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EP0198816A2 - Zweitakt-Brennkraftmaschine - Google Patents

Zweitakt-Brennkraftmaschine Download PDF

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Publication number
EP0198816A2
EP0198816A2 EP86890083A EP86890083A EP0198816A2 EP 0198816 A2 EP0198816 A2 EP 0198816A2 EP 86890083 A EP86890083 A EP 86890083A EP 86890083 A EP86890083 A EP 86890083A EP 0198816 A2 EP0198816 A2 EP 0198816A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
cylinder
inlet channels
type
combustion engine
internal combustion
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP86890083A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP0198816A3 (de
Inventor
Diethard Dipl.-Ing. Plohberger
Josef Dipl.-Ing. Greier
Robert Dipl.-Ing. Hofer
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
AVL List GmbH
Original Assignee
AVL List GmbH
AVL Gesellschaft fuer Verbrennungskraftmaschinen und Messtechnik mbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by AVL List GmbH, AVL Gesellschaft fuer Verbrennungskraftmaschinen und Messtechnik mbH filed Critical AVL List GmbH
Publication of EP0198816A2 publication Critical patent/EP0198816A2/de
Publication of EP0198816A3 publication Critical patent/EP0198816A3/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02FCYLINDERS, PISTONS OR CASINGS, FOR COMBUSTION ENGINES; ARRANGEMENTS OF SEALINGS IN COMBUSTION ENGINES
    • F02F1/00Cylinders; Cylinder heads 
    • F02F1/18Other cylinders
    • F02F1/22Other cylinders characterised by having ports in cylinder wall for scavenging or charging
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02BINTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B75/00Other engines
    • F02B75/02Engines characterised by their cycles, e.g. six-stroke
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02BINTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B75/00Other engines
    • F02B75/02Engines characterised by their cycles, e.g. six-stroke
    • F02B2075/022Engines characterised by their cycles, e.g. six-stroke having less than six strokes per cycle
    • F02B2075/025Engines characterised by their cycles, e.g. six-stroke having less than six strokes per cycle two

Definitions

  • the invention relates to a two-stroke internal combustion engine with arranged in a row, controlled by the piston inlet channels in the cylinder, the mouths of which are all at the same height on the cylinder inner wall, and at least one exhaust valve in the cylinder head.
  • the object of the invention is to remedy these disadvantages and in particular the same possible flow velocities over the cylinder cross-section, i. H. to obtain a flow profile that is as rectangular as possible.
  • This object is achieved in that at least two types of inlet channels are provided which form different acute angles with the perpendicular to the cylinder axis, the angles of the two types being chosen such that the flushing in the wall area of the cylinder and by the other type the core zone is flushed.
  • the cylinder can be flushed very uniformly without additional flush air or power for flushing.
  • the size of the angles of the two types of inlet channels can easily be optimized by experiment.
  • At least one of the types of inlet channels can also generate a swirl in the cylinder charge and the other type or types are also involved in the swirl generation or are also not able to be involved or even brake the swirl . In this way, an optimal combustion process can be achieved if necessary.
  • the inlet ducts of the second type can be directed against the combustion chamber trough at an acute angle in the region of bottom dead center.
  • the optimum value for the angle adjustment which depends on the particular circumstances, can be optimized by tests.
  • the axes of the inlet channels viewed in the direction of the cylinder axis, with the connecting lines laid through the piercing points of the axes of the inlet channels in the cylinder inner wall and the cylinder means, for the inlet channels of the first-mentioned type, angles between zero and 40 ° and at include those of the second type angles between -30 ° and +300.
  • a uniform flow through the cylinder in the axial direction can also contribute if, according to a further feature of the invention, the inlet channels of the individual types are arranged alternately in the row or in pairs. In this case, two adjacent inlet ducts of different types can have parallel axes with particular advantages in terms of production.
  • At least some of the inlet ducts can taper in the inflow direction, the center line of the inlet ducts being decisive for their angular position.
  • the inlet channels 5 controlled by the piston 2 are evenly arranged in a row and run parallel to the end face 2 'of the piston 2 and, viewed in the direction of the piston axis 6, at an angle ⁇ to the respective radial line 7. This uniform adjustment of the inlet channels 5 is the inflowing charge is given a swirl around the piston axis 6.
  • the speeds in the axial direction, which are mainly decisive for the purging of the cylinder, are represented over the cross section by vectors 8; line 9 shows the axial flow profile.
  • the flow velocity is the lowest in the area of the piston axis 6, also has only a small value in the area of the cylinder inner wall 10, but has the maximum values in the area of about half the cylinder diameter.
  • This flow profile is achieved in that two types a, b of inlet slots are provided, the axes a 'and b' of which, with the perpendicular 12 to the cylinder axis 6, form acute angles ⁇ 'and -ß'. Seen in cross section or in the direction of the cylinder axis 6, the axes a 'and b' of the inlet channels a and b run in the radial direction, so that no swirl occurs when the charge flows into the cylinder.
  • the cylinder Due to the relatively steeply set inlet channels a, the cylinder is flushed mainly in the edge area, whereas the core zone is essentially flushed by the charge flowing in via the slots b.
  • the angles a 'and -ß' can be determined so that there is an almost constant flow velocity over the entire cross section of the cylinder.
  • an intensive flushing of the combustion chamber trough 13 in the piston 2 is achieved.
  • the bottom dead center (U.T.) the inlet channels a and b and the exhaust valve 4 are fully open.
  • the charge therefore flows in accordance with the arrows drawn through the inlet channels into the cylinder, flows through the cylinder uniformly over the cross section and thus displaces the combustion gases via the opened valve 4 into the outlet channel 4 '. Thereafter, the valve 4 closes and the fresh charge in the cylinder is compressed by the upward-moving piston 2 when the inlet slots a and b are closed.
  • the embodiment according to FIGS. 5 and 6 differs from that according to FIGS. 3 and 4 only in that the inlet slots a and b or their center lines a 'and b' are set at angles a and ⁇ relative to the associated radial lines 7 .
  • the inlet channels are evenly distributed over the circumference in such a way that the inlet slot types a and b alternate with one another, with adjacent inlet slots a and b each having parallel axes a 'and b'.
  • a twist in the cylinder charge which is indicated by the screw line 14, arises mainly through the adjustment of the slots a by the angle a.
  • the slots b or their axes b ' are set at a small angle ⁇ with respect to the radial line 7, as a result of which the twist indicated by the helical line 14 receives a small counter-pulse.
  • the purging in particular the combustion chamber trough and the core zone, can be optimized.
  • the inlet channels a and b are tapered in the direction of inflow, as shown in FIGS. 7 and 8.
  • the upper boundary walls 15 and 16 and the lower boundary walls 17 and 18 have different angles of attack ⁇ '' 'and ⁇ ' '' or a "and ⁇ ''.
  • These nozzle-shaped inlet channels can also influence the quality of the flushing of the cylinder.

Landscapes

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Abstract

Bei einer Zweitakt-Brennkraftmaschine mit in einer Reihe angeordneten, vom Kolben gesteuerten Einlaßkanäle im Zylinder sind zur besseren Spülung jes Zylinders ohne Leistungsverlust mindestens zwei Typen von Einlaßkanälen (a,b) vorgesehen, die nit der Senkrechten zur Zylinderachse verschieden große spitze Winkel bilden, wobei die Winkel (a',ß') der beiden Typen (a, b) so gewählt sind, daß durch die eine Type (a) die Spülung im Wandbereich des Zylinders und durch die andere Type (b) die 3pülung der Kernzone bewirkt wird (Figur 3).

Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf eine Zweitakt-Brennkraftmaschine mit in einer Reihe angeordneten, vom Kolben gesteuerten Einlaßkanälen im Zylinder, deren Mündungen an der Zylinderinnenwand alle auf gleicher Höhe liegen, und mindestens einem Auslaßventil im Zylinderkopf.
  • Bei dem hier angewendeten bekannten Längsspülsystem wird ein Drall in der Zylinderladung dadurch erzeugt, daß die Einlaßschlitze um einen gleichen spitzen Winkel gegenüber der jeweiligen Radialrichtung angestellt sind. Trotz dieser Wirbelströmung um die Zylinderachse, welche für eine günstige Verbrennung notwendig ist, ist die Axialströmung, über den Querschnitt gesehen, äußerst ungleichförmig, sie erreicht nämlich im Zentrum einen Minimalwert und ist auch im Wandbereich des Zylinders relativ gering. Dadurch ergibt sich, über den Zylinderquerschnitt gesehen, ein ungleichmäßiges Ausschieben der Ladung, sodaß eine ausreichend gute Spülung des Zylinders nur mit einem erheblichen Luftüberschuß erreicht werden kann, was wiederum einen Leistungsverlust der Maschine zur Folge hat.
  • Aufgabe der Erfindung ist es, diese Nachteile zu beheben und insbesondere über den Zylinderquerschnitt möglichst gleiche Strömungsgeschwindigkeiten, d. h. ein möglichst rechteckiges Strömungsprofil zu erhalten.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß mindestens zwei Typen von Einlaßkanälen vorgesehen sind, die mit der Senkrechten zur Zylinderachse verschieden große spitze Winkel bilden, wobei die Winkel der beiden Typen so gewählt sind, daß durch die eine Type die Spülung im Wandbereich des Zylinders und durch die andere Type die Spülung der Kemzone bewirkt wird. Versuche haben gezeigt, daß damit der Zylinder ohne Mehraufwand an Spülluft bzw. an Leistung für die Spülung sehr gleichmäßig gespült wird. Die Größe der Winkel der beiden Typen von Einlaßkanälen kann leicht durch Versuche optimiert werden.
  • In weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann mindestens eine der Typen von Einlaßkanälen, vorzugsweise die erstgenannte Type, auch einen Drall in der Zylinderladung erzeugen und die andere Type oder Typen ebenfalls an der Drallerzeugung beteiligt ist oder sind aber auch nicht beteiligt sein können oder sogar den Drall bremsen. Damit kann im Bedarfsfalle ein optimaler Verbrennungsablauf erzielt werden.
  • Wenn die Brennkraftmaschine mit direkter Kraftstoffeinspritzung in eine im Kolben angeordnete Brennraummulde arbeitet, so können in weiterer Ausgestaltung der Erfindung die Einlaßkanäle der zweitgenannten Type im Bereich des unteren Totpunktes gegen die Brennraummulde unter einem spitzen Winkel gerichtet sein. Auch hier kann der Optimalwert für die Winkelanstellung, welcher von den jeweiligen Gegebenheiten abhängig ist, durch Versuche optimiert werden.
  • Erfindungsgemäß werden Bestwerte dann erreicht, wenn der Winkel mit der Senkrechten zur Zylinderachse bei der einen Type von Einlaßkanälen zwischen 35° und 75° und der Winkel bei der anderen Type zwischen -30° und +35° liegt.
  • Bevorzugt wird im Rahmen der Erfindung, daß die Achsen der Einlaßkanäle, in Richtung der Zylinderachse gesehen, mit den durch die Durchstoßpunkte der Achsen der Einlaßkanäle in der Zylinderinnenwand und dem Zylindermittel gelegten Verbindungslinien bei den Einlaßkanälen der erstgenannten Type Winkel zwischen Null und 40° und bei jenen der zweitgenannten Type Winkel zwischen -30° und +300 einschließen.
  • Zu einer gleichmäßigen Durchströmung des Zylinders in Achsrichtung kann auch beitragen, wenn nach einem weiteren Merkmal der Erfindung die Einlaßkanäle der einzelnen Typen in der Reihe einzeln oder paarweise abwechselnd angeordnet sind. Dabei können mit insbesondere fertigungsmäßigem Vorteil jeweils zwei benachbarte Einlaßkanäle verschiedener Typen parallele Achsen aufweisen.
  • Zur zusätzlichen Einflußnahme der Enlaßkanäle auf die Zylinderspülung bzw. den Drall im Zylinder, kann in weiterer Ausgestaltung der Erfindung wenigstens ein Teil der Einlaßkanäle in Einströmrichtung sich düsenförmig verjüngen, wobei die Mittellinie der Enlaßkanäle für deren Winkellage maßgebend ist.
  • Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen
    • Figur 1 einen Axialschnitt eines Zylinders einer bekannten Brennkraftmaschine und dazu
    • Figur 2 einen Schnitt nach der Linie II-II in Figur 1,
    • Figur 3 den Axialschnitt durch einen Zylinder einer Zweitakt-Brennkraftmaschine gemäß der Erfindung,
    • Figur 4 einen Schnitt nach der Linie IV-IV in Figur 3,
    • Figur 5 den Zylinder einer Ausführungsvariante im Axialschnitt und
    • Figur 6 einen Schnitt nach der Linie VI-VI in Figur 5,
    • Figur 7 und 8 je ein Detail in größerem Maßstab.
  • In Fig. 1 und 2 ist von der bekannten Zweitakt-Brennkraftmaschine nur der Zylinder 1, der Kolben 2, und andeutungs weise der Zylinderkopf 3 sowie das Auslaßventil 4 dargestellt. Die vom Kolben 2 gesteuerten Einlaßkanäle 5 sind gleichmäßig in einer Reihe angeordnet und verlaufen parallel zur Stirnfläche 2' des Kolbens 2 und, in Richtung der Kolbenachse 6 gesehen, unter einem Winkel ß zur jeweiligen Radiallinie 7. Durch diese gleichmäßige Anstellung der Einlaßkanäle 5 wird der einströmenden Ladung ein Drall um die Kolbenachse 6 erteilt. Die für die Spülung des Zylinders hauptsächlich maßgebenden Geschwindigkeiten in Axialrichtung sind über den Querschnitt durch Vektoren 8 dargestellt; die Linie 9 gibt das axiale Strömungsprofil wieder. Man sieht, daß die Strömungsgeschwindigkeit im Bereich der Kolbenachse 6 am geringsten ist, im Bereich der Zylinderinnenwand 10 ebenfalls nur einen geringen Wert aufweist, hingegen im Bereich etwa des halben Zylinderdurchmessers die Maximalwerte besitzt. Diese großen Geschwindigkeitsunterschiede im axialen Strömungsprofil verschlechtern die Ausspülung des Zylinders.
  • Die in Fig. 3 und 4 in gleicher Darstellung gezeigte Brennkraftmaschine gemäß der Erfindung weist hingegen ein sehr gleichmäßiges Strömungsprofil 11 auf, durch welches die Nachteile der bekannten Ausführung vermieden werden. Erreicht wird dieses Strömungsprofil dadurch, daß zwei Typen a, b von Einlaßschlitzen vorgesehen sind, deren Achsen a' bzw. b' mit der Senkrechten 12 zur Zylinderachse 6 spitze Winkel α' bzw. -ß' einschließen. Im Querschnitt bzw. in Richtung der Zylinderachse 6 gesehen, verlaufen die Achsen a' und b' der Einlaßkanäle a und b in radialer Richtung, sodaß beim Einströmen der Ladung im Zylinder kein Drall entsteht.
  • Durch die relativ steil angestellten Einlaßkanäle a erfolgt die Spülung des Zylinders hauptsächlich im Randbereich, wogegen durch die über die Schlitze b einströmende Ladung im wesentlichen die Kernzone gespült wird. Die Winkel a' und -ß' können so bestimmt werden, daß sich über den gesamten Querschnitt des Zylinders eine nahezu konstante Strömungsgeschwindigkeit ergibt. Durch die Anstellung -ß' der Einlaß kanäle b wird auch ein intensive Spülung der Brennraummulde 13 im Kolben 2 erreicht. Bei der dargestellten Stellung des Kolbens 2, dem unteren Totpunkt (U.T.) sind die Einlaßkanäle a und b sowie das Auslaßventil 4 voll geöffnet. Die Ladung strömt also entsprechend den eingezeichneten Pfeilen durch die Einlaßkanäle in den Zylinder ein, durchströmt diesen über den Querschnitt gleichmäßig und verdrängt damit die Verbrennungsgase über das geöffnete Ventil 4 in den Auslaßkanal 4'. Danach schließt das Ventil 4 und die im Zylinder befindliche Frischladung wird bei geschlossenen Einlaßschlitzen a und b durch den nach oben gehenden Kolben 2 verdichtet.
  • Die Ausführung nach Fig. 5 und 6 unterscheidet sich von jener nach Fig. 3 und 4 lediglich dadurch, daß hier die Einlaßschlitze a und b bzw. deren Mittellinien a' und b' gegenüber den zugehörigen Radiallinien 7 unter Winkeln a bzw. ß angestellt sind. Die Einlaßkanäle sind über den Umfang gleichmäßig verteilt und zwar so, daß die Einlaßschlitztypen a und b einander abwechseln, wobei jeweils benachbarte Einlaßschlitze a und b parallele Achsen a' und b' aufweisen. Bei dieser Anordnung entsteht hauptsächlich durch die Anstellung der Schlitze a um den Winkel a ein Drall in der Zylinderladung, welcher durch die Schraublinie 14 angedeutet ist. Beim vorliegenden Ausführungsbeispiel sind die Schlitze b bzw. deren Achsen b' um einen kleinen Winkel ß gegenüber der Radiallinie 7 angestellt, wodurch der durch die Schraubenlinie 14 angedeutete Drall einen geringen Gegenimpuls erhält. Dadurch kann eine Optimierung der Spülung, insbesondere der Brennraummulde und der Kernzone erreicht werden.
  • . Es kann auch von Vorteil sein, wenn die Einlaßkanäle a und b sich in Einströmungsrichtung verjüngend ausgeführt werden, wie in den Fig. 7 und 8 dargestellt. In beiden Fällen haben die oberen Begrenzungswände 15 bzw. 16 und die unteren Begrenzungswände 17 bzw. 18 verschiedene Anstellwinkel α''' und β''' bzw. a" und β''. Maßgeblich im Sinne der Erfindung ist der Anstellwinkel a' bzw. β' der Achsen a' bzw. b'. Durch diese düsenförmigen Einlaßkanäle kann zusätzlich auf die Güte der Spülung des Zylinders Einfluß genommen werden.

Claims (8)

1. Zweitakt-Brennkraftmaschine mit in einer Reihe angeordneten, vom Kolben gesteuerten Einlaßkanälen im Zylinder, deren Mündungen an der Zylinderinnenwand alle auf gleicher Höhe liegen, und mindestens einem Auslaßventil im Zylinderkopf, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens zwei Typen von Einlaßkanälen (a,b) vorgesehen sind, die mit der Senkrechten zur Zylinderachse verschieden große spitze Winkel bilden, wobei die Winkel (α',ß') der beiden Typen (a,b) so gewählt sind, daß durch die eine Type (a) die Spülung im Wandbereich des Zylinders und durch die andere Type (b) die Spülung der Kemzone bewirkt wird.
2. Zweitakt-Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine der Typen von Einlaßkanälen, vorzugsweise die erstgenannte Type (a), auch einen Drall in der Zylinderladung erzeugt und die andere Type (b) oder Typen ebenfalls an der Drallerzeugung beteiligt ist oder sind aber auch nicht beteiligt sein können oder sogar den Drall bremsen.
3. Zweitakt-Brennkraftmaschine nach Anspruch 1 oder 2, mit direkter Kraftstoffeinspritzung in eine im Kolben angeordnete Brennraummulde, dadurch gekennzeichnet, daß die Einlaßkanäle der zweitgenannten Type im Bereich des unteren Totpunktes - (U.T.) gegen die Brennraummuide unter einem spitzen Winkel (-β') gerichtet sind.
4. Zweitakt-Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Winkel (α') mit der Senkrechten zur Zylinderachse bei der einen Type (a) von Einlaßkanälen zwischen 35° und 75° und der Winkel (ß') bei der anderen Type zwischen -30° und +3 liegt.
5. Zweitakt-Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Achsen der Einlaßkanäle (a,b), in Richtung der Zylinderachse gesehen, mit den durch die Durchstoßpunkte der Achsen der Einlaßkanäle (a,b) in der Zylinderinnenwand und dem Zylindermittel gelegten Verbindungslinien bei den Einlaßkanälen der erstgenannten Type (a) Winkel (a) zwischen Null° und 40° und bei jenen der zweitgenannten Type (b) Winkel (ß) zwischen -30° und +30° einschließen.
6. Zweitakt-Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Einlaßkanäle der einzelnen Typen in der Reihe einzeln oder paarweise abwechselnd angeordnet sind.
7. Zweitakt-Brennkraftmaschine nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils zwei benachbarte Einlaßkanäle der Type (a) und (b) parallele Achsen aufweisen.
8. Zweitakt-Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein Teil der Einlaßkanäle in Einströmrichtung sich düsenförmig verjüngt, wobei die Mittellinie der Einlaßkanäle für deren Winkellage maßgebend ist.
EP86890083A 1985-04-05 1986-04-01 Zweitakt-Brennkraftmaschine Withdrawn EP0198816A3 (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
AT1052/85 1985-04-05
AT105285 1985-04-05

Publications (2)

Publication Number Publication Date
EP0198816A2 true EP0198816A2 (de) 1986-10-22
EP0198816A3 EP0198816A3 (de) 1987-11-25

Family

ID=3505545

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EP86890083A Withdrawn EP0198816A3 (de) 1985-04-05 1986-04-01 Zweitakt-Brennkraftmaschine

Country Status (2)

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EP (1) EP0198816A3 (de)
JP (1) JPS61232322A (de)

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EP0198816A3 (de) 1987-11-25
JPS61232322A (ja) 1986-10-16

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Inventor name: HOFER, ROBERT, DIPL.-ING.

Inventor name: GREIER, JOSEF, DIPL.-ING.

Inventor name: PLOHBERGER, DIETHARD, DIPL.-ING.