DE826989C

DE826989C - In two-stroke working, externally igniting, mixture-compressing internal combustion engine

Info

Publication number: DE826989C
Application number: DEZ1121A
Authority: DE
Inventors: Arno Zierold
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1950-08-18
Filing date: 1950-08-18
Publication date: 1952-03-06

Description

Im Zweitakt arbeitende, fremdzündende, gemischverdichtende Brennkraftmaschine Hei (len bekamiteii Zweitaktln-einikraftmaschinen wird das I,i-einistoffgeinisch durch den .\tisaugkanal iii das hurl>elgchäuse eitigelasseii, sobald der Kolben den ol>er@ii @I'iitl)niil<t erreicht hat. Heini Abwä rts- gang des Kcilli(-iis erfolgt chic geringe Komprimie- rung des Gemisches, bis es über Kolbenfenster in die beiderseits des Zvlindergeliänses angeordneten t"herströmkanä 1e und anschließend in den Kom- pressionsraum einläuft, in dein es daraufhin vorn aufwärts gehenden Kolben in einem bestimmten Verhältnis verdichtet und iin oberen Totpunkt des Kolliers gezündet wird. Das Charakteristische bei Zweitaktbrennkraftinaschinen mit l')erströni- kanälen ist darin zu erblicken, daß die verbrannten Gase iin Zeitpunkt der Vberstriiniung der 1#@riscli- gase aus dem Kompressionsraum nicht restlos aus- geschieden werden, wenn Frischgase in den Koni- pressionsraum einzuströmen beginnen. Die Folge davon ist ein schlechter Füllungsgrad solcher Motoren, und zwar in erster Linie in den hohen I)rehzahllrereichen. Dieser schlechte Füllungsgrad wirkt sich naturgemäß auf die Leistung in nachteiliger Weise aus. Um ein möglichst restloses Ausscheiden der verbrannten Gase nach ihrer Explosion aus dem Kompressionsraum zu erzielen, sind eine große Anzahl Vorschläge zur Anwendung gekommen bzw. Verbesserungen in der Führung der überströmenden Frischgase durchgeführt worden. Bis zu einem gewissen Grad ist es gelungen, die verbrannten Gasreste aus dem Kompressionsraum herauszutreiben, um möglichst keine Frischgase mit den Gasresten in Vermischung und Wiederverbrennung zu bringen. Alle bisher getroffenen Maßnahmen haben aber nur zum Teil zu befriedigenden Ergebnissen bzw. KompromiBlösungen geführt. Ein weiterer Nachteil, der den Zweitaktbrennkraftmaschinen in der bekannten Bauweise anhaftet, besteht darin, daß das in das Kurbelgehäuse eingelassene Frischgas nur in ganz geringem Maß, und zwar bis etwa 0,3 atü, vom Kolben vorkomprimiert werden kann, und daß vor allem die Überströmwege eine derart übermäßig große Länge aufweisen, daß das im Kurbelgehäuse nur wenig vorkomprimierte Gas, sobald es in den Kompressionsraum eintritt, er'heblic'h an Druck eingebüßt hat. Dieses letztgenannte Merkmal ist für die Leistung einer Zweitaktbrennkraftmaschine ganz besonders ausschlaggebend, denn man muß, um stark vorkomprimiertes Gas zu erhalten, bekanntlich sog. Ladepumpen an derartige Maschinen anbauen, um die gewünschte hohe Vorkomprimierung des Gemisches zu erhalten. Derartige Ladepumpenvorrichtungen und die verschiedenartigen Kompressoren verteuern naturgemäß eine Zweitaktbrennkraftmaschine ganz erheblich, ganz abgesehen davon, daß derartige Ladepumpen und Kompressoren einen außerordentlich ins Gewicht fallenden Kraftbedarf benötigen. Es kommt ferner bei Zweitaktbrennkraftmaschinen in der bekannten Bauart hinzu, daß das Kurbelgehäuse völlig luftdicht aufgebaut sein muß, so daß das eingesaugte Gasgemisch restlos für die Zylinderfüllung zur Verfügung steht. Vor allem ist es bekanntlich schwierig, die beiderseitigen Kurbelwellenlagerungen im Kurbelgehäuse sicher abzudichten.In two-stroke working, spark-igniting, mixture-compressing internal combustion engine He (len gotiteii two-stroke single-stroke engines the I, i becomes one-material through the. \ tisaugkanal iii the hurl> elgchäuse eitigelasseii as soon as the piston which ol> er @ ii @ I'iitl) niil <t has achieved. Heini downward gang des Kcilli (-iis takes place chic low compression tion of the mixture until it is in those arranged on both sides of the Zvlindergeliänses t "herströmkanä 1e and then in the comm pressionsraum enters, in your it then in front upward piston in a given Ratio compressed and iin top dead center of the Necklace is ignited. The characteristic of Two-stroke internal combustion engines with l ') erströni- canals can be seen in the fact that the burned Gases at the time of the transfer of the 1 # @ riscli- gases from the compression chamber are not completely be separated when fresh gases in the cone the pressure room begin to flow in. The consequence of this is a poor degree of filling of such engines, primarily in the high speed ranges. This poor degree of filling naturally has a detrimental effect on performance. In order to achieve the most complete elimination of the burnt gases after their explosion from the compression chamber, a large number of proposals have been used and improvements have been made in the management of the fresh gases flowing over. To a certain extent, it has been possible to drive the burnt gas residues out of the compression chamber in order to avoid mixing fresh gases with the gas residues and burning them again. However, all of the measures taken so far have only partially led to satisfactory results or compromise solutions. Another disadvantage that adheres to the two-stroke internal combustion engines of the known design is that the fresh gas admitted into the crankcase can only be pre-compressed by the piston to a very small extent, up to about 0.3 atmospheres, and that above all the overflow paths have such an excessively great length that the gas, which is only slightly precompressed in the crankcase, has lost a considerable amount of pressure as soon as it enters the compression chamber. This last-mentioned feature is particularly crucial for the performance of a two-stroke internal combustion engine, because, as is known, in order to obtain highly pre-compressed gas, it is necessary to attach so-called charge pumps to such machines in order to obtain the desired high degree of pre-compression of the mixture. Such charge pump devices and the various types of compressors naturally make a two-stroke internal combustion engine very expensive, quite apart from the fact that such charge pumps and compressors require an extremely significant power requirement. In addition, with two-stroke internal combustion engines of the known type, the crankcase must be constructed completely airtight so that the gas mixture that is sucked in is completely available for the cylinder filling. Above all, it is known to be difficult to reliably seal the crankshaft bearings on both sides in the crankcase.

Zusammenfassend wird festgestellt, daß Zweitaktbrennkraftmaschinen in ihrer bisherigen Bauweise zwar gegenüber den Viertaktbrennkraftmaschinen bekanntlich bedeutend einfacher sind, aber in . ihrem Wirkungsgrad zu wünschen übriglassen, da es bisher nicht gelungen ist, möglichst reine Frischgase in den Zylinderraum einzubringen bzw. nur solche Gase der Verbrennung zuzuführen.In summary, it is stated that two-stroke internal combustion engines in their previous design compared to the four-stroke internal combustion engines is well known are significantly simpler, but in. leave a lot to be desired in terms of efficiency, since it has not yet been possible to get fresh gases as pure as possible into the cylinder chamber to bring in or only feed such gases for combustion.

Die nach der Erfindung in Vorschlag gebrachte Zweitaktbrennkraftmaschine ist dadurch gekennzeichnet, d'aß ein im Zylinder geführter Stufenkolben eine Längsbohrung aufweist, von deren Abschlußstelle mehrere Durchlässe abzweigen, die sich in der oberen Totpunktstellung des Stufenkolbens mit im Innern des Zylinders vorgesehenen Überströmkanälen decken, welch letztere in den Kompressionsraum einmünden, und_ daß ferner die Durchlässe in der unteren Totpunktstellung des Kolbens in den Bereich eines die Frischgase ansaugenden Ringkanals gelangen, derart, daß die durch die Längsbohrung des Kolbens geleiteten Frischgase in einen über den Kolben befindlichen, gegenüber dem Kompressionsraum größeren Hohlraum einströmen, um in letzterem durch den oberen Teil des Kolbens während des Arbeitshubs nach Art der bekannten Ladepumpen vorverdichtet zu werden.The proposed two-stroke internal combustion engine according to the invention is characterized in that a stepped piston guided in the cylinder has a longitudinal bore has, branch off from the termination point several passages that are in the Top dead center position of the stepped piston with provided inside the cylinder Cover overflow channels, which the latter open into the compression chamber, and_ that also the passages in the bottom dead center position of the piston in the area get one of the fresh gases sucking ring channel, such that the through the Fresh gases conducted through the longitudinal bore of the piston into a compared to the compression chamber, the larger cavity flows in to pass through the latter the upper part of the piston during the working stroke in the manner of known charge pumps to be pre-compressed.

Ein anderes Kennzeichen der Erfindung ist darin zu erblicken, daß der Kompressionsraum unterhalb des Gasgemischverdichtungsraumes liegt. Diese Anordnungsweise bewirkt, daß der Arbeit leistende Hub des Kolbens in Richtung nach dem Zylinderdeckel zu erfolgt utid damit die Möglichkeit geschaffen worden ist, die Überströmkanäle in das Innere des Arbeitszylinders zti verlegen und ferner wesentlich kürzer zu halten, als dies bei den bekannten Zweitaktbremikraftmaschinen möglich ist. Außerdem können diese Überströmkanäle in größerer Anzahl als bisher angeordnet und so geführt werden, daß die verbrannten Gasreste durch die unter 'hohem Druck einströmenden Frischgase von unten her brausenartig in die Ablaßkanäle getrieben werden. Durch dieses Vorsichherschieben der verbrannten Gase in zentraler Richtung durch die Frischgase können sich erstere auch nicht mehr teilweise nach jedem Arbeitshub im Zylinder aufhalten, sondern werden aus dieseln zwangsweise und restlos entfernt. Dies bewirkt einen günstigen Wirkungsgrad der Brennkraftmaschine, insbesondere in den Drehzahlbereichen über 13ooUmdr./min. Da bei der neuen Maschine der Kurbelraum zur Gemischverdichtung nicht mehr herangezogen wird, kommen sämtliche Luftabdichtungsmittel.in Wegfall.Another characteristic of the invention can be seen in the fact that the compression space is below the gas mixture compression space. This way of arranging causes the working stroke of the piston in the direction of the cylinder cover to take place utid so that the possibility has been created, the overflow channels lay zti in the interior of the working cylinder and also much shorter too hold than is possible with the known two-stroke brake engines. aside from that these overflow channels can be arranged and guided in greater numbers than before that the burnt gas residues through the under 'high pressure flowing in Fresh gases are driven into the drainage channels like a shower from below. By this precaution of the burnt gases in a central direction through the fresh gases The former can also no longer partially reside in the cylinder after each working stroke hold up, but are forcibly and completely removed from diesels. this causes a favorable efficiency of the internal combustion engine, especially in the speed ranges over 13oo revolutions / min. As in the new machine, the crankcase for mixture compression is no longer used, all airtight sealing means are no longer used.

In der Zeichnung ist der Erfindungsgegenstand in einer Ausführung beispielsweise dargestellt, und zwar zeigt Abb. i einen Zweitaktmotor im Längsschnitt bei obenstehendem Stufenkolben.The subject of the invention is shown in one embodiment in the drawing shown for example, namely Fig. i shows a two-stroke engine in longitudinal section with the stepped piston above.

Abb.2 denselben \lotor bei untenstehendem Kolben und Abb. 3 einen Schnitt nach Linie A-B der A11. 2. während in Abb. 4 der gleiche Motor in gedrängterer Form, jedoch in einem etwas größerem Maßstab dargestellt ist.Fig.2 the same \ lotor with the piston below and Fig. 3 a Section along line A-B of the A11. 2. while in Fig. 4 the same engine in a more compact form Shape, but is shown on a slightly larger scale.

Im Zylinder i befindet sich ein Stufenkolben mit einem oberen Kolbenteil 2 und einem unteren im Durchmesser geringeren Koll>enteil2', an dessen unterem Ende ein geschlitztes Lagerauge 3 vorgesehen ist. In letzterem ist die Pleuelstange 4 drehbar gelagert. Diese Pleuelstange .[ ist durch eineu Bolzen 5 zwischen einer als Kurbelwelle ausgebildeten Schwungmasse 6 ebenfalls drehbar gelagert. Diese Kurbelwelle ist in bekannter Weise von einem Gehäuse 7 umgeben, wobei die Antriebswelle 8 seitlich aus dem Gehäuse 7 herausgeführt ist. Zwischen dem Gehäuseflansch 9 und dein am Zylinder i angeordneten Flansch io sitzt eine Platte ii. In letztere ist ein im Querschnitt halbkreisförmiger Ringkanal 12 eingearbeitet. Von diesem läuft ein Kanal 13 ab, der in einem Stutzen 14 endigt. An letzterem wird der Vergaser (hier nicht dargestellt) befestigt. Der Zylinder reicht mit seinem Unterteil i' durch die Platte i i bis zur Unterkante i" hindurch. Im Bereich des Ringkanals 12 sind in dem Unterteil i' des Zylinders i etwa vier Bohrungen bzw. ovale Löcher 15 vorgesehen.In cylinder i there is a stepped piston with an upper piston part 2 and a lower diameter part 2 ', at its lower end a slotted bearing eye 3 is provided. In the latter, the connecting rod is 4 rotatably mounted. This connecting rod is secured by a bolt 5 between a A flywheel 6 designed as a crankshaft is also rotatably mounted. This crankshaft is surrounded in a known manner by a housing 7, the drive shaft 8 laterally is led out of the housing 7. Between the housing flange 9 and your on the cylinder i arranged flange io sits a plate ii. In the latter there is one in cross section semicircular ring channel 12 incorporated. From this a channel 13 runs off, which ends in a nozzle 14. The carburetor is attached to the latter (not shown here) attached. The cylinder extends with its lower part i 'through the plate i i bis to the lower edge i ". In the area of the annular channel 12 are in the lower part i ' of the cylinder i approximately four bores or oval holes 15 are provided.

Im Stufenkolben 2, 2' ist hubraumseitig eine Sacklochbohrung 16 angeordnet, die einen bestimmten Durchmesser aufweist. Unmittelbar über dem Grund der Bohrung 16 sind etwa vier schlit%-artige Öffnungen 17 eingearbeitet, die in der oberen Endstellung des gesamten Stufenkolbens 2, 2' sich mit kurzen Überströmkanälen 18 decken. Letztere münden in den Kompressionsraum i9 ein. Unmittelbar unter der Kante 2" des oberen Kolbenteiles 2 sind die Auspuffschlitze 2o, 21 in der Zylinderwand i angeordnet (Kolbenstellung gemäß Abb. i).A blind hole 16 is arranged on the displacement side in the stepped piston 2, 2 ', which has a certain diameter. Immediately above the bottom of the hole 16 about four Schlit% -like openings 17 are incorporated, which are in the upper end position of the entire stepped piston 2, 2 'coincide with short overflow channels 18. Latter open into the compression space i9. Immediately below the 2 "edge of the top Piston part 2 are the exhaust ports 2o, 21 in the cylinder wall i arranged (piston position according to fig. i).

In der oberen Endstellung dies Kolbens 2, 2' befinden sich etwa zwei Kolbenringe22, 23 des unteren Kolbenteiles 2' oberhalb der Überströmkanäle 18 und ebensoviel Ringe 22', 23' unterhalb derselben. Der obere, im Durchmesser größere Kolbenteile weist zweckmäßig ebenfalls zwei Kolbenringe 24, 25 auf. Die Zündkerze 26 ist beim dargestellten Ausführungsbeispiel schrägseitig in einen Überströmkanal 18 eingesetzt. Der gesamte Zylinder i ist mit Kühlrippen 27 versehen, die im Bereich des Kompressionsraumes im Durchmesser größer gehalten sind als im Bereich des oberen Zylinderteiles, d.h. im Bereich des Gemischverdichtungsraumes.In the upper end position of this piston 2, 2 'there are about two Piston rings 22, 23 of the lower piston part 2 'above the overflow channels 18 and as many rings 22 ', 23' below it. The upper one, larger in diameter Piston parts also expediently have two piston rings 24, 25. The spark plug In the illustrated embodiment, 26 is inclined into an overflow channel 18 used. The entire cylinder i is provided with cooling fins 27 in the area of the compression chamber are kept larger in diameter than in the area of the upper one Cylinder part, i.e. in the area of the mixture compression chamber.

Die Wirkung der vorerläuterten Maschine ist folgende: In der oberen Endstellung des Stufenkolbens 2, 2' gemäß Abb. i und .4 werden die verbrannten Gasreste durch die Auspuffschlitze 2o, 21 ausgetrieben, und zwar durch das unter einem bestimmten hohen Vorverdichtungsverhältnis im Raum 28 und in der Bohrung 16 befindliche Gasgemisch, welches von oben her in die Bohrung 16 des Stufenkolbens 2, 2' einläuft und durch die kurzen Überströmkanäle 18 in den Kompressionsraum gedrückt wird. Die erhöhte Verdichtung des Gemisches wird im Raum durch den einen bestimmten Durchmesser aufweisenden Kolben 2 während des eigentlichen Arbeitshubes der Maschine erreicht.The effect of the above-mentioned machine is as follows: In the upper one End position of the stepped piston 2, 2 'according to Fig. I and .4 are the burnt gas residues expelled through the exhaust ports 2o, 21, through the under a certain high pre-compression ratio in space 28 and the gas mixture in bore 16, which runs from above into the bore 16 of the stepped piston 2, 2 'and through the short overflow channels 18 is pressed into the compression space. The increased Compression of the mixture is achieved in the space by having a certain diameter Piston 2 reached during the actual working stroke of the machine.

Beim Abwärtsgang des Kolbens wird das in den Kompressionsraum i9 eingelassene Gemisch verdichtet, und zwar bis zur Stellung des Kolbens 2 gemäß Abb. 2. Ist letzterer in seiner untersten Stellung angelangt, erfolgt die Zündung des komprimierten Gemisches. Im gleichen Zeitpunkt decken sich die Öffnungen 15 des Zylinders mit den Öffnungen 17 des Kolbenteiles 2'. Dies hat zur Folge, daß Frischgase in die Bohrung 16 des Kolbens 2' eindringen, die anschließend in den nunmehr freien Raum 28 über dem Kolben 2 einströmen. Sobald die Zündung stattgefunden hat und der Stufenkolben arbeitsleistend nach oben getrieben wird, erfolgt die Überschreitung der Öffnungen 15 mit der Wirkung, daß die Zufuhr von Frischgasen abgeschlossen ist. Die Kolbenringe 22, 23 und 22', 23' sorgen dafür, daß der untere Stufenkolbenteil 2' in der bekannten Art völlig abgedichtet ist.When the piston moves downwards, the mixture admitted into the compression chamber i9 is compressed, namely up to the position of the piston 2 according to Fig. 2. When the latter has reached its lowest position, the compressed mixture is ignited. At the same time, the openings 15 of the cylinder coincide with the openings 17 of the piston part 2 '. This has the consequence that fresh gases penetrate into the bore 16 of the piston 2 ', which then flow into the space 28, which is now free, above the piston 2. As soon as the ignition has taken place and the stepped piston is driven upward to perform work, the opening 15 is exceeded with the effect that the supply of fresh gases is terminated. The piston rings 22, 23 and 22 ', 23' ensure that the lower stepped piston part 2 'is completely sealed in the known manner.

Die bisher erläuterteZweitaktbrennkraftmaschine besitzt zwar noch eine unerwünscht langgestreckte Bauweise. Es steht jedoch, wie aus Abb.4 ersichtlich ist, nichts im Wege, dieselbe so zu bauen, daß sie von der kurzen Bauweise der bekannten Maschinen kaum abzuweichen braucht, indem der obere Kolbenteil 2 des Stufenkolbens im Durchmesser größer und in seiner Länge kürzer gehalten ist als der untere Kolbenteil e'. Durch diese gedrängtere Bauweise wird die Maschine in vorteilhafter Weise kurzhubig. Der Stufenkolben besitzt zweckmäßig im Bereich 2" eine Verjüngung, so daß auf diese 'vN'eise ein größerer Kompressionsraum mit einem im wesentlichen zylindrischen Teil mit der Höhe 2"' und eine günstigere Kühlung dieses Kolbenteils durch die die Längsbohrung 16 durchströmenden Frischgase erzielt werden. Zur Erhöhung dieser Wirkung können, wie dargestellt, auf der Oberfläche des oberen Stufenkolbenteiles 2 und/oder in der Längsbohrung 16 Kühlrippen bzw. Kühlkanäle vorgesehen werden. Im übrigen ist es ohne weiteres möglich, den Zylinder mit einer Wasserkühlung auszurüsten, so daß auch, von dieser Seite aus betrachtet, bei einer hohen Drehzahl der Maschine die dabei möglicherweise auftretende hohe Wärme nicht schädlich sein, insbesondere keine Blockierung derselben zur Folge haben kann.The two-stroke internal combustion engine explained so far still has an undesirably elongated construction. However, it is, as can be seen in Figure 4 there is nothing in the way of building it in such a way that it differs from the short structure of the known Machines hardly need to deviate by the upper piston part 2 of the stepped piston is larger in diameter and kept shorter in length than the lower piston part e '. Due to this compact design, the machine is advantageously short-stroke. The stepped piston expediently has a taper in the area 2 ″, so that on this 'vN'eise a larger compression space with an essentially cylindrical part with a height of 2 "'and a more favorable cooling of this piston part through the longitudinal bore 16 fresh gases flowing through can be achieved. To increase this effect, as shown, on the surface of the upper stepped piston part 2 and / or in the longitudinal bore 16 cooling ribs or cooling channels are provided. Otherwise is it is easily possible to equip the cylinder with a water cooling system, so that also, viewed from this side, at a high speed of the machine the any high heat that may occur in the process should not be harmful, in particular none Blocking the same can result.

Claims

PATENT CLAIMS: i. In the two-stroke, externally igniting, mixture-compressing internal combustion engine, characterized in that a stepped piston guided in the cylinder has on the displacement side (2, 2 ') a blind hole (16), from the end of which several passages (17) branch off, which are in the top dead center position of the Stepped piston cover with overflow channels (18) provided inside the cylinder, the latter opening into the compression chamber (19), and that furthermore the passages (17) in the bottom dead center position of the piston in the area of an annular channel (12) sucking in the fresh gases arrive in such a way that the fresh gases passed through the longitudinal bore of the piston flow into a cavity (28) above the piston, larger than the compression chamber, in order to pass this piston through the upper part (2) during the working stroke in the manner of the known charge pump to be pre-compressed. z. Internal combustion engine according to claim i, characterized in that the compression space lies below the gas mixture compression space. 3. Internal combustion engine according to claim 2, characterized in that the upper piston part (2) of the stepped piston is larger in diameter and shorter in length than the lower piston part (2 '). 4. Internal combustion engine according to claim i, characterized in that on the 'cylinder lower part (i') an encircling ring (ii) is provided which the latter with openings (15) located on the outer wall of the cylinder or in the latter, corresponding channels ( 12) owns. 5. Internal combustion engine according to claim i, characterized in that the suction chamber (28) located above the stepped piston is larger than the compression chamber (i9).