DD260410A3

DD260410A3 - ARRANGEMENT AND DESIGN OF EXHAUST CHANNELS FOR TWO-STROKE INTERNAL COMBUSTION ENGINES

Info

Publication number: DD260410A3
Application number: DD28964286A
Authority: DD
Inventors: Udo Katzula; Wolfram Gerbig
Original assignee: Thaelmann Fahrzeug Jagdwaffen
Priority date: 1986-04-28
Filing date: 1986-04-28
Publication date: 1988-09-28
Also published as: CS255987A1; FR2597924B1; DE3702193A1; SU1717856A1; GB8704863D0; FR2597924A1; GB2189839B; GB2189839A

Abstract

Die Erfindung betrifft die Anordnung und Gestaltung von Auspuffkanaelen fuer Zweitakt-Brennkraftmaschinen. Ziel und Aufgabe der Erfindung ist es, ohne Verwendung zusaetzlicher Bauteile das Auspuffgeraeusch in Verbindung mit einem fuer den Ladungswechsel guenstigeren Druck-Zeit-Verlauf im Auspuffkanal und einer zum Zwecke der Kraftstoff-Luft-Gemisch-Abmagerung vorteilhaften um die Zylinderlaengsachse rotierenden Ladungsbewegung zu Beginn der Kompressionsphase zu erreichen. Erfindungsgemaess wird die Aufgabe dadurch geloest, dass die aeussere Seitenwand zusammen mit der konvex gekruemmten oberen Kanalwand, der unteren Kanalwand und dem Kolben einen Entspannungsabschnitt im Auspuffkanal in Auspuffschlitznaehe bildet, dessen Eintrittsquerschnitt vom Kolben hubabhaengig stetig veraendert wird. Die Anwendung kann insbesondere bei Kraftradmotoren erfolgen, bei denen im gesamten Drehzahl- und Lastbereich eine Verkleinerung des Auspuffgeraeusches, eine Verbesserung des Ladungswechsels und eine Ladungsbewegung im Zylinder um dessen Laengsachse zu Beginn der Kompressionsphase erreicht werden soll.The invention relates to the arrangement and design of exhaust manifolds for two-stroke internal combustion engines. The object and the object of the invention is, without the use of additional components, the exhaust noise in conjunction with a more favorable for the charge pressure-time curve in the exhaust channel and an advantageous for the purpose of fuel-air mixture-leaning about the Zylinderlaengsachse rotating charge motion at the beginning of To achieve compression phase. According to the invention, the object is achieved in that the outer side wall, together with the convexly curved upper channel wall, the lower channel wall and the piston, forms a relaxation section in the exhaust passage in the exhaust slot, the inlet cross-section of which is continuously changed by the piston so as to be dependent on the stroke. The application can be carried out in particular in motorcycle engines in which a reduction of the exhaust noise, an improvement of the charge cycle and a charge movement in the cylinder around its longitudinal axis at the beginning of the compression phase should be achieved throughout the speed and load range.

Description

Hierzu 2 Seiten ZeichnungenFor this 2 pages drawings

Field of application of the invention

Die Erfindung bezieht sich auf die Anordnung und Gestaltung von Auspuffkanälen für Zweitakt-Brennkraftmaschinen mit Kurbelkammerspülung mit mindestens einem Zylinder, an dem mindestens ein Auspuffschlitz und ein daran sich anschließender Auspuffkanal angeordnet sind. Die Anwendung kann insbesondere bei Kraftradmotoren erfolgen, bei denen im gesamten Drehzahl- und Lastbereich eine Verkleinerung des Auspuffgeräusches, eine Verbesserung des Ladungswechsels und eine Ladungsbewegung im Zylinder um dessen Längsachse zu Beginn der Kompressionsphase erreicht werden soll.The invention relates to the arrangement and design of exhaust ducts for two-stroke internal combustion engines with crankcase scavenging with at least one cylinder on which at least one exhaust slot and an adjoining exhaust duct are arranged. The application can be carried out in particular in motorcycle engines in which a reduction of the exhaust noise, an improvement of the charge exchange and a charge movement in the cylinder should be achieved around its longitudinal axis at the beginning of the compression phase throughout the speed and load range.

Characteristic of the known state of the art

Bekannt sind technische Lösungen nach der DR-PS 316922 sowie DE-PS 2551823, bei denen zur Steuerung des Vorauslasses und zur Senkung des Auspuffgeräusches durch eine entsprechende Formgebung der Auslaßschlitze ein allmählicher Druckabbau im Verbrennungsraum erzielt werden soll. Dazu sind die Auslaßschlitze über ihre obere Begrenzung hinaus in Richtung der Zylinderhochachse nut-oder keilförmig erweitert, so daß bei der Abwärtsbewegung des Kolbens dieser den Auslaßquerschnitt allmählich freigibt, wodurch ein zeitlich gedehnter Druckabbau im Zylinder erreicht und hohe Druckamplituden im Auspuff vermieden werden sollen.Technical solutions are known according to the DR-PS 316922 and DE-PS 2551823, in which a gradual pressure reduction in the combustion chamber to be achieved to control the Vorlaß and to reduce the exhaust noise by a corresponding shaping of the exhaust ports. For this purpose, the outlet slits beyond their upper limit in the direction of the cylinder vertical axis wedge-shaped or widened, so that during the downward movement of the piston this gradually releases the outlet, whereby a time-expanded pressure reduction in the cylinder and high pressure amplitudes in the exhaust should be avoided.

Weiterhin bekannt ist ein Verfahren zur Geräuschminderung nach der DE-OS 3100851, bei dem der Auslaßschlitz ebenfalls in Richtung der Zylinderhochachse nut-oder v-förmig nach oben erweitert wird, so daß durch eine allmähliche Schlitzfreigabe beim Abwärtshub die geräuscherregenden großen Druckamplituden vermindert werden. Diese technischen Lösungen haben den Nachteil, daß der allmähliche Druckausgleich zwischen Verbrennungsraum und der nachgeschalteten Auspuffleitung lediglich durch die Form der Querschnittsfläche des Auslaßschlitzes im Zylinder gesteuert und der Druckverlauf nur in Abhängigkeit von der freigegebenen Öffnungsfläche des Auslasses betrachtet wird.Also known is a method for noise reduction according to DE-OS 3100851, in which the outlet slot is also in the direction of the cylinder vertical axis groove or V-shaped extended upward, so that the noise-causing large pressure amplitudes are reduced by a gradual slot release during the downstroke. These technical solutions have the disadvantage that the gradual pressure equalization between combustion chamber and the downstream exhaust pipe is controlled only by the shape of the cross-sectional area of the exhaust port in the cylinder and the pressure profile is considered only in response to the released opening area of the outlet.

Weitere Einflußfaktoren, die den Druck-Zeit-Verlauf wesentlich beeinflussen, wie die räumliche Form des Auspuffkanals und die Querschnittsflächenänderung des Auspuffkanal in Ausbreitungsrichtung der ausströmenden Gase wurden bei diesen technischen Lösungen nicht berücksichtigt. Deshalb ist der Effekt der Auspuffgeräuschminderung bisher nur bei niedrigen Drehzahlen nachweisbar. Außerdem sind den erheblichen Erweiterungen des Auslaßschlitzes nach oben motorisch Grenzen gesetzt, während eine Verringerung der ursprünglichen Schlitzhöhe, wie sie in den beschriebenen technischen Lösungen in. Betracht gszogen wurden im allgemeinen mit einem schlechteren Füllungsgrad des Zylinders einhergeht. Nach DE-OS 3233108 sowie DE-OS 3430477 wird der dem Zylinder nahe Einlaß- bzw. Auslaßkanal in die Gestaltung einbezogen, so daß der Auspufföffnungsquerschnitt allmählich freigegeben wird. Allerdings werden die für die Ausbildung eines strömungs- und akustisch günstigen Druck-Zeit-Verlaufs maßgebenden erheblichen Querschnittsänderungen in Strömungsrichtung der Abgase nicht vermieden. Im DD-WP 248169 wurden die vorgenannten Nachteile durch Schräganstellung des Auslaßkanalsso, daß das Verhältnis der vom Kolben freigegebenen Auslaßfensteröffnungsfläche zur Kanalquerschnittsfläche nahezu konstant bleibt, weitgehend vermieden. Allerdings werden die Möglichkeiten zur Erzeugung einer rotierenden Ladungsbewegung im Zylinder um dessen Längsachse durch eine entsprechende Anordnung des Auspuffkanals nicht ausgenutzt.Other influencing factors that significantly influence the pressure-time curve, such as the spatial shape of the exhaust channel and the cross-sectional area change of the exhaust channel in the propagation direction of the outflowing gases were not taken into account in these technical solutions. Therefore, the effect of the exhaust noise reduction is detectable only at low speeds so far. In addition, the considerable expansions of the outlet slit are set up motor limits, while a reduction in the original slit height, as in the described technical solutions in. Considered gszogen were generally associated with a poorer degree of filling of the cylinder. According to DE-OS 3233108 and DE-OS 3430477 of the cylinder near inlet or outlet channel is included in the design, so that the exhaust port is gradually released. However, the decisive for the formation of a flow and acoustically favorable pressure-time curve significant cross-sectional changes in the flow direction of the exhaust gases are not avoided. In DD-WP 248169, the aforementioned disadvantages have been largely avoided by tilting the Auslaßkanalsso that the ratio of the released from the piston outlet window opening surface to the channel cross-sectional area remains almost constant. However, the possibilities for generating a rotating charge movement in the cylinder about its longitudinal axis are not utilized by a corresponding arrangement of the exhaust duct.

Object of the invention

Das Ziel der Erfindung ist es, eine Verkleinerung des Auspuffgeräusches in Verbindung mit einem den Ladungswechsel unterstützenden Druck-Zeit-Verlauf im Auspuffkanal und einer zum Zwecke der Kraftstoff-Luft-Gemisch-Abmagerung vorteilhaften um die Zylinderlängsachse rotierenden Ladungsbewegung zu Beginn der Kompressionsphase zu erreichen.The aim of the invention is to achieve a reduction of the exhaust noise in conjunction with a charge-assisted pressure-time curve in the exhaust channel and an advantageous for the purpose of fuel-air mixture leaning around the cylinder longitudinal axis rotating charge motion at the beginning of the compression phase.

Explanation of the essence of the invention

Aufgabe der Erfindung ist es, eine plötzliche Entspannung der Abgase im Auspuffkanal zu verhindern und ohne Verwendung zusätzlicher Bauteile den Druck-Zeit-Verlauf im Auspuffkanal so zu gestalten, daß der Ladungswechsel verbessert wird.The object of the invention is to prevent a sudden relaxation of the exhaust gases in the exhaust channel and to design the pressure-time curve in the exhaust passage without using additional components so that the charge cycle is improved.

Außerdem besteht die Aufgabe darin, die kinetische Energie der in den Zylinder zurücklaufenden Druckwelle zur Erzeugung einer um die Längsachse des Zylinders rotierenden Ladungsbe'wegung zu Beginn der Kompressionsphase auszunutzen.In addition, the object is to utilize the kinetic energy of the return to the cylinder pressure wave to generate a rotating about the longitudinal axis of the cylinder Ladungsbe'wegung at the beginning of the compression phase.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß die obere Kanalwand an der oberen Begrenzung des Auspuffschlitzes mit der Zylinderlängsachse einen Winkel von höchstens 30° bildet und in ihrem weiteren Verlauf konvex gestaltet ist, daß die äußere Seitenwand mit der Zylinderquerachse einen Winkel von höchstens 60° bildet, daß die äußere Seitenwand zusammen mit der oberen Kanalwand, der unteren Kanalwand und dem Kolben einen Entspannungsabschnitt in Auspuffschlitznähe ohne Querschnittssprünge bildet, dessen Eintrittsquerschnitt vom Kolben hubabhängig stetig veränderbar ist sowie dadurch, daß der Auspuffschlitz in Richtung der oberen Kanalwand und der äußeren Seitenwand über die obere und seitliche Begrenzung des üblicherweise rechteckförmigen Auspuffschlitzquerschnittes hinaus erweiterbar ist.According to the invention the object is achieved in that the upper channel wall at the upper boundary of the exhaust slot with the cylinder longitudinal axis forms an angle of at most 30 ° and convex in its further course is that the outer side wall forms an angle of at most 60 ° with the cylinder transverse axis in that the outer side wall together with the upper channel wall, the lower channel wall and the piston forms a relaxation section in the exhaust slot without cross-section jumps, the inlet cross section of the piston is continuously variable depending on the stroke and in that the exhaust slot in the direction of the upper channel wall and the outer side wall on the upper and lateral boundary of the usually rectangular exhaust slot cross-section is also expandable.

Zur Vergrößerung des Durchströmquerschnitts im Auspuffkanal in der Nähe des unteren Totpunktes ist die untere Begrenzung des Auspuffschlitzes tiefer angeordnet als die obere Steuerkante des Kolbens im unteren Totpunkt.To increase the flow area in the exhaust passage in the vicinity of the bottom dead center, the lower boundary of the exhaust slot is arranged lower than the upper control edge of the piston at bottom dead center.

Beim Abwärtshub des Kolbens wird der über seine obere und seitliche Begrenzung hinaus erweiterbare Auspuffschlitz zunächst partiell geöffnet, so daß die Abgase, ohne plötzliche Querschnittsänderungen zu durchlaufen, in den von der äußeren Seitenwand zusammen mit der unteren und oberen Kanalwand und dem Kolben gebildeten Entspannungsabschnitt gelangen und sich proportional zum in Strömungsrichtung stetig größer werdenden Durchströmquerschnitt entspannen.During the downward stroke of the piston, the exhaust slot which can be extended beyond its upper and lateral limits is initially partially opened, so that the exhaust gases pass through the expansion section formed by the outer side wall together with the lower and upper channel wall and the piston, without passing through sudden changes in cross section, and relax proportionally to the flow area becoming steadily larger in the direction of flow.

Die Größe des Durchströmquerschnitts des Entspannungsabschnitts wird im wesentlichen von der konvex verlaufenden oberen Kanalwand und der äußeren Seitenwand bestimmt.The size of the flow cross section of the expansion section is determined essentially by the convex upper channel wall and the outer side wall.

Beim weiteren Abwärtshub des Kolbens wird der stetig breiter werdende Auspuffschlitz weiter freigegeben, der Eintrittsquerschnitt in den Entspannungsabschnitt vergrößert sich stetig, wodurch ein günstigerer Druck-Zeit-Verlauf als bei bekannten Lösungen erreicht wird.During the further downward stroke of the piston, the steadily widening exhaust slot is further released, the inlet cross section in the expansion section increases continuously, whereby a more favorable pressure-time curve than in known solutions is achieved.

Mit einer entsprechend ausgebildeten Auspuffanlage wird erreicht, daß die sich während des Entspannungsvorganges ausbildende Druckwelle in den Zylinder zurückläuft, bevor der Kolben beim Aufwärtshub den Auspuffschlitz verschließt. Durch die in Zylindernähe in einem Winkel von ebenfalls ca. 30° zur Zylinderlängsachse und einem Winkel von ebenfalls ca. 60° zur Zylinderlängsachse einmündende Kanalachse kann ein erheblich größerer Teil der kinetischen Energie der zurücklaufenden Druckweile zur Nachaufladung sowie zur Erzeugung einer um die Zylinderlängsachse rotierenden Ladungsbewegung zu Beginn der Kompressionsphase genutzt werden als bei bekannten Lösungen.With a suitably trained exhaust system ensures that the forming during the relaxation process pressure wave runs back into the cylinder before the piston closes the exhaust slot during the upward stroke. Due to the close to the cylinder at an angle of about 30 ° to the cylinder longitudinal axis and an angle of about 60 ° to the cylinder longitudinal axis opening channel axis, a significantly larger part of the kinetic energy of the returning pressure boule for recharging and for generating a rotating about the cylinder longitudinal charge movement be used at the beginning of the compression phase as in known solutions.

Durch eine derartige Anordnung und Gestaltung des Auspuffkanals für schlitzgesteuerte Zweitakt-Brennkraftmaschinen wird der Gasentspannungsvorgang im Auspuffkanal zeitlich gedehnt, der Druck-Zeit-Verlauf durch die Querschnittsflächenänderung im Auspuffkanal so gestaltet, daß die Ladungswechseleffektivität vergrößert und eine Ladungsbewegung im Zylinder durch die kinetische Energie der zurücklaufenden Druckwelle hervorgerufen wird.By such an arrangement and design of the exhaust channel for slot-controlled two-stroke internal combustion engines, the gas relaxation process in the exhaust duct is stretched in time, the pressure-time curve designed by the cross-sectional area change in the exhaust passage so that the charge exchange efficiency increases and a charge movement in the cylinder by the kinetic energy of the returning Pressure wave is caused.

Da diese Gestaltung des Auspuffkanals den Ausströmwiderstand nicht vergrößert und keine erhebliche Vorverlagerung des Beginns der Auspufföffnung erfordert, erweitert sich der Anwendungsbereich dieser Erfindung gegenüber bekannten Lösungen auf Motoren großer spezifischer Leistung, bei denen das Auspuffgeräusch in Verbindung mit einer erheblichen Verkleinerung des Kraftstoffverbrauches vermindert werden soll.Since this design of the exhaust channel does not increase the Ausströmwiderstand and requires no significant forward displacement of the beginning of the exhaust port, the scope of this invention over known solutions extended to high specific power engines in which the exhaust noise is to be reduced in conjunction with a significant reduction in fuel consumption.

embodiment

In der dazugehörenden Zeichnung zeigtIn the accompanying drawing shows

Fig. 1: einen Längsschnitt durch den Zylinder einer Zweitakt-Brennkraftmaschine Fig. 2: einen Teilschnitt durch den Zylinder entlang der Linie A-A Fig.3: eine Ansicht des Auspuffschlitzes aus Richtung B.1: a longitudinal section through the cylinder of a two-stroke internal combustion engine FIG. 2: a partial section through the cylinder along the line A-A FIG. 3: a view of the exhaust slot from direction B. FIG.

Im Zylinderkörper 1 befindet sich die Zylinderbuchse 2 mit dem Buchsenbund 3. Die in die Zylinderbuchse 2 eingebrachte Ausnehmung 4 verbindet den Einlaß 5 mit dem Kurbelgehäuse des Motors, während mindestens eine Überströmöffnung 6 das Kurbelgehäuse mit dem Brennraum verbindet. Der Auspuffschlitz 7 stellt die Verbindung des Brennraurhes mit dem Auspuffkanal 8 her.In the cylinder body 1 is the cylinder liner 2 with the bushing collar 3. The introduced into the cylinder liner 2 recess 4 connects the inlet 5 with the crankcase of the engine, while at least one overflow 6 connects the crankcase with the combustion chamber. The exhaust slot 7 establishes the connection of the Brennraurhes with the exhaust passage 8.

An die obere Begrenzung 9 des Auspuffschlitzes 7 schließt sich in Strömungsrichtung der Abgase der Auspuffkanal 8 an, dessen obere Kanalwand 10 konvex gekrümmt ist und gemeinsam mit der inneren Seitenwand 16 und der äußeren Seitenwand 17 eine stetige, nichtlineare Erweiterung des Auspuffkanals 8 bildet.Adjoining the upper boundary 9 of the exhaust slot 7 in the flow direction of the exhaust gases of the exhaust passage 8, the upper channel wall 10 is convexly curved and forms a continuous, non-linear extension of the exhaust passage 8 together with the inner side wall 16 and the outer side wall 17.

Die untere Begrenzung 11 des Auspuffschlitzes 7 befindet sich unterhalb der oberen Steuerkante des Kolbens 12 im unteren Totpunkt. An die untere Begrenzung 11 des Auspuffschlitzes 7 schließt sich die untere Kanalwand 13 an, die vorzugsweise geradlinig verläuft. Der Kolben 12 bildet gemeinsam mit der oberen Kanalwand 10, der äußeren Seitenwand 17 und der unteren Kanalwand 13 einen Entspannungsabschnitt, dessen Querschnitt in Auspuffschlitznähe hubabhängig vom Kolben 12 verändertThe lower boundary 11 of the exhaust slot 7 is located below the upper control edge of the piston 12 at the bottom dead center. At the lower boundary 11 of the exhaust slot 7, the lower channel wall 13 connects, which is preferably rectilinear. The piston 12, together with the upper channel wall 10, the outer side wall 17 and the lower channel wall 13, a relaxation section whose cross-section in the vicinity of the exhaust slot changes depending on the piston 12

Die Lage dar oberen Kanalwand 10 ist so ausgeführt, daß sie an der oberen Begrenzung 9 des Auspuffschlitzes 7 einen Winkel zur Zylinderlängsachse bildet, der höchstens 30° ist. Die-äußere Seitenwand 17 bildet zusammen mit der Zylinderquerachse 18 einen Winkel von höchstens 60".The position of the upper channel wall 10 is designed so that it forms an angle to the cylinder longitudinal axis at the upper boundary 9 of the exhaust slot 7, which is at most 30 °. The-outer side wall 17 forms together with the cylinder transverse axis 18 an angle of at most 60 ".

Die Kanalachse 14 des Auspuffkanals 8 bildet in unmittelbarer Nähe ihrer Einmündung 15 in den Brennraum ebenfalls einen Winkel zur Zylinderlängsachse, der ca. 30° ist und einen Winkel zur Zylinderquerachse 18 von ca. 60°.The channel axis 14 of the exhaust channel 8 also forms an angle to the cylinder longitudinal axis in the immediate vicinity of its junction 15 in the combustion chamber, which is about 30 ° and an angle to the cylinder transverse axis 18 of about 60 °.

Der Auspuffschlitz 7 ist an der oberen Kanalwand 10 undder äußeren Kanalwand 17 über die obere und seitliche Begrenzung des üblicherweise rechteckförmigen Auspuffschlitzquerschnitts 19 hinaus erweiterbar.The exhaust slot 7 is expandable on the upper channel wall 10 and the outer channel wall 17 beyond the upper and lateral boundaries of the generally rectangular exhaust slot cross-section 19.

Die seitliche Erweiterung 20 mündet dabei nahezu tangential in die Innenseite der Zylinderbuchse 2 ein und bildet einen kleineren Winkel zur Zylinderquerachse 18 als die äußere Seitenwand 17.The lateral extension 20 opens almost tangentially into the inside of the cylinder liner 2 and forms a smaller angle to the cylinder transverse axis 18 than the outer side wall 17th

Claims

Arrangement and design of exhaust ducts for two-stroke internal combustion engines, the inlet cross section of the piston is continuously variable depending on the stroke, characterized in that the outer side wall (17) together with the upper duct wall (10), the lower duct wall (13) and the known piston (12) has a relaxation section in Exhaust slot near without cross-sectional jumps forms and the outer side wall (17) with the cylinder transverse axis (18) is arranged at an obtuse angle.

2. Arrangement and design of exhaust ducts according to claim 1, characterized in that the exhaust slot (7) on the upper channel wall (10) and the outer side wall (17) over the upper and lateral boundary of the usually rectangular exhaust slot cross-section (19) is expandable ,

3. Arrangement and design of exhaust ducts according to claim 1 and 2, characterized in that the lateral extension (20) almost tangentially in the inside of the cylinder liner (2) at a smaller angle to the cylinder transverse axis (18) enters than the outer side wall (17). ,