Schlitzgesteuerte Zweitaktbrennkraftmaschine.. Die Erfindung bezieht sich auf eine schlitz gesteuerte Zweitaktbrennkraftmaschine mit Einspritzung des Brennstoffes in den Zylinder nach Abschluss der Auslassschlitze und mit Fremdzündung des Gemisches, bei der sich ein am Zylinderdeckel umgelenkter Spülluft strom nach Abschluss der Auslassschlitze zu einem Wirbelring schliesst. Es sind bereits vertikale schlitzgesteuerte Zweitaktbrennkraftmaschinen bekannt, bei denen der Brennstoff in einen vom Kolben ablenker aufgerichteten Spülluftstrom einge spritzt wird.
Die Aufrichtung des Spülstromes bleibt in diesem Falle jedoch wirkungslos, weil die Spülluft beim Anprall auf den Ab lenker ihre Strahlwirkung verliert, indem die Bewegungsenergie des Spülstromes durch Ver- wirbelung vernichtet wird. Nach Abschluss der Auslassschlitze eingespritzter Brennstoff findet infolgedessen keine genügend bewegte Ladung vor, so dass infolge mangelnder Ver- mischungundVerdampfungkeingleichmässiges Gemisch und damit auch keine sichere Zün dung erreicht werden kann.
Die Erfindung betrifft Maschinen, bei denen sich ein am Zylinderdeckel umgelenkter Spülluftstrom nach Abschluss der Auslass- schlitze zu einem Wirbelring schliesst, und sieht die Einspritzung des Brennstoffes in diesen Wirbelring vor. Dadurch ist eine voll kommene Ausnutzung der Bewegungsenergie der Spülluft für die Zwecke der Brennstoff vermischung und -verdampfung erreicht, da der eingespritzte Brennstoff rasch im Wirbel ring verweht, also über einen beträchtlichen Teil der Luftladung verteilt wird, indem er dann - mit zunehmender Verdichtungstem peratur - genügend weit verdampft.
Der Brennstoff kann trotz der verhältnismässig niedrigen Temperatur der Ladeluft im Augen blick der Einspritzung nicht mehr ausfallen und für die Gemischbildung verloren gehen. Die Luftbewegung nimmt.während der Ver dichtung zu, denn der Wirbelring steigert nach einem bekannten Gesetz der Mechanik in dem Masse seine Geschwindigkeit, als der Wirbelhalbmtsser geringer wird. Der zer stäubte Brennstoff wird demnach während der- Verdichtung der Luftladung immer stärker im Zylinder herumgewirbelt und die Ladung auf diese Weise zu einem sehr vollkommenen Ge misch aufbereitet, so dass eine sichere Zün dung und eine vollkommene'Verbrennung ge währleistet ist.
Eine besonders vorteilhafte Ausbildung des Wirbelringes lässt sich durch zwei Spülströme erzielen, die, gegen die den Auslassschlitzen gegenüberliegende Zylinder wand gerichtet, sich dort vereinigen und als Sammelstrom an dieser entlang gegen den Zylinderdeckel strömen. In diesem Falle weist der Wirbelring in jedem Drehzahlbereich der Maschine eine für die Zwecke der Brennstoff aufbereitung genügend grosse Bewegungsener gie auf. Als Ausführungsbeispiele der Erfin dung sind auf der Zeichnung zwei vertikale Maschinen veranschaulicht.
Es zeigt: Fig. 1 einen waagrechten Querschnitt durch den Zylinder in Höhe der Schlitze, und Fig. 2 bis 4 Längsschnitte der einen Ma schine bei verschiedenen Kolbenstellungen, Fig. 5 bis 6 zwei Längsschnitte durch den Zylinder der andern Maschine.
Ein Kolben 1 mit flachem Boden steuert gemäss Fig. 1 bis 4 sowohl die Einlassschlitze 2,2', als auch die nebeneinander angeordneten Auslassschlitze 3,3' des Zylinders. Die Ein lassschlitze 2,2' sind etwa in gleicher Höhe zu beiden Seiten der Auslassschlitze 3.3' an geordnet und schräg gegen die den Auslass- schlitzen 3,3' gegenüberliegende Zylinderwand 5 gerichtet. Die Spülluftströme 4,4' vereinigen sich an dieser Wand 5 zu einem Sammelstrortr 6, der der Wand 5 entlang nach dem Zylinder deckel 7 aufsteigt.
Die Einspritzdüse 8 für den Brennstoff ist in den Zylinderdeckel 7 eingesetzt und in der Achse des aufsteigenden Spülstromes 6 derart angeordnet, dass ihr Spritzkegel 9 dem Spülluftstrom 6 entgegen gerichtet ist. Die Zündkerze 10 ist auf der Seite des absteigenden Spülluftstromes 11 im Zylinderdeckel 7 eingesetzt. In der untern Totpunktstellung des Kolbens 1 (Fig. 2) sind die Ein- und Auslassschlitze 2,2' und 3,3' voll geöffnet; der aufsteigende Spülluftstrom 6 treibt die Abgase längs der- Wandungen 5, 7, 12 zu den Auspuffschlitzen 3,3'.
Beim Aufwärtshub des Kolbens 1 (Fig. 3) werden zuerst die Einlasssclrlitze 2,2' und hierauf die Auslassschlitze 3,3' abgeschlossen. Der auf steigende Ast 6 des Spülstromes vereinigt sich nun mit dem absteigenden Ast 11 des Spülstromes zu einem Wirbelring 13, der nach Massgabe der Geschwindigkeitsenergie der Spülluft im Zylinder rotiert. Nach Abschluss der Auslassschlitze 3,3' wird der Brennstoff in diesen Wirbelring, und zwar entgegen gesetzt zur Bewegungsrichtung, eingespritzt.
Der Brennstoff wird hierdurch rasch über die ganze rotierende Ladung verteilt und ver dampft, so dass ein gleichmäf.,iges Gemisch entsteht. Beim weiteren Aufwärtshub des Kol bens 1 (Fig.4) wird das Gemisch zu einer flachen Walze 14 zusammengedrückt, wobei die Wirbelgeschwindigkeit nach Massgabe der Verkleinerung des Wirbelhalbmessers ansteigt. Knapp vor dem obern Totpunkt wird das Ge misch durch einen Zündfunken 15 von der warmen Zylinderwandung 12 her entzündet. Im turbulenten Gemisch pflanzt sich die Zün dung so rasch fort, dass eine vollkommene Verbrennung erzielt werden kann.
Es ist also unter Ausnutzung der Bewegungsenergie des L'mkehrspülstromes eine sichere Verteilung des eingespritzten Brennstoffes auf die Ladung, eine vollkommene Verdampfung und eine rasche Zündung in ebenso einfacher wie wirt schaftlicher Weise erreicht.
Gemäss Fig. 5 und 6 ist die Einspritzdüse 8 in die Zylinderwand 5 eingesetzt und quer zur Achse des aufsteigenden Spülstromes 6 derart angeordnet, dass die Düsenmündung vom aufwärtsgehenden Kolben 1 überschliffen wird (Fig. 5). Die Zündkerze 10 ist statt im Zylinderkopf 7 in die Zylinderwand 12 ein gesetzt und etwa in der Längsrichtung der Walze 14 angeordnet (Fig. 6). An der Wir kungsweise der 3iaschine wird hierdurch nichts geändert.
Vorteilhaft ist es, wenn die Einspritzung des Brennstoffes im Abschlusszeitpunkt der Auslassschlitze 3,3' beginnt, damit nahezu der ganze Verdichtungshub der Machine zur Verdampfung und Vermischung des Brenn stoffes zur Verfügung steht. Zur Einspritzung kann eine sehr einfache Niederdruckpumpe verwendet werden. Bei schnellaufenden Ma schinen, z. B. Fahrzeugmotoren, verwendet man vorteilhaft einen Brennstoff mit kurzer Siedekurve, um kurze Aufbereitungszeiten zu erhalten. Vor allem Benzin vermag einen sehr wirtschaftlichen Betrieb der Maschine sicher zustellen.
Die Erfindung ist bei allen schlitzgesteuer ten Zweitaktmaschinen verwendbar, die eine gerichtete Spülung mit einem am Zylinder deckel umgelenkten Spülstrom haben, der sich nach Abschluss der Auslassschlitze zu einem Wirbelring schliesst. Maschinen mit nach Ab schluss der Auslassschlitze anhaltender Luft bewegung arbeiten bei nachträglicher Ein spritzung des Brennstoffes viel wirtschaftlicher als gemischverdichtende Vergasermaschinen.
Slot-controlled two-stroke internal combustion engine .. The invention relates to a slot-controlled two-stroke internal combustion engine with injection of fuel into the cylinder after the outlet slots have been closed and with external ignition of the mixture, in which a scavenging air flow deflected on the cylinder cover closes to form a vortex ring after the exhaust slots have been closed. There are already vertical slot-controlled two-stroke internal combustion engines are known in which the fuel is injected into a deflector from the piston upright purge air flow.
The erection of the flushing flow remains ineffective in this case, however, because the flushing air loses its jet effect when it hits the deflector as the kinetic energy of the flushing flow is destroyed by turbulence. As a result, the fuel injected after the outlet slots are closed does not have a sufficiently moving charge, so that, due to insufficient mixing and evaporation, a uniform mixture and thus no reliable ignition can be achieved.
The invention relates to machines in which a purge air flow deflected at the cylinder cover closes to form a vortex ring after the outlet slots have been closed, and provides for the fuel to be injected into this vortex ring. As a result, full utilization of the kinetic energy of the scavenging air for the purposes of fuel mixing and evaporation is achieved, since the injected fuel is quickly blown away in the vortex ring, i.e. is distributed over a considerable part of the air charge by then - with increasing compression temperature - evaporated sufficiently.
Despite the relatively low temperature of the charge air, the fuel can no longer fail at the moment of the injection and can be lost for the mixture formation. The air movement increases during compression, because the vortex ring increases its speed according to a well-known law of mechanics as the vortex half-volume decreases. The atomized fuel is therefore whirled around more and more strongly in the cylinder during the compression of the air charge and the charge is prepared in this way to a very perfect mixture, so that reliable ignition and perfect combustion is guaranteed.
A particularly advantageous design of the vortex ring can be achieved by two flushing flows which, directed against the cylinder wall opposite the outlet slots, combine there and flow as a collective flow along this against the cylinder cover. In this case, the vortex ring has a sufficiently large energy for the purpose of fuel preparation in each speed range of the machine. As embodiments of the inven tion, two vertical machines are illustrated in the drawing.
It shows: Fig. 1 a horizontal cross section through the cylinder at the level of the slots, and Fig. 2 to 4 longitudinal sections of a machine with different piston positions, Fig. 5 to 6 two longitudinal sections through the cylinder of the other machine.
According to FIGS. 1 to 4, a piston 1 with a flat bottom controls both the inlet slots 2, 2 'and the outlet slots 3, 3' of the cylinder, which are arranged next to one another. The inlet slots 2, 2 'are arranged approximately at the same height on both sides of the outlet slots 3.3' and are directed obliquely against the cylinder wall 5 opposite the outlet slots 3, 3 '. The purge air streams 4, 4 'combine on this wall 5 to form a collecting strut 6 which rises along the wall 5 after the cylinder cover 7.
The injection nozzle 8 for the fuel is inserted into the cylinder cover 7 and arranged in the axis of the ascending flushing flow 6 in such a way that its spray cone 9 is directed opposite the flushing air flow 6. The spark plug 10 is inserted in the cylinder cover 7 on the side of the descending scavenging air flow 11. In the bottom dead center position of the piston 1 (FIG. 2), the inlet and outlet slots 2, 2 'and 3, 3' are fully open; the ascending flow of scavenging air 6 drives the exhaust gases along the walls 5, 7, 12 to the exhaust ports 3, 3 '.
During the upward stroke of the piston 1 (FIG. 3), first the inlet slot 2, 2 'and then the outlet slot 3, 3' are closed. The rising branch 6 of the flushing flow now combines with the descending branch 11 of the flushing flow to form a vortex ring 13 which rotates in the cylinder according to the speed energy of the flushing air. After the outlet slots 3, 3 'are closed, the fuel is injected into this vortex ring, specifically in the opposite direction to the direction of movement.
The fuel is quickly distributed over the entire rotating load and evaporated, so that a uniform mixture is created. During the further upward stroke of the piston 1 (FIG. 4), the mixture is compressed to form a flat roller 14, the vortex speed increasing in accordance with the reduction in the vortex radius. Just before top dead center, the mixture is ignited by an ignition spark 15 from the warm cylinder wall 12. In the turbulent mixture, the ignition propagates so quickly that complete combustion can be achieved.
It is thus achieved by utilizing the kinetic energy of the reverse flush flow, a reliable distribution of the injected fuel on the charge, complete evaporation and rapid ignition in a simple and economical way.
According to FIGS. 5 and 6, the injection nozzle 8 is inserted into the cylinder wall 5 and arranged transversely to the axis of the ascending flushing flow 6 in such a way that the nozzle orifice is ground over by the ascending piston 1 (FIG. 5). The spark plug 10 is set instead of in the cylinder head 7 in the cylinder wall 12 and arranged approximately in the longitudinal direction of the roller 14 (Fig. 6). This does not change anything in the way the machine works.
It is advantageous if the injection of the fuel begins at the end of the outlet slots 3, 3 'so that almost the entire compression stroke of the machine is available for the evaporation and mixing of the fuel. A very simple low-pressure pump can be used for injection. In high-speed machines such. B. vehicle engines, it is advantageous to use a fuel with a short boiling curve in order to obtain short processing times. Petrol in particular can ensure that the machine runs very economically.
The invention can be used in all slot-controlled two-stroke machines that have a directional flushing with a flushing flow deflected on the cylinder cover, which closes into a vortex ring after the outlet slots are closed. Machines with sustained air movement after the outlet slits are closed work much more economically when the fuel is injected afterwards than mixture-compressing carburetor machines.