 3 (that is to say from right to left according to FIG. 2).
  • the injection orifice (s) 18 can be placed in the prechamber 6, either on the side wall of the latter, opposite the inlet valve 1O and preferably distributed on at least one circle centered on the axis of the prechamber 6, or on the peripheral wall thereof.
  • annular injection orifice 18 there may be only one annular injection orifice 18 centered on the axis of the prechamber, as shown diagrammatically in FIG. 2, or else a plurality of orifices distributed over a centered circle on the axis of the prechamber and oriented radially towards the periphery thereof, as shown diagrammatically in FIG. 5.
  • injection orifices are advantageously oriented towards the periphery of the prechamber 6, as appears from FIG. 8 in the manner of one of the families of the generators of a hyperboloid of revolution.
  • this circle advantageously has a diameter d of the order of 50% of the diameter D of the prechamber 6 ..
  • injection orifice 18 in the form of a sheet (nipple injector) which is located on the dome of the prechamber 6, it that is to say on the part of the wall peripheral of the latter which is opposite to the transfer channel 8.
  • This injection orifice 18, which flows towards the transfer channel 8, is then oriented so that the jet or layer of fuel 19 which it discharges is placed in a plane substantially perpendicular to the axis of the prechamber 6.
  • the invention is particularly advantageously applicable to engines supercharged by turbocharger driven by the exhaust gases.

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Claims (18)

  1. Ein Zweitakt-Verbrennungsmotor, der folgendes beinhaltet:
    - mindestens einen Zylinder (1) ohne seitliche Öffnungen;
    - eine Verbrennungskammer (2), die in diesem Zylinder (1) durch einen festen Zylinderkopf (3) im Verhältnis zu diesem Zylinder (1) und durch einen Kolben (4), der durch eine hin- und hergehende Bewegung im Innern dieses Zylinders (1) angeregt wird, begrenzt ist;
    - eine Verbrennungs- und Spülungsvorkammer (6), untergebracht im Zylinderkopf (3), die mit einem Einlaßventilsitz (7) ausgestattet ist und mit der Verbrennungskammer (2) durch einen Übergangskanal (8) in
    Verbindung steht, dessen senkrechter Schnitt zur Achse (X-X) des Zylinders (1) am Auslaß der Verbrennungskammer (2) eine längliche Fläche (9) darstellt, die deutlich unterhalb die innere Wand des Zylinders (1) berührt:
    - ein Einlaßventil (10) der Achse (Y-Y), das wenigstens ungefähr orthogonal zur Achse (X-X) des Zylinders (1) liegt und vorzugweise letztere Achse (X-X) schneidet, und zwar so, daß die Stange (11) dieses Ventils (10) weiter von letzterer Achse (X-X) entfernt ist als der Kopf (12) dieses Ventils (10) und daß dieser Kopf (12) sich im Innern der erwähnten Vorkammer (6) dem besagten Sitz (7) des Einlaßventils (10) entfernt und nähert;
    - eine Einlaßleitung (13) die direkt oberhalb des erwähnten Sitzes andet; und
    - mindestens ein Auslaßventil (15), das so ausgelegt ist, daß seine Achse (Z-Z) wenigstens ungefähr parallel zur Achse (X-X) des Zylinders (1) legt und daß es kooperieren kann, indem es die Auslaßgase auf dem Hauptteil zumindest an seiner Peripherie durchlaßt, mit einem Auslaßventilsitz (16), der im oberen Teil des Zylinderkopfes (3) gegenüber dem Übergangskanal (8) untergebracht ist, dieser letztere Sitz (16) ist vorzugsweise so ausgelegt, daß die Querfläche (5) des Kolbenkopfes (4) das nötige Betriebsspiel am oberen Totpunkt nur fortbestehen läßt, wenn das Auslaßventil (15) und der obere Teil das Zylinderkopfes (3), die Vorkammer (6) außerhalb ihrer Verbindung mit dem Übergangskanal (8) liegt, die leicht die Form einer Drehung um eine Parallelachse zur Achse (Y-Y) des Einlaßventils (10) besitzt und vorzugsweise mit dieser letzteren Achse (Y-Y) verschmilzt oder Ihr gegenüber leicht versetzt ist;
    und dadurch gekennzeichnet, daß
    die Ablenkvorrichtungen (17), die im Innern des Abschlußteiles der Einlaßleitung (13) angeordnet sind d. h. so direkt wie möglich sich oberhalb des Sitzes (7) des Einlaßventils (10) befinden so ausgelegt wird, daß sie eine Biegung in einer einzigen Richtung bilden, und zwar um die Achse (Y-Y) das besagten Ventils (10) der Luftmasse, die durch diese Leitung (13) kommt, wenn dieses Ventil (10) geöffnet ist; und daß der Übergangskanal (8) seiner Mündung zu im Zylinder eine konvergierende Form besitzt und sich am Anschluß mit dem Zylinder (1) ausgestaltet, indem er gewissermaßen mit der Vorkammer deutlich ein Profil bildet, daß einerseits die so erzeugte Ablenkung in der Vorkammer (6) durch die Deflaktoren (17) während der Spülungsphase einen deutlichen, spiralförmigen Luftwirbel im Zylinder (1) hervorruft und daß anderseits, beim Wiederaufsteigen das Kolbens (4) der besagte spiralförmige Luftwirbel seinerseits in der Vorkammer (6) einen Luftwirbel in der gleichen Richtung hervorruft.
  2. Motor, nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Deflektoren (17) durch Bescheufelung um die Stange (11) des Einlaßventils (10) ausgelegt sind.
  3. Motor, nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschaufelung (17) mit dem Einlaßventil (10) verbunden ist und ein Spiel im Innern des Abschlußteils der Einlaßleitung (13) besitzt; das Ventil (10) beinhaltet Führungen, die ein Drehen um sich selbst verhindern.
  4. Motor, nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschaufelung (17) mit dem Sitz (7) das Einlaßventils (10) verbunden ist und mit einem Spiel die Stange (11) des Einlaßventils (10) umgibt.
  5. Motor, nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorkammer (6) eine Höhe besitzt, die dem Weg des Einlaßventils (10) gleich ist.
  6. Motor, nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Übergangskanal (8) eine Form besitzt, die deutlich symetrisch ist, hinsichtlich einer parallelen Ebene zur Achse (X-X) des Zylinders (1) und durch die Achse (Y-Y) des Einlaßventils (10) geht.
  7. Motor, nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß Vorkammer (6) und Übergangskanal (8) eine deutlich symetrische Form besitzen, hinsichtlich einer parallelen Ebene zur Achse (X-X) des Zylinders (1) und durch die Achse (Y-Y) des Einlaßventils (10) gehen.
  8. Motor, nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Zylinder nur ein Auslaßventil (15) besitzt.
  9. Motor, noch einem der Ansprüche 1 bis 8, hinsichtlich der Versorgung durch wenigstens eine Einspritzöffnung (18), die in die Vorkammer (6) mündet, dadurch gekennzeichnet, daß die Einspritzöffnung oder -öffnungen (18) in der seitlichen Wand der Vorkammer (6) liegen, gegenüber des Einlaßventils (10), vorzugsweise koaxial zu diesem.
  10. Motor, nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Einspritzöffnungen (18) auf die Peripherie der Vorkammer (6) gerichtet sind.
  11. Motor, nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß er mehrere Einspritzöffnungen (18) besitzt, die auf mindestens einem Kreis (C) verteilt sind, der auf der Achse der Vorkammer (6) zentriert ist.
  12. Motor, nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Einspritzöffnungen (18) auf einem einzigen Kreis (C) verteilt sind, dessen Durchmesser (d) 50% des Durchmessers (D) der Vorkammer (6) entspricht.
  13. Motor, nach einem der Ansprüche 1 bis 8, hinsichtlich einer Einspritzöffnung (18), die in die Vorkammer (6) mündet, dadurch gekennzeichnet, daß die Einspritzöffnung (18) auf der Peripheriewand der Vorkammer (6) liegt, die sich gegenüber dem Übergangskanal (8) befindet; die bevorzugte Orientierungrichtet sich gegen den Übergangskanal (8).
  14. Motor, nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Querschnittsfläche (5) des Kolbens (4) und der obere Teil des Zylinderkopfes (3) ungefähr eben und senkrecht zur Achse (X-X) des Zylinders (1) liegen.
  15. Motor, nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Lippen des Übergangskanals (8) so stehen, daß der aus der Vorkammer (6) kommende und auf den Zylinder (1) gerichtete Luftstrom einen Winkel (A) der Größenordnung 30° zur parallelen Ebene der Achse (X-X) des Zylinders (1) bildet und durch die Achse (Y-Y) des Einlaßventils (10) geht, wenn das Verhältnis zwischen dem Weg und der Motorbohrung bei 1,25 liegt.
  16. Motor, nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß er im Kolben (4) oder vorzugsweise im Teil des Zylinderkopfes (3), das sich außerhalb der Mündung (9) das Übergangskanals (8) und des Sitzes (16) des Ausläßventils (15) befindet, mindestens eine Nut (20), die an der Mündung (9) endet, besitzt und dessen Querschnitt und/oder Tiefe geringer werden je weiter man sich von dieser Mündung entfernt.
  17. Motor, nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß ein Gehäuse (21) mit dem Einlaßventil (10) und seinem Sitz (7) verbunden ist.
  18. Motor, nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß er aufgeladen ist.
EP91401150A 1990-05-31 1991-04-30 Verbesserungen an Zweitakttrennkraftmaschinen mit hin- und hergehendem Kolben Expired - Lifetime EP0459848B1 (de)

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EP0459848A1 EP0459848A1 (de) 1991-12-04
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