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Zweitaktbrennkraftmaschine mit steuerndem Kolben.
Die Erfindung betrifft eine Zweitaktbrennkraftmasehine mit steuerndem Kolben, Spülluftschlitzen und diesen gegenüberliegenden Auspuffschlitzen, wobei die Spülluftsehlitze schräg nach oben und tangential zu einer Zylinderfläche gerichtet sind, die zur Innenwand des Zylinders gleichachsig ist, so dass die einströmende Spülluft einen schraubenförmigen, mit der Zylinderwand gleiehachsigen Strom bildet. Bei Brennkraftmaschinen dieser Art werden die verbrannten Gase mittels des Spülluftstromes durch den innerhalb des letzteren liegenden zentralen Teil des Zylinders in der Richtung vom Zylinderboden nach dem Kolben und dann seitlich durch die Auspufföffnungen hinausgetrieben.
Der Erfindung gemäss sind die Auspuffschlitze in einer Gruppe angeordnet und die Spülluftschlitze nehn'en den ganzen, von den Auspuffschlitzen nicht eingenommenen Teil des Zylinderuinfanges ein ; sie sind im Verhältnis zur Lage oder Form der Auspuffsehlitze derart geneigt, dass der schraubenförmige Spülluftstrom über den Auspufföffnungen zu liegen kommt, sie also überbrückt, wodurch die von ihm
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durch die der Brennstoff eingespritzt wird, können dann zweckmässig im Zylinderdeckel exzentrisch angeordnet sein, wobei der Brennstoff in an sich bekannter Weise in Richtungen eingespritzt wird, die entweder der Bewegung der Verbrennungsluft folgen oder entgegengesetzt gerichtet sind,
wodurch eine für eine vollständige Verbrennung günstige, innige Mischung des feinverteilten Brennstoffes mit der Verbrennungsluft gesichert ist.
Die Zeichnungen veranschaulichen mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung, u. zw. zeigt die Fig. 1 einen Längsschnitt durch einen Zylinder, Fig. 2 einen durch die Spiûluft- und Auspufföffnungen gelegten, in der Richtung gegen den Kolbenboden gesehenen Querschnitt durch denselben Zylinder.
Die Fig. 3 und 4 stellen Abwicklungen der Zylinderwandung mit zwei verschiedenen Ausführungsformen der Auspufföffnungen dar, wie diese zweckmässig bei der in Fig. 1 und 2 veranschaulichten Anordnung ausgebildet sein können. Die Fig. 5 und 6 zeigen eine zweite Ausführungsform der Erfindung im Längsschnitt bzw. Querschnitt durch den Zylinder, in der letzteren Abbildung in der Richtung gegen den Kolbenboden gesehen. Die Fig. 7,8 und 9 zeigen eine dritte Ausführungsform im Längsschnitt bzw. Querschnitt gegen den Kolbenboden bzw. gegen den Zylinderboden gesehen und die Fig. 10 und 11 zwei weitere Ausführungsformen im Längsschnitt bzw. Querschnitt gegen den Kolbenboden gesehen.
In den Zeichnungen bezeichnet a den Zylinder, b den Kolben, c die Auspufföffnungen, d die Spülluftöffnungen, e den besonders geformten Teil des Kolbenbodens, der als Leitfläche für die Spülluft dient. Die Auspufföffnungen c sind in einer Gruppe auf einer Seite des Zylinders angeordnet, wogegen die Eintrittsöffnungen d für die Spülluft in einem Kreis längs des übrigen Teiles des Zylinderumfanges liegen.
Indem die Spülluft durch die Öffnungen d in der Richtung der Pfeile n einströmt, erhält sie eine nach oben gegen den Zylinderboden gerichtete, schraubenförmige Wirbelbewegung, die infolge der Flieh- kraft längs der Zylinderwandung vor sieh geht. Dadurch werden dieim Zylinder befindlichenVerbrennungs- gase verdrängt, indem sie-wie durch die Pfeile g (Fig. 1) angedeutet-sie nach unten durch den innerhalb des Spülluftstromes liegenden mittleren Teil des Zylinders gegen die Stirnfläche des Kolbens und
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zuströmen.
Bei sämtlichen in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsformen ist der Kolben b in seinem unteren Totpunkt gezeichnet, in welcher Lage die Unterkante der Spülluftschlitze d in derselben Höhe wie die Unterkante des abgeschrägten Teiles des Kolbenbodens liegt.
Wie aus der Zeichnung ersichtlich, haben die Auspufföffnungen c in üblicher Weise eine grössere Höhe als die Spülluftöffnungen d, und der Kolben öffnet daher, wenn er sich von seiner oberen in seine unter Lage bewegt, die Auspufföffnungen c früher als die Spülluftöffnungen d, so dass der Überdruck im Zylinder durch die Auspufföffnungen verschwinden kann, ehe die Spülluft eingeführt wird.
Bei der in Fig. 1 und 2 dargestellten Ausführungsform ist die Leitfläche e des Kolbenbodens eine ununterbrochene KegeIfJäche, wobei die Mitte des Kolbenbodens schalenförmig ist. Die Spülluftöffnungen d und die Leitfläche des Kolbenbodens haben eine so grosse Neigung, dass der Spülluftraum in einer solchen Höhe über die Auspufföffnungen c geleitet wird, dass der durch die Zylindermitte gehende Strom der Verbrennungsgase seitlich unter dem Spülluftstrom hinausströmen kann, dieser somit die Auspuff- öffnungen überbrückt. Bei dieser Ausführungsform gibt man zweckmässig den Auspufföffnungen eine Form, etwa wie die in Fig. 3 oder 4 dargestellte, d. h. eine oder mehrere der Öffnungen werden schräge in der Einströmrichtung abgeschnitten (Fig.
3) oder alle Auspufföffnungen werden schräge gelegt (Fig. 4).
Bei dieser Ausführung wird also für das Entstehen einer Öffnung in dem von der Spülluft gebildeten zylindrischen Hohlkörper Sorge getragen, die den Auspufföffnungen gegenüber liegt und durch diese Öffnung können die-verbrannten Gase den Auspufföffnungen e zuströmen, ohne dass es notwendig ist, den Kolbenboden mit einer besonders geformten Leitfläche oder einem Kanal zu versehen.
Bei der Ausführungsform nach den Fig. 5 und 6, bei welcher der Kolben ebenfalls eine schalenförmige Vertiefung h in der Mitte seiner Stirnfläche hat, ist die kegelförmige Leitfläche e den Auspuff- öffnungen c gegenüber unterbrochen, um einer rinnenförmigen Vertiefung f Raum zu geben, die dazu dient, die Verbrennungsgase von dem schalenförmigen mittleren Teil gegen die Auspufföffnungen zu leiten. Diese Rinne t erstreckt sich in schwach nach unten gehender Richtung-siehe Fig. 5-, so dass ihre untere Aussenkante in derselben Höhe wie die unteren Kanten der Auspufföffnungen c liegt, sobald sich der Kolben im unteren Totpunkt befindet.
Die Fig. 7,8 und 9 zeigen eine Ausführungsform, die sich von der nach den Fig. 5 und 6 dadurchunterscheidet, dass in der Mitte der schalenförmigen Vertiefung h der Kolbenfläche eine kegel-oder kuppelförmige Erhöhung angeordnetist, wodurch eine für die Verbrennung besser geeignete Verbrennungskammer erzielt wird. Bei dieser Ausführungsform werden zweckmässig Einspritzdüsen t, z. B. deren zwei (Fig. 7 und 9), verwendet, die den Brennstoff in Form von Strahlenbündeln s einspritzen. Die Pfeile u (Fig. 9) deuten die drehende Bewegung der Spülluft an.
Bei der Ausführungsform nach den Fig. 10 und 11 ist die Leitfläche für die Spülluft als Kegelfläche geformt, die von einer exzentrisch angeordneten Tasche f unterbrochen ist, die sich von der Mitte des Kolbenbodens aus radial nach aussen und nach unten geneigt gegen die Auspufföffnungen c erstreckt.
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Die Rinne oder Tasche 1 hat am Kolbenumfange zweckmässig eine Breite p-p (Fig. 11), die dem von den Auspufföffnungen c eingenommenen Teil der Zylinderwandung entspricht.
Bei den Ausführungsformen nach den Fig. 5-11, bei denen die Rinne oder Tasche t sich bis zum
Kolbenrand erstreckt, sind die Kolbenringe r in der gewöhnlichen Weise im Kolben angeordnet, indem der obere Ring unmittelbar unter der Unterkante der Tasche oder Rinne 1 angeordnet ist. Infolge der besonderen Form des Kolbens wird aber der Abstand des oberen Kolbenringes vom Gipfel des Kolbens verhältnismässig gross, und da dieser obere Kolbenteil (Gipfel) sich wegen des Wärmeeinflusses ziemlich stark ausdehnt, muss er einen verhältnismässig grossen Spielraum haben, so dass eine vollständige Dichtung in der verhältnismässig langen Periode, wo der Kolbengipfel, vom oberen Kolbenring an gerechnet, die Spülöffnungen deckt, nicht erreicht wird.
Um diesen Mangel zu vermeiden, ist der Erfindung gemäss im oberen Teil des Kolbens ein besonderer Kolbenring k (Fig. 10) vorgesehen, der sich nicht über den ganzen Umfang des Kolbens, sondern nur über den die Vertiefung oder Tasche 1 enthaltenden Teil desselben erstreckt und die Abdichtung in der Phase bewirkt, in der bloss der oberste Kolbenteil die Spülluftöffnungen d abdeckt.
Bei der Ausführungsform nach Fig. 5 ist am Boden des Zylinders eine Rippe t angeordnet, die die drehende Bewegung der Spülluft bricht, so dass die Luft während ihrer Bewegung gegen den Kolben hin sich nicht mehr dreht und die Gefahr einer Mischung der beiden Strömungen vermindert wird. Die Rippenanordnung kann aus einer oder mehreren nach einem Durchmesser, einer Sehne od. dgl. verlaufenden Rippen bestehen und ist nicht an die Anordnung nach Fig. 5 gebunden, sondern kann in Verbindung mit einer beliebigen Anordnung nach der Erfindung benutzt werden.
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Two-stroke internal combustion engine with controlling piston.
The invention relates to a two-stroke internal combustion engine with a controlling piston, scavenging air slots and exhaust ports opposite these, the scavenging air slots being directed obliquely upwards and tangentially to a cylinder surface which is coaxial with the inner wall of the cylinder, so that the inflowing scavenging air has a helical flow that is coaxial with the cylinder wall forms. In internal combustion engines of this type, the burned gases are driven out by means of the scavenging air flow through the central part of the cylinder located inside the latter in the direction from the cylinder base to the piston and then laterally out through the exhaust openings.
According to the invention, the exhaust slots are arranged in a group and the scavenging air slots occupy the entire part of the cylinder interior not occupied by the exhaust slots; they are inclined in relation to the position or shape of the exhaust strands in such a way that the helical flow of scavenging air comes to lie over the exhaust openings, that is to say bridges them, as a result of which the exhaust openings
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through which the fuel is injected, can then conveniently be arranged eccentrically in the cylinder cover, the fuel being injected in a manner known per se in directions that either follow the movement of the combustion air or are directed in the opposite direction,
which ensures an intimate mixture of the finely divided fuel with the combustion air which is favorable for complete combustion.
The drawings illustrate several embodiments of the invention, u. Between. FIG. 1 shows a longitudinal section through a cylinder, FIG. 2 shows a cross section through the same cylinder laid through the Spiûluft- and exhaust openings, seen in the direction towards the piston head.
3 and 4 show developments of the cylinder wall with two different embodiments of the exhaust openings, as these can be expediently designed in the arrangement illustrated in FIGS. 1 and 2. 5 and 6 show a second embodiment of the invention in longitudinal section and cross section through the cylinder, seen in the latter figure in the direction towards the piston head. 7, 8 and 9 show a third embodiment in a longitudinal section or cross section seen against the piston head or against the cylinder base, and FIGS. 10 and 11 show two further embodiments in a longitudinal section or cross section against the piston head.
In the drawings, a denotes the cylinder, b the piston, c the exhaust openings, d the scavenging air openings, e the specially shaped part of the piston crown, which serves as a guide surface for the scavenging air. The exhaust openings c are arranged in a group on one side of the cylinder, whereas the inlet openings d for the scavenging air lie in a circle along the remaining part of the cylinder circumference.
As the scavenging air flows in through the openings d in the direction of the arrows n, it receives a helical vortex movement directed upwards against the cylinder base, which, as a result of the centrifugal force, proceeds along the cylinder wall. As a result, the combustion gases in the cylinder are displaced by - as indicated by the arrows g (FIG. 1) - they move downwards through the central part of the cylinder located within the purge air flow against the end face of the piston and
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flow in.
In all the embodiments shown in the drawings, the piston b is drawn in its bottom dead center, in which position the lower edge of the scavenging air slots d is at the same height as the lower edge of the beveled part of the piston head.
As can be seen from the drawing, the exhaust openings c are usually greater than the scavenging air openings d, and the piston therefore opens the exhaust openings c earlier than the scavenging air openings d when it moves from its upper to its lower position, so that the overpressure in the cylinder can disappear through the exhaust ports before the purge air is introduced.
In the embodiment shown in FIGS. 1 and 2, the guide surface e of the piston head is an uninterrupted conical surface, the center of the piston head being cup-shaped. The scavenging air openings d and the guide surface of the piston head have such a great inclination that the scavenging air space is directed over the exhaust openings c at such a height that the flow of combustion gases passing through the cylinder center can flow out laterally under the scavenging air flow, thus creating the exhaust openings bridged. In this embodiment, it is expedient to give the exhaust openings a shape such as that shown in FIG. 3 or 4, i. H. one or more of the openings are cut obliquely in the direction of inflow (Fig.
3) or all exhaust openings are slanted (Fig. 4).
In this embodiment, care is taken to create an opening in the cylindrical hollow body formed by the scavenging air, which is opposite the exhaust openings and through this opening the burned gases can flow to the exhaust openings e without it being necessary to cover the piston head with a specially shaped guide surface or a channel.
In the embodiment according to FIGS. 5 and 6, in which the piston also has a bowl-shaped depression h in the middle of its end face, the conical guide surface e is interrupted opposite the exhaust openings c in order to give a channel-shaped depression f space which serves to guide the combustion gases from the bowl-shaped central part towards the exhaust openings. This channel t extends in a slightly downward direction - see Fig. 5-, so that its lower outer edge is at the same height as the lower edges of the exhaust openings c as soon as the piston is at bottom dead center.
7, 8 and 9 show an embodiment which differs from that according to FIGS. 5 and 6 in that a conical or dome-shaped elevation is arranged in the center of the bowl-shaped recess h of the piston surface, which makes one more suitable for combustion Combustion chamber is achieved. In this embodiment, injection nozzles t, z. B. the two (Fig. 7 and 9) used, which inject the fuel in the form of beams s. The arrows u (Fig. 9) indicate the rotating movement of the purge air.
In the embodiment according to FIGS. 10 and 11, the guide surface for the scavenging air is shaped as a conical surface, which is interrupted by an eccentrically arranged pocket f, which extends from the center of the piston head radially outward and inclined downward against the exhaust openings c .
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The groove or pocket 1 at the circumference of the piston expediently has a width p-p (FIG. 11) which corresponds to the part of the cylinder wall occupied by the exhaust openings c.
In the embodiments according to FIGS. 5-11, in which the channel or pocket t extends up to
Piston edge extends, the piston rings r are arranged in the piston in the usual way, in that the upper ring is arranged immediately below the lower edge of the pocket or channel 1. As a result of the special shape of the piston, however, the distance between the upper piston ring and the top of the piston is relatively large, and since this upper piston part (summit) expands quite strongly due to the influence of heat, it must have a relatively large clearance so that a complete seal in the relatively long period when the piston peak, counting from the upper piston ring, covers the flushing openings, is not reached.
To avoid this deficiency, according to the invention, a special piston ring k (FIG. 10) is provided in the upper part of the piston, which does not extend over the entire circumference of the piston, but only over the part thereof containing the recess or pocket 1 and the seal is effected in the phase in which only the uppermost piston part covers the scavenging air openings d.
In the embodiment according to FIG. 5, a rib t is arranged on the bottom of the cylinder which breaks the rotating movement of the scavenging air so that the air no longer rotates during its movement towards the piston and the risk of the two currents being mixed is reduced . The rib arrangement can consist of one or more ribs running along a diameter, a chord or the like and is not tied to the arrangement according to FIG. 5, but can be used in conjunction with any arrangement according to the invention.