DE1222314B

DE1222314B - Two-stroke engine with reverse scavenging

Info

Publication number: DE1222314B
Application number: DES70539A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Masch-Ing Richard Stoffel
Original assignee: Sulzer AG
Current assignee: Sulzer AG
Priority date: 1960-09-20
Filing date: 1960-09-26
Publication date: 1966-08-04

Description

Zweitaktmotor mit Umkehrspülung Die Erfindung bezieht sich auf einen Zweitaktmotor mit Umkehrspülung mit flachem Kolben und im wesentlichen zur Zylinderachse senkrecht verlaufenden Auspuff- und Spülkanälen, wobei die Oberkanten der Spülkanäle im Höhenbereich der Unterkanten der Auspuffkanäle liegen und unter den Auspuffkanälen Spülkanäle mit niedrigerer Höhe angeordnet sind.Two-stroke reverse scavenging engine The invention relates to a Two-stroke engine with reverse scavenging with flat pistons and essentially facing the cylinder axis vertical exhaust and scavenging channels, with the upper edges of the scavenging channels lie in the height area of the lower edges of the exhaust ducts and below the exhaust ducts Flushing channels are arranged with a lower height.

Die bei Zweitaktmotoren verwendeten Spülkanalanordnungen sind entweder mit steilen, d. h. in bezug auf die Zylinderachse geneigten oder mit flachen Spülkanälen versehen. Die Anordnungen mit steilen Spülkanälen sind für kleinere Motoren mit kurzem Hub bestimmt und eignen sich nicht gut für Motoren mit langem Hub und großem Hubraum, z. B. Schiffs-Dieselmotoren, da sie einen relativ geringen Querschnitt der Spülkanäle aufweisen und keine einwandfreie Durchspülung derartiger Zylinder bewirken. Bei einer Spülkanalanordnung für große Dieselmotoren mit flach verlaufenden, d. h. im wesentlichen zur Zylinderachse senkrechten Kanälen, bei welcher sich die Spülkanäle unterhalb der Auspuffkanäle befinden, entsteht zwischen der Strömung der Abgase und der Spülluft eine Wirbelzone, welche ebenfalls den Wirkungsrad der Spülung verschlechtert. Auch hier ist der Querschnitt der Spülkanäle relativ gering, was einen erhöhten Strömungswiderstand für die Spülluft ergibt.The scavenging channel arrangements used in two-stroke engines are either with steep, d. H. with respect to the cylinder axis inclined or with shallow flushing channels Mistake. The arrangements with steep scavenging channels are for smaller engines with short stroke and are not well suited for long stroke and large engines Displacement, e.g. B. marine diesel engines, as they have a relatively small cross-section of the flushing channels and no perfect flushing of such cylinders cause. In the case of a flushing channel arrangement for large diesel engines with flat, d. H. channels essentially perpendicular to the cylinder axis, in which the Flushing ducts are located below the exhaust ducts, is created between the flow the exhaust gases and the scavenging air create a vortex zone, which also has the effect of the Irrigation worsened. Here, too, the cross-section of the flushing channels is relatively small, which results in an increased flow resistance for the scavenging air.

Es ist auch eine Kanalanordnung vorgeschlagen worden, bei welcher die Spülkanäle am ganzen Umfang des Zylinders angeordnet sind. Die Auspuffkanäle nehmen mehr als die Hälfte des Umfanges des Zylinders ein und sind über den Spülkanälen angeordnet, wobei die unter den Auspuffkanälen befindlichen Spülkanäle niedriger sind als die übrigen Spülkanäle. Dadurch, daß die Spülkanäle den ganzen Umfang des Zylinders einnehmen, kommt es zu einem Zusammenprall der teilweise gegeneinander gerichteten Luftströmungen im Zylinder und der Verlauf der Luftströmung wird unstabil. Der Wirkungsgrad der Spülung wird durch diese Erscheinung verschlechtert, und es bleibt nach jedem Spülvorgang ein bedeutender Teil von Abgasen im Zylinder zurück.A duct arrangement has also been proposed in which the flushing channels are arranged on the entire circumference of the cylinder. The exhaust ducts take up more than half of the circumference of the cylinder and are above the flushing channels arranged, with the scavenging channels located under the exhaust channels lower than the rest of the flushing channels. Because the flushing channels cover the entire circumference of the Occupy the cylinder, it comes to a collision of the partially against each other directed air flows in the cylinder and the course of the air flow becomes unstable. The efficiency of the irrigation is worsened by this phenomenon, and it A significant proportion of exhaust gases remains in the cylinder after each flushing process.

Die Erfindung betrifft eine Anordnung von Auspuff- und Spülkanälen bei einem Zweitaktmotor, welche sich auch für langhubige Schiffsmotoren eignet, durch große Querschnitte der Spülluftkanäle einen geringen Strömungswiderstand für die Spülluft aufweist und dabei einen besonders geringen Rückstand an Abgasen im Zylinder nach jedem Spülvorgang ergibt. Das wird durch eine Anordnung erreicht, bei welcher im Umfang gesehen die Auspuffkanäle ein Segment von 90 bis 130° einnehmen und die Spülkanäle an diese anschließend zu beiden Seiten ein Segment von je ungefähr 80° ausfüllen und in an sich bekannter Weise auf die den Auslaßkanälen gegenüberliegende Zylinderwand gerichtet sind und daß der Gesamtquerschnitt der unter den Auspuffkanälen befindlichen Spülkanäle geringer ist als der der übrigen Spülkanäle.The invention relates to an arrangement of exhaust and scavenging channels with a two-stroke engine, which is also suitable for long-stroke marine engines, due to the large cross-sections of the scavenge air ducts, a low flow resistance for has the purge air and a particularly low residue of exhaust gases in the Cylinder after each flushing process. This is achieved by an arrangement in which the exhaust ducts occupy a segment of 90 to 130 ° in terms of scope and the flushing channels adjoining this on both sides a segment of approximately each 80 ° and in a known manner on the one opposite the outlet channels Cylinder wall are directed and that the total cross-section of the under the exhaust ducts located flushing channels is less than that of the other flushing channels.

Die Erfindung wird an Hand eines in der Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungsbeispieles erläutert. Es zeigt F i g. 1 einen Schnitt durch den Zylinder eines Zweitaktmotors mit der erfindungsgemäßen Kanalanordnung, F i g. 2 einen Teilschnitt nach 11-1I in F i g. 1, F i g. 3 einen Teilschnitt nach 1-I in F i g. 1, F i g. 4 den Schnitt III-111 in F i g. 2, F i g. 5 den Schnitt IV-IV in F i g. 3, F i g. 6 eine Abwicklung der Spül- und Auspuffkanäle vom Zylinderinnern aus gesehen, F i g. 7 den oberen Teil des mit den Spül- und Auspuffkanälen zusammenwirkenden Kolbens.The invention is shown schematically on the basis of one in the drawing Embodiment explained. It shows F i g. 1 shows a section through the cylinder of a two-stroke engine with the duct arrangement according to the invention, FIG. 2 a partial section according to 11-1I in FIG. 1, Fig. 3 shows a partial section according to 1-I in FIG. 1, Fig. 4 shows section III-111 in FIG. 2, fig. 5 the section IV-IV in F i g. 3, fig. 6 a development of the scavenging and exhaust ducts seen from the inside of the cylinder, F i g. 7 the upper part of the piston cooperating with the scavenging and exhaust ducts.

In F i g. 1 ist in einem Motorgehäuse 1 eine Laufbüchse 2 angeordnet, welche mit Auspuffkanälen 3, seitlich von diesen angeordneten Spülkanälen 4 und unter den Auspuffkanälen befindlichen Spülkanälen 5 versehen ist. Die Auspuffkanäle 3 sind an einen Auspuffkanal 6 im Gehäuse 1 angeschlossen, die Spülkanäle 4 und 5 an einen Spülluftkanal 7. Im Auspuffkanal ist, falls der Motor mit Aufladung betrieben wird, ein in diesem Zusammenhang bekannter, nicht dargestellter Drehschieber angeordnet. Die Laufbüchse ist oben durch einen nicht dargestellten Zylinderkopf abgeschlossen. In der Laufbüchse bewegt sich der aus Anschaulichkeitsgründen in einer besonderen F i g. 7 dargestellte Kolben B. Wie aus der F i g. 1 ersichtlich ist, sind die Oberkanten der Spülkanäle 4 gleich hoch wie die Unterkanten der Auspuffkanäle, und die Spülkanäle sind dicht neben den Auspuffkanälen, anschließend an diese angeordnet. Die Auspuffkanäle bilden ein Segment von etwa 90 bis höchstens 130°, vorzugsweise, wie aus den F i g. 2 und 3 ersichtlich ist, ungefähr 120°, worauf anschließend die Spülkanäle noch zu beiden Seiten, unter Zwischenschaltung des notwendigen Steges, ein Segment von etwa 70° ausfüllen. Mit dem Steg zusammen bilden die Spülkanäle einen Winkel von ungefähr 80°. Dabei sind die Achsen der Auspuffkanäle auf die Zylinderachse gerichtet, wie aus F i g. 2 ersichtlich ist. Die Achsen der einzelnen Spülkanäle schneiden, wie in F i g. 3 dargestellt ist, die Symmetrieebene der Spülkanalanordnung in der Gegend zwischen der inneren und der äußeren Begrenzung der Zylinderbüchse. Die Achsen der unter den Auspuffkanälen befindlichen Spülkanäle schneiden sich hingegen gegenseitig innerhalb des Zylinders.In Fig. 1, a liner 2 is arranged in a motor housing 1, which with exhaust ducts 3, laterally of these arranged flushing ducts 4 and flushing channels 5 located under the exhaust channels is provided. The exhaust ducts 3 are connected to an exhaust duct 6 in the housing 1, the flushing ducts 4 and 5 to a scavenge air duct 7. Is in the exhaust duct if the engine is operated with supercharging will, a rotary valve known in this connection, not shown, is arranged. The liner is closed at the top by a cylinder head (not shown). In the rifle, it moves in a special way for reasons of clarity F i g. 7 piston B. As shown in FIG. 1 can be seen are the top edges of the scavenging channels 4 the same height as the lower edges of the exhaust channels, and the scavenging channels are arranged close to the exhaust ducts, adjacent to them. The exhaust ducts form a segment of about 90 to at most 130 °, preferably as shown in FIGS G. 2 and 3 can be seen, approximately 120 °, after which the flushing channels are then added on both sides, with the interposition of the necessary web, a segment of fill in about 70 °. Together with the web, the flushing channels form an angle of about 80 °. The axes of the exhaust ducts are directed towards the cylinder axis, as from Fig. 2 can be seen. Cut the axes of the individual flushing channels, as in Fig. 3 shows the plane of symmetry of the flushing channel arrangement in FIG Area between the inner and outer limits of the cylinder liner. The axes the scavenging ducts located under the exhaust ducts, however, intersect each other inside the cylinder.

Wie aus den F i g. 4. und 5 ersichtlich ist, verlaufen die Achsen der Spülkanäle 4 und der Spülkanäle 5 im wesentlichen horizontal. Die Spülkanäle haben dabei vorteilhafterweise eine geringe Neigung nach aufwärts von höchstens 10°, in bezug auf eine zur Zylinderachse senkrechte Ebene. In den F i g. 4 und 5 sind Teile eines Kolbens 8 dargestellt, welcher, wie aus der F i g. 7 ersichtlich ist, einen Kolbenboden mit der Form eines flachen Kegelstumpfes aufweist. Der konische Teil des Kolbenbodens bildet dabei mit der zur Kolbenachse senkrechten Ebene einen Winkel von etwa 10 bis 15°. Der Durchmesser d des ebenen Teiles 10 des Kolbenbodens beträgt ungefähr 0,75 D, wobei D der äußere Kolbendurchmesser ist.As shown in FIGS. 4. and 5 can be seen, the axes of the flushing channels 4 and the flushing channels 5 are essentially horizontal. The scavenging channels advantageously have a slight upward incline of at most 10 ° with respect to a plane perpendicular to the cylinder axis. In the F i g. 4 and 5 parts of a piston 8 are shown which, as shown in FIG. 7 can be seen, has a piston head with the shape of a flat truncated cone. The conical part of the piston head forms an angle of approximately 10 to 15 ° with the plane perpendicular to the piston axis. The diameter d of the flat part 10 of the piston crown is approximately 0.75 D, where D is the outer piston diameter.

In F i g. 6 ist die gesamte Kanalanordnung in Abwicklung dargestellt. Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel sind fünf Auspuffkanäle 3 vorgesehen, neben welchen sich zu beiden Seiten je vier Spülkanäle 4 befinden. Unter den äußeren Auspuffkanälen 3 sind Spülkanäle 5 angeordnet, unter dem mittleren Auspuffkanal befindet sich kein Spülkanal. Die Spülkanäle sind also in zwei symmetrischen Gruppen angeordnet, wobei der zwischen beiden Gruppen befindliche Raum von Spülkanälen frei ist. Das Verhältnis der Spülkanäle 5 zu den Spülkanälen 4 ist derart, daß der Gesamtquerschnitt der Spülkanäle 5 geringer ist als der der Spülkanäle 4. Im gezeichneten Beispiel ist der Querschnitt der Kanäle 5 etwa 30 % des Querschnittes der Kanäle 4.In Fig. 6 shows the entire channel arrangement in development. In the present embodiment, five exhaust ducts 3 are provided, next to which there are four flushing ducts 4 on each side. Scavenging channels 5 are arranged under the outer exhaust channels 3; there is no scavenging channel under the middle exhaust channel. The flushing channels are thus arranged in two symmetrical groups, the space between the two groups being free of flushing channels. The ratio of the flushing channels 5 to the flushing channels 4 is such that the total cross section of the flushing channels 5 is smaller than that of the flushing channels 4. In the example shown, the cross section of the channels 5 is about 30% of the cross section of the channels 4.

Während des Betriebes werden in an sich bekannter Weise durch den Kolben 8 zuerst die Auspuffkanäle 3 freigelegt, und es entsteht eine Gasströmung aus dem Zylinderraum durch die Kanäle 3 und den Auspuffkanal 6 aus dem Zylinder heraus. Darauf gibt der Kolben 8 die Spülkanäle 4 und etwas später noch die Spülkanäle 5 frei, und es strömt Spülluft aus dem Zylinderraum, welche die Verbrennungsgase aus dem Zylinderraum hinausschiebt. Die Form des Kolbenbodens, welcher einen flachen Kegelstumpf bildet, bewirkt zusammen mit den Auspuffkanälen eine Umlenkung des ausströmenden Gasstromes in den flach nach aufwärts führenden Auspuffkanal. Bei den Spülkanälen hingegen bewirkt der kegelförmige Außenteil des Kolbenbodens eine leichte Aufwärtsneigung des einströmenden Spülluftstromes.During operation are in a known manner by the Piston 8 first exposes the exhaust ducts 3, and a gas flow is created from the cylinder chamber through the ducts 3 and the exhaust duct 6 from the cylinder out. The piston 8 then gives the flushing channels 4 and, a little later, the flushing channels 5 free, and purge air flows out of the cylinder chamber, which contains the combustion gases pushes out of the cylinder space. The shape of the piston crown, which is flat Forms a truncated cone, causes, together with the exhaust ducts, a deflection of the outflow Gas flow in the flat upward leading exhaust duct. With the flushing channels on the other hand, the conical outer part of the piston crown causes a slight upward inclination of the inflowing purge air flow.

Es hat sich erwiesen, daß die erfindungsgemäße Spülkanalanordnung im Vergleich zu anderen bekannten Spülungen einen besseren Wirkungsgrad der Spülung liefert und eine bessere Zylinderspülung mit geringerer Vermischung der Frischluft mit den Verbrennungsgasen auch bei verhältnismäßig langhubigen Motoren ergibt. Die Spülkanäle 4, die zuerst vom Kolben 8 geöffnet werden, bestimmen die Strömungsform der Spülströmung und bewirken die eigentliche Spülung des Zylinders. Da dabei der Luftstrom aus den Spülkanälen 4 gegen die den Auspuffkanälen gegenüberliegende Wand gerichtet ist, ist die Strömung entlang der Wand eindeutig bestimmt und stabil. Wegen der Anordung der Spülluftkanäle für den Hauptspülstrom seitlich der Auspuffkanäle ist die Wirbelzone zwischen den Abgasen und der Spülluft nur gering. Das wirkt sich günstig auf die Spülung aus.It has been shown that the scavenging channel arrangement according to the invention provides better scavenging efficiency compared to other known scavenging systems and results in better cylinder scavenging with less mixing of the fresh air with the combustion gases, even with relatively long-stroke engines. The flushing channels 4, which are first opened by the piston 8, determine the flow shape of the flushing flow and effect the actual flushing of the cylinder. Since the air flow from the scavenging ducts 4 is directed against the wall opposite the exhaust ducts, the flow along the wall is clearly determined and stable. Because of the arrangement of the scavenging air channels for the main scavenging flow to the side of the exhaust channels, the vortex zone between the exhaust gases and the scavenging air is only small. This has a positive effect on the conditioner.

Die unter den Auspuffkanälen befindlichen Spülkanäle 5 haben die Aufgabe, den restlichen Raum über dem Kolben, der außerhalb der Blasrichtung der Spülkanäle 5, d. h. ungefähr zwischen den Achsen der beiden innersten Spülkanäle 5; liegt, durchzuspülen. Gleichzeitig unterstützt die Strömung aus den Spülkanälen 5 den Verlauf der Luftströmung entlang der Zylinderwand nach oben. Dadurch, daß diese Spülkanäle in zwei Gruppen angeordnet sind und der Raum unter den mittleren Auspuffkanälen von Spülkanälen frei ist, wird eine weitere Verminderung der Wirbelzone zwischen Abgasen und Spülluft erzielt. Die erfindungsgemäß verwendete Form des Kolbenbodens begünstigt ebenfalls die Aufrichtung der im wesentlichen senkrecht zur Zylinderachse eingeführten Luftströmung in eine Strömung entlang der Zylinderwand. Die Anordnung der Achsen der einzelnen, beiderseits der Auspuffkanäle befindlichen Spülkanäle derart, daß sie die Symmetrieebene der Spülkanalanordnung im Bereich der Wand der Zylinderbüchse schneiden, ergibt schließlich einen optimalen Verlauf der Luftströmung im Zylinder.The flushing channels 5 located under the exhaust channels have the task of the remaining space above the piston, which is outside the blowing direction of the flushing channels 5, d. H. approximately between the axes of the two innermost flushing channels 5; lies, flush through. At the same time, the flow from the flushing channels 5 supports the course the air flow upwards along the cylinder wall. Because these flushing channels arranged in two groups and the space under the middle exhaust ducts is free of irrigation channels, a further reduction of the vortex zone between Exhaust gases and purge air achieved. The shape of the piston head used according to the invention also favors the erection of the substantially perpendicular to the cylinder axis introduced air flow into a flow along the cylinder wall. The order the axes of the individual flushing ducts located on both sides of the exhaust ducts such that it is the plane of symmetry of the flushing channel arrangement in the region of the wall of the Cutting the cylinder liner ultimately results in an optimal air flow in the cylinder.

Claims

Claims: 1. Two-stroke reverse scavenging engine with flat piston and exhaust and scavenging ducts that are essentially perpendicular to the cylinder axis, the upper edges of the scavenging ducts in the height range of the lower edges of the exhaust ducts and flushing ducts with a lower height are arranged under the exhaust ducts, characterized in that seen in the circumference the exhaust ducts a segment of Take 90 to 130 ° and then the flushing channels on both sides fill a segment of approximately 80 ° each and in a known manner on the the cylinder wall opposite the outlet channels are directed and that the total cross-section the flushing channels located under the exhaust channels is less than .that of the others Flushing channels.

2. Two-stroke engine according to claim 1, characterized in that the below The flushing channels located in the exhaust channels are arranged in two symmetrical groups with the space between the two groups under the middle exhaust ducts is free of flushing channels.

3. Two-stroke engine according to claim 1, characterized characterized in that the piston crown has the shape of a flat truncated cone, whose conical part forms an angle (a) with the plane perpendicular to the piston axis from 10 to 15 °, and the diameter (d) of the flat part of the piston crown is about 0.75 times the piston outer diameter.

4. Two-stroke engine according to claim 1, characterized in that the axes of the individual on both sides of the exhaust ducts located flushing channels the plane of symmetry of the flushing arrangement in the area of the wall the cylinder liner. Publications considered: German Patent Specifications No. 523 851, 568 223, 814 077; French Patent No. 917 340; U.S. Patent No. 2,393,342; Technische Rundschau, 1959, issue 44, pp. 5, 7.