DE546305C - Two-stroke internal combustion engine with composite effect - Google Patents

Description

Zweitakt-Verbrennungskraftmaschine mit Verbundwirkung Durch die vorliegende Erfindung wird ein Weg gezeigt, bei Zweitakt-Verbrennungskraftmaschinen das Arbeitsvermögen der Verbrennungsgase, welche im Arbeitszylinder Arbeit verrichtet haben und gegen Ende des Arbeitshubes meist nutzlos ins Freie strömen, in Kraftmaschinen oder zu anderen Zwecken weiter auszunützen.Two-stroke internal combustion engine with composite action By the present Invention shows a way in two-stroke internal combustion engines the work capacity the combustion gases that have performed work in the working cylinder and against At the end of the working stroke, mostly useless flow into the open air, in power machines or too to continue to use them for other purposes.

Dieser zusätzliche Gewinn an Arbeitsvermögen wird am größten sein, wenn Abgasmenge und Wärme- (Druck-) Gefälle möglichst groß sind. Die günstigsten - Verhältnisse wird daher eine Maschine mit großem Nutzhub und Überladung ergeben. Möglichst hohe Endtemperatur (Druck) beim Eintritt in die durch die Abgase anzutreibende Kraftmaschine und niedrigste Temperatur beim Austritt aus derselben sind für den günstigsten Wirkungsgrad der Anlage bestimmend.This additional gain in labor capacity will be greatest if the amount of exhaust gas and the heat (pressure) gradient are as large as possible. The cheapest - Conditions will therefore result in a machine with a large useful stroke and overload. The highest possible final temperature (pressure) when entering the area to be driven by the exhaust gases The engine and the lowest temperature at the outlet are for the determining the most favorable efficiency of the system.

Die untere Temperaturgrenze ergibt sich aus der Tatsache, daß bei einer gewissen Mindesttemperatur Teile der Abgase kondensieren und durch Verschmutzungen und Anfressungen das sichere Arbeiten der anzutreibenden Kraftmaschine gefährden. Für die obere Temperaturgrenze ist in der Hauptsache der mittlere Druck und der Zeitpunkt maßgebend, an dem die Expansion im Arbeitszylinder abgebrochen wird und das Überströmen in die Auspuffleitung beginnt.The lower temperature limit results from the fact that at A certain minimum temperature parts of the exhaust gases condense and due to pollution and corrugations endanger the safe operation of the engine to be driven. The main values for the upper temperature limit are the mean pressure and the The point in time at which the expansion in the working cylinder is terminated and the overflow into the exhaust pipe begins.

Im allgemeinen werden bei Zweitakt maschinen Abgase und Spülluft gemischt in eine gemeinsame Leitung abgeführt. Dieses Gemisch ist aber wesentlich kälter als die Abgase von Viertaktmaschinen, so daß bei Zweitaktkraftmaschinen das wirklich nutzbare Arbeitsvermögen der Abgase trotz ihres größeren Wärmeinhaltes gering ist.In general, two-stroke machines mix exhaust gases and scavenging air discharged into a common line. However, this mixture is much colder than the exhaust fumes from four-stroke engines, so that really is the case with two-stroke engines usable working capacity of the exhaust gases is low despite their greater heat content.

Um diese Nachteile zu beseitigen, wird eine Vorrichtung vorgeschlagen, die durch die Abb. i bis 8 beispielsweise erläutert wird.In order to eliminate these disadvantages, a device is proposed which is illustrated by Figs. i to 8, for example.

In Abb. i sind a der Arbeitszylinder, b der Arbeitskolben, c die Spülluftschlitze, d die V orauspuffschlitze, welche durch ein Ventil e abgeschlossen -,verden können, f die Vorauspuff leitung,. g die Hauptauspuffschlitze, h die Hauptauspuffleitung. Der Kolben öffnet beim Herabgehen (Expansionshub) zunächst die Vorauspuffschlitze d. Die heißen Abgase strömen bei offenem Ventil e durch die Vorauspuffschlitze d in die Vorauspuffleitung f und können von dort aus Kraftmaschinen zugeführt oder für andere Zwecke verwendet werden. Wenn dann beim Weitergehen des Kolbens b Druckausgleich stattgefunden hat, schließt das Ventil e. Es öffnen die Spülschlitze c und kurz darauf die Hauptauspuffschlitze g. Die normale Spülung findet statt.In Fig. I, a is the working cylinder, b the working piston, c the scavenging air slots, d the pre-exhaust ports, which can be closed by a valve e, f the pre-exhaust line. g the main exhaust slots, h the main exhaust pipe. When descending (expansion stroke), the piston first opens the pre-exhaust slots d. When the valve e is open, the hot exhaust gases flow through the pre-exhaust slots d into the pre-exhaust line f and can be fed from there to engines or used for other purposes. If pressure equalization has then taken place as the piston b moves on, valve e closes. The flushing slots c open and shortly afterwards the main exhaust slots g. Normal flushing takes place.

Beim Hochgehen des Kolbens b schließen zunächst die Hauptauspufschlitze g, womit die Spülung beendet ist. Durch die noch offenen Spülschlitze c strömt Luft nach. Der Zylinder wird aufgeladen. Da das Ventil e geschlossen ist, beginnt die Kompression ungefähr mit dem Schließen der Hauptauspuffschlitze g, und zwar mit dem Spüldruck als Anfangsdruck.When piston b goes up, the main exhaust ports initially close g, which ends the rinsing. Air flows through the still open flushing slots c after. The cylinder is charging. Since the valve e is closed, the begins Compression approximately with the closing of the main exhaust ports g, namely with the flushing pressure as the initial pressure.

In dem Steuerungsschema (Abb. 8) öffnen bei -r die Vorauspuffschlitze d, bei s die Spülschlitze c. Das Ventil e hat in diesem Punkte oder etwas später geschlossen. Bei t öffnen die Hauptauspuffschlitze g, bei u schließen sie wieder, bei v schließen die Spülschlitze c.In the control scheme (Fig. 8), the pre-puff slots d open at -r, the scavenging slots c at s. The valve e has closed at this point or a little later. At t the main exhaust ports g open, at u they close again, at v the scavenging ports c close.

Es findet also statu Zwischen r und s Vorauspuff, zwischen s und u Spülung, zwischen u und v Überladung.So it finds status between r and s prefetch, between s and u Flushing, between u and v overload.

Der tote Hub ist hier wesentlich kürzer -als bei anderen bekannten Maschinen, und zwar um das für den Vorauspuff nötige Stück der Voraüspuffschlitze. Außerdem beginnt die Kompression an. diesem frühen Zeitpunkte mit dem Spüldruck als Kompressionsanfangsdruck, was gegenüber normalen Zweitaktmaschinen, bei denen die Kompression viel später, und zwar mit Atmosphärendruck, beginnt, eine bedeutende Steigerung der Luftladung, also der Leistung bedeutet.The dead stroke is much shorter here than with other known ones Machines, namely around the part of the pre-exhaust slots necessary for the pre-exhaust. In addition, the compression begins. this early point in time with the flushing pressure as the initial compression pressure, which is compared to normal two-stroke machines where compression begins much later, at atmospheric pressure, a significant one Increasing the air charge, i.e. the power.

Die in der Vorauspuffleitung befindlichen heißen Abgase können nun für Kraftmaschinen und für andere Zwecke Verwendung finden. Da nun aber die Abgase von Zweitaktmaschinen, solange sie noch unvermischt mit Spülluft sind, eine wesentlich höhere Temperatur haben als die von Viertaktmaschinen, so daß es bei sehr hoher Belastung unmöglich ist, sie der Wärmebeanspruchung wegen in Kraftmaschinen zu verwenden, so kann das Ventil e noch nach dem Öffnen der Spülschlitze c offen gehalten und den in die Vorauspuffleitung f strömenden Abgasen so viel kalte Spülluft beigemischt werden, daß die mittlere Temperatur des nun in der Vorauspuffleitung f befindlichen Gasgemisches so weit herabgesetzt wird, daß es sich für den Betrieb von Kraftmaschinen und für andere Zwecke, z. B. Trocknen oder Vorwärmen, eignet.The hot exhaust gases in the pre-exhaust line can now for power machines and for other purposes. But now there are the exhaust gases of two-stroke machines, as long as they are still unmixed with scavenging air, an essential one higher temperature than that of four-stroke engines, so that it is at very high Load is impossible to use in prime movers because of the thermal stress, so the valve e can still be kept open after the flushing slots c have been opened and so much cold scavenging air is added to the exhaust gases flowing into the pre-exhaust line f be that the mean temperature of the now located in the pre-exhaust line f Gas mixture is reduced so far that it is suitable for the operation of prime movers and for other purposes, e.g. B. drying or preheating, is suitable.

Die Steuerung des Ventils e (Abb. i) kann so eingerichtet werden, daß e bei hoher Belastung später öffnet als bei niedrigerer Das kann durch Verwendung von Schrägnocken oder mittels einer aus dem Kraftmaschinenbau bekannten Steuerung geschehen. Die Einstellung der Steuerung bei verschiedenen Belastungen kann von Hand oder durch einen Regler erfolgen.The control of valve e (Fig. I) can be set up so that that e opens later at high loads than at lower loads that can be achieved by using by inclined cams or by means of a control known from engine construction happen. The setting of the control at different loads can be from Be done manually or by a regulator.

In Abb. 6 und 7 ist die Anordnung mit Schrägnocken beispielsweise dargestellt. i ist die Rolle des Hebels, welcher das Ventil e antreibt (Abb. i), 2 der Schrägnocken, der fest mit der Welle 4. verbunden ist. Beim Verschieben der Welle q. mittels des Hebels 3 von Hand oder durch einen Regler läuft die Rolle i auf Nockenkurven, die .sich stetig ändern. Hier ist beispielsweise angenommen, daß die Anlaufkurven für alle Stellungen des Nockens gleich, die Ablaufkurven aber verschieden sind. In der gezeichneten Stellung ist die Rolle i mit der Nockenkurve 7 in Berührung. Hier wird das Ventil am frühesten geschlossen (kleine Last). Nockenkurven 6 und 5 entsprechen höheren Belastungen. Hier bleibt das Ventil länger geöffnet.In Figs. 6 and 7 the arrangement with inclined cams is for example shown. i is the role of the lever that drives valve e (Fig. i), 2 the inclined cam, which is firmly connected to the shaft 4.. When moving the Wave q. by means of the lever 3 by hand or by means of a controller, the roller runs i on cam curves that are constantly changing. Here it is assumed, for example, that the start-up curves are the same for all positions of the cam, but the sequence curves are different are. In the position shown, the roller i is in contact with the cam 7. Here the valve is closed the earliest (small load). Cam curves 6 and 5 correspond to higher loads. Here the valve stays open longer.

In Abb.5 wird die Steuerung an Hand eines Diagrammes. erläutert. Der Arbeitszylinder mit den Schlitzen ist schematisch dargestellt. 8 sind die-,Spülluftschlitze, g die Vorauspuffschlitze, 13 die Hauptauspuffschlitze. Dazu ist eine Ventilerhebungskurve gezeichnet. Die Kurve zeigt, daß das Ventil e beim Öffnen der Vorauspuffschlitze schon offen ist und daß es dann je-nach der Belastung später schließt (Kurven io, i i und i2). Bei geringer Belastung hat das Ventil e schon geschlossen, wenn die Spülluftschlitze öffnen (Kurve io). Es wird dann den Vorauspuffgasen keine kalte Spülluft zwecks Spülung zugesetzt. Bei höheren Belastungen schließt das Ventil e, wenn die Spülluftschlitze schon offen sind. Es wird dann der Belastung entsprechend den Vorauspüffgasen mehr kalte Spülluft zugeführt (Kurven ii und i2).In Fig.5 the control is based on a diagram. explained. The working cylinder with the slots is shown schematically. 8 are the, purge air slots, g are the pre-exhaust ports, 13 are the main exhaust ports. A valve lift curve is drawn for this purpose. The curve shows that valve e is already open when the pre-exhaust slits are opened and that it then closes later depending on the load (curves io, ii and i2). With a low load, valve e has already closed when the purge air slots open (curve io). No cold purging air is then added to the pre-purge gases for the purpose of purging. At higher loads, valve e closes when the purge air slots are already open. More cold scavenging air is then supplied to the load corresponding to the pre-purge gases (curves ii and i2).

Das Ventil e hat also zweierlei Funktionen: i. Durch früheres oder späteres Schließen ist eine Regelung der Temperatur der Vorauspuffgase möglich, 2. durch Abschließen der Vorauspuffschlitze beim Kompressionsherb ermöglicht es einen frühen Beginn. der Kompression mit einem Kompressionsdruck, der ungefähr gleich dem Spüldruck ist.The valve e thus has two functions: i. By earlier or later closing it is possible to regulate the temperature of the pre-exhaust gases, 2. by closing the pre-exhaust vents on the compression herb makes it possible an early start. of compression with a compression pressure that is approximately the same the flushing pressure.

Statt des Ventils e kann auch irgendein anderes Abschlußorgan, z: B. ein drehbarer Schieber, verwendet werden. In Abb. 2 ist ia ein drehbarer Schieber. Er ist in einer Stellung gezeichnet, in welcher der Kolben k die Spülschlitze l geöffnet hat und dann die Vorauspuffschlitze, gerade abgeschlossen werden sollen. In dem Ausführungsbeispiel ist eine Querspülung angenommen. Die Erfindung kann aber auch für jede andere Spülart Anwendung finden.Instead of valve e, any other closing device, e.g. B. a rotatable slide can be used. In Fig. 2 there is generally a rotatable slide. It is drawn in a position in which the piston k the flushing slots l opened and then the prefetch slots are about to be locked. A transverse flushing is assumed in the exemplary embodiment. But the invention can can also be used for any other type of washing.

lst bei Mehrzylindermaschinen das Ventil e eines Zylinders geöffnet, damit zur Kühlung der Vorauspuffgase noch Spülluft in den Vorauspuffkanal geleitet werden kann, so ist es unter Umständen möglich, daß durch den Auspuffstoß eines benachbarten Zylinders der Druck vor den Auspuffschlitzen höher wird als der Druck der zuzusetzenden Spülluft. In diesem Falle würde die Spülluft erst später zugesetzt werden können. Das soll aber vermieden werden, weil dadurch unter Umständen der Spülvorgang gestört wird. Diesen Nachteil kann man vermeiden, wenn man entweder jedem Zylinder eine besondere Vorauspuffleitung gibt oder Zylinder, deren Vorauspuffdauer ziemlich weit auseinanderliegt, durch eine gemeinsame Rohrleitung miteinander verbindet. Die verschiedenen Rohrleitungen können dann voneinander getrennten Beaufschlagungsstelten einer Abgasturbine oder voneinander getrennten Arbeitszylindern einer Kolbenmaschine zugeführt werden. Man erzielt durch die Anordnung den weiteren Vorteil, die Wärmebeanspruchungen der Schaufeln zu verringern und sie gleichmäßiger zu gestalten. Dieser Vorteil tritt dann besonders in Erscheinung, wenn man der Turbine mehrere Laufräder gibt, die getrennte Beaufschlagungen haben. Diesen wird dann durch getrennte Vorauspuffleitungen Vorauspuffgas zugeführt. Dann ist die Wärmemenge, die auf einzelne Schaufelgruppen kommt, erheblich geringer, und es ist viel leichter möglich, die Wärmebeanspruchung auf ein erträgliches Maß zu vermindern.If the valve e of a cylinder is opened in multi-cylinder machines, In this way, purge air is passed into the pre-exhaust duct to cool the pre-exhaust gases can be, it is possible that a adjacent cylinder, the pressure in front of the exhaust ports is higher than the pressure the purge air to be added. In this case, the purge air would not be added until later can be. However, this should be avoided because it may result in the Rinsing process is disturbed. You can avoid this disadvantage if you either gives each cylinder a special pre-exhaust line or cylinders, their pre-exhaust duration quite far apart, connected by a common pipeline. The various pipelines can then be separated from one another Charging agencies an exhaust gas turbine or separate working cylinders of a piston engine are fed. The arrangement achieves the further advantage, the thermal stresses to reduce the number of blades and make them more uniform. This advantage occurs especially when you give the turbine several impellers that have separate charges. This is then carried out by separate pre-puff lines Advance gas supplied. Then the amount of heat applied to individual blade groups comes, considerably less, and it is much easier to reduce the thermal stress to reduce to a tolerable level.

Das durch die Hauptauspuffschlitze g strömende Gemisch von Auspuffgasen und kalter Spülluft wird durch die Hauptauspuffleitung ins Freie geleitet, weil Druck und Temperatur des Gemisches viel zu gering sind, als daß sich ihre weitere Ausnutzung noch lohnte.The mixture of exhaust gases flowing through the main exhaust ports g and cold purging air is directed outside through the main exhaust line because The pressure and temperature of the mixture are far too low for their further Exploitation was still worthwhile.

Claims (3)

PATENTANSPRÜCHE: i. Zweitakt-Verbrennungskraftmaschine mit Verbundwirkung, bei welcher am Arbeitszylinder erster Stufe der Einlaß der Spül- und Ladeluft und der Auslaß der Abgase durch kolbengesteuerte Schlitze in der Zylinderwand erfolgt und außerdem besondere Vorauspuffschlitze vorhanden sind, welche durch ein Ventil gesteuert werden und mittels deren die Abgase, die im Arbeitszylinder erster Stufe Arbeit geleistet haben, durch eine angeschlossene Vorauspuffleitung zur zweiten Maschine weitergeleitet werden, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventil für die Vorauspuffschlitze so gesteuert wird, daß die heißen Abgase bei geringen Belastungen der Maschine erster Stufe unvermischt mit kalter Spülluft, bei größeren Belastungen dagegen vermischt mit einem Teil der kalten Spülluft durch die Vorauspuffleitung zur Maschine zweiter Stufe austreten. PATENT CLAIMS: i. Two-stroke internal combustion engine with composite effect, in which the first stage of the working cylinder, the inlet of the scavenging and charge air and the exhaust gases are discharged through piston-controlled slots in the cylinder wall and there are also special pre-puff slots which pass through a valve are controlled and by means of which the exhaust gases in the first stage working cylinder Work through a connected pre-exhaust line to the second Machine are forwarded, characterized in that the valve for the pre-exhaust slots is controlled so that the hot exhaust gases at low loads on the engine first Stage unmixed with cold purge air, but mixed with larger loads with part of the cold purge air through the pre-exhaust line to the machine second Step out. 2. Zweitakt-Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventil, welches die Vorauspuffschlitze steuert, während des Verdichtungshubes geschlossen ist, und daß die Spülschlitze länger sind als die Hauptauspuffschlitze, so daß ein früher Beginn der Verdichtung eintritt und durch die nach Schluß der Hauptauspuffschlitze noch offenen Spülluftschlitze Spülluft in den Zylinder strömt und diesen auflädt, 2. Two-stroke internal combustion engine according to claim i, characterized characterized in that the valve which controls the preflop slots during of the compression stroke is closed, and that the flushing slots are longer than the main exhaust ports so that an early start of compression occurs and through the scavenging air slots still open after the main exhaust slots have closed flows into the cylinder and charges it, 3. Zweitakt-Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch i und 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei Mehrzylindermaschinen entweder jeder Zylinder eine eigene Vorauspuff leitung besitzt oder Zylinder, deren Vorauspuffzeiten möglichst weit auseinanderliegen, eine gemeinsame Vorauspuffleitung aufweisen, und daß die verschiedenen Vorauspuff- und Hauptauspuffleitungen zu getrennten Beaufschlagungsstellen einer Abgasturbine oder zu getrennten Arbeitszylindern von Kraftmaschinen, die die zweite Stufe bilden, geführt werden.3. Two-stroke internal combustion engine according to claim i and 2, characterized in that in multi-cylinder machines either each cylinder has its own pre-exhaust line or cylinders with their pre-exhaust times are as far apart as possible, have a common pre-exhaust line, and that the various pre-exhaust and main exhaust lines to separate admission points an exhaust gas turbine or to separate working cylinders of engines that use the form the second stage, be guided.