DE823070B

DE823070B - Two-stroke internal combustion engine with slot-controlled inlet and valve-controlled outlet

Info

Publication number: DE823070B
Application number: DE1948P0008107
Authority: DE
Inventors: Traunreut bei Traunstein Ludwig Schart
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Filing date: 1948-10-02
Publication date: 1951-10-25

Description

(WiGBl. S. 175)(WiGBl. P. 175)

AUSGEGEBEN AM 29. NOVEMBER 1951ISSUED NOVEMBER 29, 1951

pSioj la j 46a² DpSioj la j 46a ² D

Die Erfindung betrifft nach dem Zweitaktverfahren arbeitende Verbrennungsmotoren mit einem Kolben je Verbrennungsraum, mit in bekannter Weise vom Kolben gesteuertem Zylindereinlaß, einem im Zylinderkopf angeordneten Auslaßventil ο. dgl. und demzufolge mit einer vom Kolben zum Zylinderkopf gerichteten Gleichstromspülung. Nach der Erfindung wird bei Motoren dieser Art die Schließung des Auslasses und damitThe invention relates to internal combustion engines operating according to the two-stroke process one piston per combustion chamber, with cylinder inlet controlled in a known manner by the piston, an exhaust valve arranged in the cylinder head ο. Like. And consequently with one of the Piston directed towards the cylinder head, direct-current purging. According to the invention, in engines this kind of closing the outlet and thus

ίο der Beginn der Verdichtung so wesentlich verzögert, daß infolge des verkürzten Verdichtungshubes das Ausdehnungsverhältnis der Verlirennungsgase bedeutend größer als das Verdichtungsverhältnis ist und dadurch eine sehr weitgehende Ausnutzung der Ausdehnungsenergie der Gase sowie eine Reihe weiterer wertvoller Vorteile erzielt werden.ίο the start of compaction is delayed so much, that as a result of the shortened compression stroke, the expansion ratio of the Verliremmengase is significantly greater than the compression ratio and therefore a very extensive one Exploitation of the expansion energy of the gases as well as a number of other valuable advantages be achieved.

Bei allen jetzt gebräuchlichen Verbrennungsmotoren ist der Ausdehnungshub des Arbeitskolbens im wesentlichen ebenso groß wie der Ver- dichtungshub. Die bei einem solchen Hubverhältnis von ι : ι nur unvollständige Ausdehnung der Verbrennungsgase hat zur Folge, daß Druck und Temperatur dieser Gase im Augenblick des öffnens des Auslasses noch sehr erheblich sind und dadurch «5 im allgemeinen rund ein Drittel der Gesamtwärme mit den Abgasen abgeführt wird.In all internal combustion engines now in use, the expansion stroke of the working piston is essentially as large as the displacement seal stroke. With such a stroke ratio of ι: ι only incomplete expansion of the combustion gases has the consequence that the pressure and temperature of these gases at the moment of opening of the outlet are still very considerable and therefore «5 generally around a third of the total heat is dissipated with the exhaust gases.

An Einrichtungen zu einer Ausnutzung der in den Verbrennungsgasen am Ende des Ausdehnungshubes noch enthaltenen Wärme kennt man außer der allerdings nur bei stationären Kraftanlagen anwendbaren Abwärmeverwertung auch Abgasturbinen, welche bei den jetzt gebräuchlichen Ausführungsformen zum direkten Antrieb eines Aufladegebläses dienen. Die Verwendung derartiger Abgasturbogebläse verbietet sich allerdings, wenn die Temperatur der Abgase einen bestimmten Wert überschreitet, und sie lassen sich mit Vorteil auchDevices for utilizing the heat still contained in the combustion gases at the end of the expansion stroke are also known the waste heat recovery, which can only be used in stationary power plants, including exhaust gas turbines, which in the now common embodiments for the direct drive of a supercharger serve. The use of such exhaust gas turbo fans is prohibited, however, if the temperature of the exhaust gases exceeds a certain value, and they can also be used to advantage

nur bei größeren und vielzylindrigen Motoren verwenden, weil ein solches Turbinenaggregat für kleinere Motoren verhältnismäßig viel zu kostspielig ist und bei wenigen Zylindern auch der Wirkungsgrad der Turbine wegen der hier stärker in Erscheinung tretenden stoßweisen Beaufschlagung der Turbinenschaufeln geringer ist. Bei geeigneten Motoren können mit derartigen Einrichtungen zwar Hubraumleistung und Wärmewirkungsgrad gesteigert werden, aber die Ausnutzung der Restenergie der Verbrennungsgase erfolgt hierbei in wenig idealer Weise außerhalb des Arbeitszylinders auf einem verlustreichen Umweg. only use with larger and multi-cylinder engines because such a turbine unit is suitable for smaller engines are relatively much too expensive and with few cylinders also the Efficiency of the turbine because of the intermittent loading that is more noticeable here of the turbine blades is lower. With suitable engines, such devices can be used Although displacement and thermal efficiency can be increased, but the utilization the residual energy of the combustion gases takes place outside in a less ideal way of the working cylinder in a lossy detour.

Bei Viertaktmotoren besteht zu einer besseren, unmittelbar im Zylinder erfolgenden Ausnutzung der Energie der Verbrennungsgase wohl die Möglichkeit, das Ausdehnungsverhältnis gegenüber dem Verdichtungsverhältnis zu vergrößern, wie auch ein bekanntgewordener, allerdings mit anderer Zielsetzung durchgeführter Versuch aufzeigt. Durch eine verzögerte Schließung des Einlaßventils wird hier beispielsweise die Hälfte des angesaugten Kraftstoff-Luft-Gemisches beim Aufwärtsgang des Kolbens durch das noch offene Einlaßventil wieder ausgestoßen und der Rest in dem ebenfalls auf die Hälfte verkleinerten Verdichtungsraum verdichtet. Der Verdichtungshub ist dadurch nur halb so lang als der normal bleibende volle Ausdehnungshub. Dieses Verfahren ergibt zwar eine bessere Kraftstoffausnutzung, ist aber mit großen Machteilen verbunden und praktisch nur begrenzt anwendbar. Die aus dem Einlaßventil wieder austretende Gemischmenge wird bei dem erwähnten Versuchsmotor nämlich in einen anderen Zylinder gedrückt, dessen Kolben sich gerade saugend abwärts bewegt. Ein solcher Motor muß demnach also mindestens vier Zylinder aufweisen. Es ist darüber hinaus selbstverständlich auch sehr unwirtschaftlich, eine Gasmenge zuerst unter Verlusten in den Zylinder zu saugen und dann unter Verlusten wieder auszuschieben, und außerdem hat dieses Verfahren noch eine verringerte Hubraumleistung zur Folge, die nur in wenigen Fällen in Kauf genommen werden kann.In four-stroke engines there is a better utilization that takes place directly in the cylinder the energy of the combustion gases probably the possibility of the expansion ratio compared to the To increase the compression ratio, like a well-known one, but with a different objective performed experiment shows. By delayed closing of the inlet valve here, for example, half of the fuel-air mixture drawn in during upward gear is achieved of the piston is ejected through the still open inlet valve and the rest in that too condensed to half the compression area. The compression stroke is only thereby half as long as the normal remaining full expansion stroke. Although this procedure results in a better fuel economy, but is associated with great disadvantages and only limited in practice applicable. The amount of mixture emerging again from the inlet valve is in the case of the mentioned Test engine pressed into another cylinder, the piston of which is sucking in moved downwards. Such an engine must therefore have at least four cylinders. It is in addition, of course, also very uneconomical, a quantity of gas initially with losses to suck into the cylinder and then push it out again with losses, and also has this process still results in a reduced displacement, which in only a few cases Purchase can be made.

Die bekannten Zweitaktmotoren weisen neben der beschriebenen, für alle Verbrennungsmotoren zutreffenden unvollständigen oder unvorteilhaften Ausnutzung der Ausdehnungsenergie der Verbrennungsgase meist eine sehr mangelhafte Spülung und Ladung auf, und zwar besonders jene ' Motoren, bei denen das Kurbelgehäuse als Ladepumpe dient. Hier wird vor allem bei hohen Drehzahlen die Füllung des Zylinders auch nicht annähernd erreicht, denn durch die beim Ein- und überströmen auftretenden Verluste ist am Ende des Einsaugens der Luft in das Kurbelgehäuse in diesem ein Unterdruck, und am Ende des Überströmens noch ein Überdruck vorhanden, was beides eine Verringerung der in den Zylinder gedrückten Ladung bewirkt.The known two-stroke engines have, in addition to the one described, for all internal combustion engines applicable incomplete or unfavorable utilization of the expansion energy of the combustion gases mostly a very inadequate scavenging and charging, especially those 'engines that use the crankcase as a charge pump serves. Here, especially at high speeds, the filling of the cylinder does not even come close achieved, because the losses that occur during the inflow and overflow are at the end When the air is sucked into the crankcase, there is a negative pressure in it, and at the end of the overflow there is still an overpressure, both of which reduce the pressure in the cylinder Charge causes.

Die am meisten und in vielerlei Abwandlungen zur Anwendung gelangenden Umkehrspülungen verursachen infolge der großen Berührungsflächen der im Gegenstrom aneinander vorbeistreichenden verbrannten und frischen Gase eine starke Wirbelbildung mit weitgehender Vermischung der Gase, so daß der Zylinder nach beendeter Ladung, selbst wenn diese an sich ausreichend ist, nie mit reiner Ladung gefüllt ist und bei Vergasermotoren dadurch auch Kraftstoff-Luft-Gemisch durch den Auslaß verlorengeht.The most widely used reverse rinses, and in many variations cause due to the large contact areas of the in countercurrent passing each other burned and fresh gases a strong vortex formation with extensive mixing of the gases, so that the cylinder after the end of the charge, even if this is sufficient in itself, never with a pure The charge is full and, in the case of carburettor engines, this also causes the fuel-air mixture to flow through the Outlet is lost.

Auch bei den mit Gleichstromspülung arbeitenden Doppelkolbenmotoren mit zwei parallelen Zylindern je Verbrennungsraum läßt sich eine Vermischung der verbrannten und frischen Gase durch Wirbelbildungen am Einlaßschlitz und durch Umlenkung des Gasstromes im Zylinderkopf kaum ausschalten.Even with the double-piston engines working with direct current flushing with two parallel The burned and fresh gases can be mixed through cylinders per combustion chamber Hardly any vortex formation at the inlet slot or by deflecting the gas flow in the cylinder head turn off.

Lediglich Doppelkolbenmotoren mit gegenläufigen Kolben und mit auf den Zylinderumfang verteilten, zur Erzeugung eines Gaswirbels schräg einmündenden Einlaßöffnungen weisen eine gute Gleichstromspülung auf. Durch das erforderliche ungünstige Triebwerk sind solche Motoren aber wieder schwerer und teurer.Only double-piston engines with opposing pistons and with distributed over the cylinder circumference, In order to generate a gas vortex, inlet openings which open at an angle have good direct current purging on. However, because of the unfavorable engine that is required, such engines are heavier and more expensive.

Diese aufgeführten Mangel der bekannten Verbrennungsmotoren werden durch vorliegende Erfindung beseitigt. Es wird in erster Linie eine Erhöhung des Gesamtwärmewirkungsgrades bezweckt, doch sind auch die weiteren damit erzielbaren Vorteile von Bedeutung.These listed shortcomings of the known internal combustion engines are addressed by the present invention eliminated. The primary aim is to increase the overall thermal efficiency, however, the other advantages that can be achieved with it are also important.

Die hierbei verwendeten, einzeln zwar an sich bekannten Konstruktionsformen und Einzelheiten ergeben erst in dem ernndungsgemäßen, außerordentlich günstigen Zusammenspiel mit dem neuartigen, durch die stark verzögerte Schließung des Auslasses erzielten Unterschied zwischen Verdichtungs- und Ausdehnungshub jene Reihe von Vorteilen, die im folgenden noch einzeln beschrieben sind.The construction forms and details used here, although individually known per se result only in the extraordinarily favorable interaction in accordance with the appointment with the novel, due to the delayed closing of the outlet, the difference between compression and expansion stroke that series of advantages, which are described individually below are.

Der erforderliche Unterschied zwischen Verdichtungs- und Ausdehnungshub kann bei einem erfindungsgemäßen Zweitaktmotor mit einem in an sich bekannter Weise im Zylinderkopf angeordneten Auslaßventil auf einfache Weise durch entsprechend unsymmetrisch zu den Totpunktlagen des Kolbens eingestellte öffnungs- und Schließzeiten des Auslaßventils erzielt werden.The required difference between compression and expansion stroke can be for a two-stroke engine according to the invention with a arranged in a known manner in the cylinder head Exhaust valve in a simple manner by being appropriately asymmetrical to the dead center positions opening and closing times set on the piston of the exhaust valve can be achieved.

Es mag zunächst abwegig erscheinen, einen neu- no zeitlichen Zweitaktmotor mit Auslaßventilen im Zylinderkopf auszustatten, weil die sehr kurze Zeit, die bei einem Zweitaktmotor mit hoher Drehzahl für den Auslaß der Verbrennungsgase gewöhnlich zur Verfügung steht, die Verwendung von Ventilen zu verbieten scheint, und weil Auslaßventile zu den thermisch mit am meisten belasteten Teilen eines Verbrennungsmotors zählen und deshalb natürlich möglichst vermieden werden. Außerdem ist es ja gerade die auf der ventillosen Bauart beruhende Einfachheit des Zweitaktmotors, welche dessen Verwendung in gewissen Fällen bisher vorteilhaft machte. Ebenso unzweckmäßig mutet es an, mit einer nur teilweisen Füllung des Zylinders zu arbeiten, w^Tie dies durch einen verkleinerten Verdichtungshub in jedem Fall bedingt scheint, daAt first it may seem absurd to equip a modern two-stroke engine with exhaust valves in the cylinder head, because the very short time that is usually available for the exhaust of the combustion gases in a two-stroke engine at high speed seems to prohibit the use of valves, and because exhaust valves are among the most thermally stressed parts of an internal combustion engine and are therefore of course avoided as far as possible. In addition, it is precisely the simplicity of the two-stroke engine based on the valveless design that has made its use advantageous in certain cases. Likewise, it seems inappropriate to working with only partial filling of the cylinder, w ^T he this by a reduced compression in any case, seems limited, since

die allgemeine Entwicklung doch mehr eine Überladung der Zylinder anstrebt. Durch die folgenden eingehenden Erläuterungen zur Erfindung wird aber bewiesen, daß bei der Erfindung in Anbetracht der Verbesserung des Wärmewirkungsgrades die Verwendung von Auslaßventilen durchaus zweckmäßig und auch bei Motoren mit sehr hoher Drehzahl möglich ist.the general trend is more aimed at overloading the cylinders. Through the following detailed explanations of the invention is proven that in the invention in consideration the use of exhaust valves is quite appropriate to improve the thermal efficiency and is also possible with motors with very high speeds.

Die Abb. ι bis 8 veranschaulichen die Arbeitsweise und verschiedene Einrichtungen an Zweitaktmotoren nach der Erfindung.The Fig. Ι to 8 illustrate the operation and various devices on two-stroke engines according to the invention.

Die Abb. ι bis 6 zeigen schematisch verschiedene Phasen des Arbeitsvorganges bei einem als Beispiel gewählten Ottomotor mit Kurbelkastenladepumpe und vom Kolben gesteuerten Gehäuse- und Zylindereinlaßöffnungen. The Fig. Ι to 6 show schematically different Phases of the work process for a gasoline engine with crankcase charging pump chosen as an example and piston controlled housing and cylinder inlet ports.

Abb. ι zeigt den Motor mit in der oberen Totpunktlage befindlichem Kolben 1. Der Verdichtungshub ist hier beendet, und die Zündung durch die ao auf der Zeichnung als unwesentlich weggelassene Zündkerze hat normalerweise kurz vorher stattgefunden. Das Auslaßventil 2 ist geschlossen, während der Gehäuseeinlaß 3, dessen Steuerung vom Bekannten nicht abweicht, vom Kolben ganz freigegeben ist.Fig. Ι shows the engine in the top dead center position located piston 1. The compression stroke is ended here, and the ignition by the ao on the drawing as an insignificantly omitted spark plug has usually taken place shortly before. The outlet valve 2 is closed, while the housing inlet 3, its control does not deviate from the known, is completely released from the piston.

AIjI). 2 zeigt die Stellung des abwärtsgehenden Kolbens in dem Augenblick, in dem das Auslaßventil zu öffnen beginnt.AIjI). 2 shows the position of the downward going Piston at the moment when the exhaust valve begins to open.

Abb. 3 veranschaulicht eine weitere Phase des Arbeitsvorganges im Verlaufe des Ausdehnungshubes des Kolbens, wobei das Auslaßventil schon teilweise geöffnet und der Druck im Zylinder durch das Ausströmen der Verbrennungsgase entsprechend gesunken ist. Die Zylindereinlaßöffnung des Überströmkanals 4 ist hier durch den Kolben gerade noch abgedeckt.Fig. 3 illustrates a further phase of the operation in the course of the expansion stroke of the piston, with the exhaust valve already partially open and the pressure in the cylinder due to the outflow of the combustion gases accordingly has decreased. The cylinder inlet opening of the overflow channel 4 is straight here through the piston still covered.

Bei der weiteren Abwärtsbewegung des Kolbens wird der Einlaß für das im Kurbelgehäuse vorverdichtete Kraftstoff-Luft-Gemisch dann zunehmend freigegeben. Zum Zwecke einer einwandfreien Spülung läßt man das Gemisch zweckmäßig in bekannter Weise in tangentialer oder dementsprechend schräger Richtung in den Zylinder ein* treten, so daß dasselbe eine auf dem Kolben stehende Wirbelsäule bildet, welche durch wendelartiges Ansteigen an Höhe zunimmt und dadurch wie ein KoIl)Cn die Verbrennungsgase verdrängt.With the further downward movement of the piston, the inlet for the pre-compressed in the crankcase becomes The fuel-air mixture is then increasingly released. For the sake of a flawless The mixture is expediently rinsed in a known manner in a tangential or corresponding manner enter the cylinder obliquely, so that the same one standing on the piston Spine forms, which increases in height through a spiral-like rise and thus like a KoIl) Cn displaces the combustion gases.

Abb. 4 zeigt den Alotor mit in der unteren Totpunktlage stehenden Kolben. Das Auslaßventil ist nun weitgehend geöffnet und der Zylindereinlaß 5 vom Kolben völlig freigelegt. Ein Teil des frischen Gemisches ist aus dem Kurbelgehäuse unter Verdrängung einer entsprechenden Menge verbrannter Gase in den Zylinder übergeströmt. Das Laden des Zylinders mit Gemisch nimmt bei der nun folgenden Aufwärtsbewegung des Kolbens in bekannter Weise noch seinen Eortgang, bis die Einlaßöffnung durch den Kolben wieder abgedeckt ist.Fig. 4 shows the Alotor with in the bottom dead center position standing piston. The exhaust valve is now largely open and the cylinder inlet 5 completely exposed by the piston. Some of the fresh mixture is under displacement from the crankcase a corresponding amount of burned gases flowed over into the cylinder. Loading the Cylinder with mixture takes in the now following upward movement of the piston in known Make your own way until the inlet opening is covered again by the piston.

Abb. 5 zeigt die Stellung des Kolbens und den ungefähren Füllungszustand des Zylinders nach beendeter Ladung. Wie aus der Abbildung ersichtlich, ist der, Zylinder nicht vollends mit frischem Gemisch 6 gefüllt, weil aus den schon früher angeführten Gründen die im Kurbelgehäuse vorbereitete Gemischmenge nicht zu einer völligen Füllung des Zylinders ausreicht.Fig. 5 shows the position of the piston and the approximate filling level of the cylinder after completion Charge. As can be seen from the picture, the cylinder is not completely fresh Mixture 6 filled because, for the reasons already mentioned, the one prepared in the crankcase The amount of mixture is not sufficient to completely fill the cylinder.

■ Selbstverständlich tritt auch bei der hier zur Anwendung gelangenden Gleichstromspülung eine begrenzte Vermengung des Gemisches mit den Verbrennungsgasen ein, da sich an der Grenze zwisehen der rotierenden Gemischsäule 6 und den nicht mehr oder nicht mehr so stark in Drehung befindlichen Verbrennungsgasen 7 Wirbel bilden, die in einer gewissen Zone 8 zu einer Vermischung führen. Diese Vermischung ist aber ohne Zweifel nicht so weitgehend wie bei den bekannten Umkehrspülungen. Da das rotierende und spezifisch schwerere Gemisch nach außen gedrückt wird, werden auch Wirbelbildungen an der Zylinderwand zuverlässig ausgeschaltet.■ Of course, there is also a direct current flushing used here limited mixing of the mixture with the combustion gases, as there is a conflict at the limit the rotating mixture column 6 and the no longer or no longer so strong in rotation Combustion gases located 7 form vortices, which in a certain zone 8 to a mixing to lead. However, this mixing is undoubtedly not as extensive as with the known reverse flushing. Since the rotating and specifically heavier mixture is pressed outwards, are vortex formation on the cylinder wall is also reliably eliminated.

Die im Zylinder jetzt noch befindlichen Verbrennungsgase werden nun aber nicht zusammen mit dem frischen Gemisch erneut verdichtet, wie dies bei den bekannten Motoren, deren schlechte Eigenschaften mit verursachend, geschieht, sondern nach der Erfindung im weiteren Verlauf des Arbeitsvorganges bei noch weiterhin geöffnetem Auslaßventil durch den aufwärtsgehenden Kolben ausgeschoben. The combustion gases that are still in the cylinder are not combined recompressed with the fresh mixture, as is the case with the known engines, their bad ones Properties with causing, happens, but according to the invention in the further course of the work process with the exhaust valve still open, pushed out by the upward-moving piston.

Abb. 6 zeigt die Stellung des Kolbens nach beendeter Schließung des Auslaßventils. Die Verdichtung des allein im Zylinder noch verbliebenen reinen Gemisches hat begonnen und ist bei im oberen Totpunkt angelangten Kolben, entsprechend der Abb. 1, vollendet.Fig. 6 shows the position of the piston after the exhaust valve has closed. The compression of the pure mixture still remaining in the cylinder has started and is at im piston reached top dead center, according to Fig. 1, completed.

Bei einem in der beschriebenen Weise arbeitenden Vergasermotor läßt sich natürlich auch nicht ganz vermeiden, daß eine geringe Menge Gemisch verlorengeht oder, bzw. gleichzeitig, Verbrennungsgasreste im Zylinder zurückbleiben. Zu einer mögliehst volkommenen Durchführung des vorgeschlagenen Verfahrens ist es deshalb am zweckmäßigsten, auch bei Ottomotoren den Kraftstoff einzuspritzen, und zwar entweder in den Überströmkanal oder nach Schließung des Auslaßventils direkt in den Zylinder. In ersterem Fall läßt sich der Beginn der Einspritzung leicht so einstellen, daß der Zylinder zuerst mit einer kleinen Menge reiner Spülluft beschickt wird, die dann zum größten Teil mit den vermengten Ver- no brennungsgasen ausgeschoben wird. Der eingespritzte Ottokraftstoff wird in jedem Fall durch die wirbelnde Luft gut verteilt und vergast.In the case of a carburetor engine operating in the manner described, of course, this cannot be done either Avoid completely that a small amount of mixture is lost or, or at the same time, combustion gas residues remain in the cylinder. For the most complete implementation of the proposed In the process, it is therefore most appropriate to inject the fuel into gasoline engines as well, either in the overflow channel or directly in the cylinder after closing the exhaust valve. In the former case it can Adjust the start of injection slightly so that the cylinder starts with a small one Amount of pure purging air is fed, which is then largely mixed with the mixed Ver no combustion gases is pushed out. The injected petrol is always through the swirling air is well distributed and gasified.

Bei der Anwendung des Dieselverfahrens bei Glühkopfmotoren und anderen Ausführungen entsprechen die Arbeitsvorgänge im Motor, mit Ausnahme der dem jeweiligen Verfahren eigenen Kraftstoffzufuhr und Zündung, im wesentlichen den Vorgängen bei dem beschriebenen Beispiel.When using the diesel process for hot-head engines and other designs, correspond the work processes in the engine, with the exception of the fuel supply specific to the respective process and ignition, essentially as in the example described.

Die Vorteile eines Motors nach den Abb. 1 bis 6 basieren, wie schon ausgeführt, auf der verzögerten Schließung des Auslasses. Bei der Wahl der geeigneten Ventilzeiten ist selbstverständlich zu beachten, daß der öffnungs- und Schließzeitpunkt des Auslasses nicht gleichbedeutend mit dem Ende des nutzbaren Ausdehnungshubes und mit dem BeginnThe advantages of a motor according to Figs. 1 to 6 are based, as already stated, on the delayed Closure of the outlet. When choosing the suitable valve times, it goes without saying that that the opening and closing times of the outlet are not synonymous with the end of the usable expansion stroke and with the beginning

der Verdichtung ist, daß vielmehr praktisch, bei hohen Drehzahlen natürlich in verstärktem Maße, die Verdichtung im Zylinder schon beginnt, wenn sich der Auslaßquerschnitt im Zuge der Schließung des Auslasses bereits sehr weitgehend verkleinert hat, und daß andererseits¹ auch nach eingeleiteter Auslaßöffnung ein zwar schnell absinkender, aber noch nutzbarer Druck für eine kleine Kolbenwegstrecke in Rechnung zu stellen ist. Bei dem MotorThe compression is that it is more practical, and of course to a greater extent at high speeds, that compression in the cylinder begins when the outlet cross-section has already largely decreased in the course of closing the outlet, and that on the other hand ^1, even after the outlet opening has been initiated, a fast decreasing, but still usable pressure for a small piston travel distance must be taken into account. With the engine

ίο nach den Abb. ι bis 6 ist demnach das aus einem ungefähren, praktischen Verdichtungshub g und einem angenommenen wirksamen Ausdehnungshub io sich ergebende Hubverhältnis ungefähr 1:2, und bei einem beispielsweisen Verdichtungsverhältnis des Motors von 6:1 beträgt dann das Ausdehnungsverhältnis 1:12.ίο according to Figs. ι to 6, the stroke ratio resulting from an approximate, practical compression stroke g and an assumed effective expansion stroke io is approximately 1: 2, and with an example compression ratio of the engine of 6: 1, the expansion ratio is then 1:12 .

Die Wahl des jeweils geeignetsten Hubverhältnisses wird durch den Verwendungszweck des λΙοΙΟΓβ bestimmt. Kommt es auf beste Kraftstoffausnutzung an, wie zum Beispiel bei stationären Kraftanlagen, bei denen ein höheres Leistungsgewicht in Kauf genommen werden kann, so werden doch größere Hubverhältnisse als 1:2 von Vorteil sein, während bei einer auf beste Hubraumleistung zielenden Konstruktion das Hubverhältnis auch unter 1 :2 liegen kann.The choice of the most suitable stroke ratio is determined by the intended use of the λΙοΙΟΓβ determined. When it comes to the best fuel economy on, for example with stationary power plants, where a higher power-to-weight ratio can be accepted However, larger stroke ratios than 1: 2 are advantageous, while with one on the best displacement performance Targeted construction, the stroke ratio can also be less than 1: 2.

Von den aus dem Hubunterschied sich ergebenden Vorteilen sei zuerst auf den Arbeitsgewinn durch den relativ größeren Ausdehnungshub eingegangen. Of the advantages resulting from the difference in stroke, let’s first be the gain in work received by the relatively larger expansion stroke.

Das in Abb. 7 dargestellte Druckdiagramm eines in der beschriebenen Weise arbeitenden Motors läßt den Gewinn an Arbeit deutlich erkennen. Bei einem üblichen Zweitaktmotor, bei dem der Kolbenweg 11 bei der Verdichtung und Ausdehnung gleich groß ist, entspricht die von den Gasen geleistete Arbeit der Fläche 12 mit bekannter Form. Hierbei ist am Ende des Ausdehnungshubes, entsprechend der Druckkurve 13, 14, wenn der Auslaß bei 14 freigegeben wird, der Druck im Zylinder zwar schon stark gesunken, aber der bei einer weiteren Ausdehnung der Gase annähernd adiabatisch verlaufende und durch die sehr flache Kurve 14, 15 charakterisierte Druckabfall ist dann nur noch gering und der durch den verlängerten Kolbenhub 16 erzielte und durch die Fläche 17 .dargestellte Gewinn an Arbeit deshalb sehr beachtlich.The pressure diagram shown in Fig. 7 of an engine operating in the manner described clearly shows the gain in work. In a conventional two-stroke engine, in which the piston travel 11 is equal in compression and expansion, corresponds to that achieved by the gases Work of surface 12 of known shape. Here is at the end of the expansion stroke, accordingly the pressure curve 13, 14 when the outlet at 14 is released, the pressure in the cylinder has already dropped significantly, but that of another Expansion of the gases approximately adiabatically and due to the very flat curve 14, 15 The pressure drop characterized is then only slight, and that due to the lengthened piston stroke 16 achieved and represented by the area 17 therefore very considerable at work.

Das gezeichnete Druckdiagramm weist gegenüber den Diagrammen üblicher Zweitaktmotoren als l>emerkenswertes Kennzeichen den am Ende des Ladevorganges bei Punkt 18 beginnenden und ungefähr mit dem Schließen des Auslasses bei Punkt H) beendeten Ausschiebehub des Kolbens auf. jCompared to the diagrams of conventional two-stroke engines, the pressure diagram shown shows the extension stroke of the piston which begins at the end of the loading process at point 18 and ends approximately with the closing of the outlet at point H) . j

Die erhöhte Arbeitsleistung der Verbrennungsgase läßt sich auch durch den Temperaturverlauf bei deren Ausdehnung nachweisen. Nimmt man beispielsweise an, daß der Druck der Verbrennungsgase in einem Zylinder am Ende der Ausdehnung¹ auf ι : 6 noch 4 ata und die Temperatur der Gase 750⁰ C beträgt, so sinkt bei weiterer, adiabatischer Ausdehnung der Gase auf 1:12 der Druck auf 1,5 ata und die Temperatur auf rund 500⁰C. Da mm die Arbeit, welche von Gasen bei ihrer Aus- I dehnung geleistet wird, dem Unterschied zwischen Anfangs- und Endteniperatur, dem Wärmegefälle, entspricht, so läßt sich durch einen Vergleich der beiden Wärmegefälle, nämlich desjenigen bei der ersten Ausdehnung auf 1 :6, welches bei einer ungefähren Anfangstemperatur von 2000 dann 1250° C beträgt, und dem Gefälle bei der weiteren Ausdehnung auf 1 : 12, in Höhe von 250⁰ C, der Gewinn an Arbeit grob abschätzen. Bei genauerer Betrachtung ist der Arbeitsgewinn aber noch größer, als es dieser oberflächliche Vergleich der Temperaturgefälle aufzeigt, weil nämlich die von den Gasen auf den Motor übergehende Wärmemenge, welche nicht in Arbeit umgesetzt wird, am Anfang der Ausdehnung wegen des hier noch hohen Temperaturunterschiedes zwischen Gasen und Motorteilen besonders groß ist.The increased work performance of the combustion gases can also be demonstrated by the temperature profile as they expand. If one assumes, for example, that the pressure of the combustion gases in a cylinder at the end of expansion ¹ to ι: 6 is still 4 ata and the temperature of the gases is 750 ^° C., the pressure drops with further adiabatic expansion of the gases to 1:12 ata to 1.5 and the temperature to about 500 ⁰ C. as mm the work which is done expansion of gases at their initial I, corresponding to the difference between the initial and Endteniperatur, the heat gradient, it can be checked by comparing the two thermal gradient, namely, of that at the first extension to 1: 6 which is at an approximate initial temperature of 2000 then 1250 ° C, and the gradient in the further expansion to 1: 12, amounting to 250 ⁰ C, the gain in Roughly estimate work. On closer inspection, however, the gain in work is even greater than this superficial comparison of the temperature gradient shows, because the amount of heat transferred from the gases to the engine, which is not converted into work, at the beginning of the expansion because of the still high temperature difference between the gases and engine parts is particularly large.

Die Druck- und Temperaturverhältnisse sind von Fall zu Fall, entsprechend der Motorenart, Verdichtungshöhe, dem Wärmeübergang auf den Motor und anderen mitbestimmenden Faktoren natürlich sehr verschieden, doch wird sich der Gewinn an Arbeitsleistung bei einem Hubverhältnis von ι : 2 allein schon aus dem einen bis jetzt beschriebenen Grunde zwischen 15 und 30% bewegen. The pressure and temperature conditions are from case to case, according to the type of engine, Compression height, the heat transfer to the engine and other influencing factors of course very different, but the gain in work performance will be increased with a stroke ratio of ι: 2 move between 15 and 30% for the one reason described so far.

Ein anderer, nicht geringerer Vorteil der Erfindung beruht darauf, daß hierbei weniger Wärme von den Verbrennungsgasen durch Berührung mit den Motorteilen oder durch Strahlung auf den Motor übergehen kann.Another, no less, advantage of the invention is based on the fact that it uses less heat of the combustion gases through contact with the engine parts or through radiation on the Motor can override.

Bekanntlich sind für den Umfang der übergehenden Wärmemenge neben einer bestimmten Wärmeübergangszahl bzw. Strahlungszahl und der Oberfläche auch der Temperaturunterschied und die für den Übergang zur Verfügung stehende Zeit maßgebend. Da nun die Endtemperatur der Gase bei der Ausdehnung auf 1 :i2 niedriger ist als bei der in der gleichen Zeit sich abwickelnden Ausdehnung auf ι : 6 beim üblichen Motor, ist auch der mittlere Temperaturunterschied zwischen den Gasen und dem Motor und damit auch die übergehende Wärmemenge geringer.It is well known that the amount of heat transferred in addition to a certain heat transfer coefficient or radiation number and the surface also the temperature difference and the for the time available for the transition is decisive. Since the end temperature of the gases is now at the expansion to 1: i2 is lower than the expansion taking place at the same time at ι: 6 in the usual engine, is also the mean temperature difference between the Gases and the engine and thus also the amount of heat transferred.

Die Verminderung des Wärmeüberganges läßt sich anschaulich auch auf folgende Weise begründen. Bei einem Motor nach der Erfindung mit einem Hubverhältnis 1:2 ist der vom Kolben bis no zu der teilweisen Ausdehnung der Gase auf 1 :6 zurückgelegte Weg nur halb so lang als bei einem üblichen Motor, und folglich ist auch die für diese teilweise Ausdehnung benötigte Zeit entsprechend kürzer. Bei dem beschriebenen Motor beträgt beispielsweise die Zeit bis zur Ausdehnung auf ι :6 unter Berücksichtigung der Zusammenhänge zwischen Kolbenweg und Kurbelweg rund 60% derjenigen bei einem üblichen Motor, und wenn die anderen Faktoren für die Berechnung des Wärme-Überganges als bei beiden Motoren gleich angenommen werden, gehen bei einem erfindungsgemäßen Motor bis zur teilweisen Ausdehnung auf 1 : 6 ungefähr 40% weniger Wärme auf den Motor über. Bei der weiteren Ausdehnung der Ga.se auf 1 :i2 ist dann der Temperaturunterschied zwischen diesenThe reduction in heat transfer can also be clearly explained in the following way. In an engine according to the invention with a stroke ratio of 1: 2, the path covered from the piston to no to the partial expansion of the gases to 1: 6 is only half as long as in a conventional engine, and consequently is also the partial expansion required for this Time correspondingly shorter. In the engine described, for example, the time to expansion to ι : 6, taking into account the relationships between piston travel and crank travel, is around 60% of that in a conventional engine, and if the other factors for calculating the heat transfer are assumed to be the same for both engines in a motor according to the invention, about 40% less heat is transferred to the motor up to the partial expansion to 1: 6. With the further expansion of the Ga.se to 1: i2, the temperature difference between them is then

und dem Motor nicht mehr hoch, besonders der Wärmeübergang durch Strahlung ist nur noch geringfügig, so daß im vorliegenden Fall im ganzen mit einem um mindestens 25% verringerten Wärmeübergang gerechnet werden kann und der durch Kühlung abzuführende Anteil der Gesamtwärme von den gewöhnlich rund 30% auf wenigstens 22% herabgesetzt wird. Bei größeren Hubverhältnissen als 1:2 ist der Wärmeübergang sogar noch entsprechend geringer.and the engine is no longer high, especially the heat transfer through radiation is only slightly, so that in the present case a total of at least 25% decreased Heat transfer can be expected and the proportion of the total heat to be dissipated by cooling which is usually reduced by around 30% to at least 22%. With larger stroke ratios the heat transfer is even lower than 1: 2.

Die auf diese Weise in den Verbrennungsgasen verbleibende größere Wärmemenge hat eine wertvolle Steigerung des Arbeitsvermögens der Gase zur Folge, und außerdem ist auch die thermische Belastung des Motors, also auch die des gewöhnlich hochbeanspruchten Kolbens, etwas kleiner.The greater amount of heat remaining in the combustion gases in this way has a valuable increase in the working capacity of the gases as a result, and in addition, the thermal load on the motor is also common highly stressed piston, slightly smaller.

Von Bedeutung ist auch, daß die zur Abführung der Wärme vom Motor erforderlichen Kühleinrichtungen leichter und kleiner sein können, und daß in manchen Fällen auch an Stelle der Flüssigkeitskühlung die einfachere Luftkühlung angewendet werden kann.It is also important that the cooling equipment required to dissipate the heat from the engine can be lighter and smaller, and in some cases instead of liquid cooling the simpler air cooling can be applied.

Im Anschluß an die vorstehenden Angaben ist als wichtig noch anzuführen, daß diejenige Wärmemenge, die als Gewinn des neuen Arbeitsverfahrens in den Verbrennungsgasen verbleibt, bei der Ausdehnung der Gase zum größten Teil in Arbeit umgewandelt wird und der früher errechnete beispielsweise Wert für die Endtemperatur der Gase bei der Ausdehnung auf 1:12 deshalb im wesentlichen seine Gültigkeit behält. Dies ist von großer Bedeutung für die Auslaßventile, die dadurch selbst bei hochverdichteten Motoren keine übermäßige thermische Beanspruchung erfahren.
Im Zusammenhang mit diesen wärmewirtschaftlichen Vorzügen sei nun auf gewissermaßen parallele, aus dem Druckverlauf im Zylinder sich ergebende Vorteile der Erfindung hingewiesen.In connection with the above, it is important to note that the amount of heat that remains in the combustion gases as a result of the new work process is largely converted into work when the gases expand and the previously calculated value for the final temperature of the gases, for example therefore essentially retains its validity when extended to 1:12. This is of great importance for the exhaust valves, which as a result do not experience excessive thermal stress even in high-compression engines.
In connection with these advantages in terms of heat economy, reference should now be made to the advantages of the invention which are to a certain extent parallel and which result from the pressure curve in the cylinder.

Durch den Tatbestand nämlich, daß der durchschnittliche Gasdruck auf den Kolben eines errindungsgemäßen Motors niedriger ist, bzw. dadurch, daß sich, wie schon beim Wärmeübergang ausgeführt, die teilweise Ausdehnung der Gase auf ι :6 und desgleichen auch die Verdichtung in einer um 40¹Vo kürzeren Zeit während einer entsprechend kleinen Kurbeldrehung abwickelt, ist auch der seitliche Kolbendruck auf die Zylinderwandung, der sogenannte Normaldruck, weniger hoch.Because of the fact that the average gas pressure on the piston of an engine according to the invention is lower, or because, as already stated with the heat transfer, the partial expansion of the gases to ι: 6 and the compression in a 40 ¹ For a shorter time during a correspondingly small turn of the crank, the lateral piston pressure on the cylinder wall, the so-called normal pressure, is also less high.

So ist z. B. vergleichsweise beim Ausdehnungshub der seitliche Kolbendrucki³ nach einer Kurbeldrehung vom oberen TotpunktSo is z. B. comparatively during the expansion ^{stroke of the lateral piston pressure 3} after a crank rotation from top dead center

von 15° 30⁰ 45° 6o° 75⁰ 90⁰ beim neuen Motor 2,0 2,6 2,5 2,0 1,5 1,3 P from 15 ° 30 ⁰ 45 ° 6o ° 75 ⁰ 90 ⁰ with the new engine 2.0 2.6 2.5 2.0 1.5 1.3 P.

beim üblichen Motor aber 2,3 3,5 3,8 3,5 3,0 2,5 P 55but with the usual engine 2.3 3.5 3.8 3.5 3.0 2.5 P 55

Wie das Zahlenbeispiel zeigt, ist der höchste Normaldruck beim Motor nach dem neuen Verfahren um rund 36% geringer als derjenige des üblichen Motors, und zeitweilig beträgt die Verringerung des Normaldruckes sogar 50%.As the numerical example shows, the highest normal pressure in the engine is according to the new process around 36% less than that of the conventional engine, and the decrease is temporary of normal pressure even 50%.

Der niedrigere Normaldruck erlaubt die Verwendung kürzerer und damit leichterer Kolben und vermindert die Kolbenreibung und die damit verbundenen Abnutzungen. Als Folge des schneller abfallenden Gasdruckes im Zylinder ist außerdem der Gasdruck auf den unteren Teil der Zylinderwandungen weniger hoch, und die Zylinder können deshalb im unteren Teil mit schwächeren Wandungen ausgeführt werden als bei üblichen Motoren. Aus dem gleichen Grunde sind weiterhin auch noch die durch undichte Kolbenringe und andere Undichtigkeiten auftretenden Druckverluste kleiner.The lower normal pressure allows the use of shorter and therefore lighter pistons and reduces piston friction and associated wear. As a result of the faster falling gas pressure in the cylinder is also the gas pressure on the lower part of the Cylinder walls are less high, and the cylinders can therefore with weaker ones in the lower part Walls are designed as with conventional engines. For the same reason are continue also the pressure losses caused by leaky piston rings and other leaks smaller.

Erwähnt muß auch werden, daß wegen des außergewöhnlich geringen Druckes der Verbrennungsgase beim öffnen des Auslasses das Auspuffgeräusch bedeutend schwächer ist und zu einer Dämpfung desselben auf eine tragbare Lautstärke die erforderlichen Schalldämpfer einfacher und leichter sein oder in geeigneten Fällen ganz fortfallen können, wodurch wiederum auch die durch Schalldämpfer gewöhnlich bedingte Behinderung des Ausströmens der Verbrennungsgase ganz oder teilweise wegfällt.It must also be mentioned that because of the extraordinary low pressure of the combustion gases when the exhaust is opened, the exhaust noise is significantly weaker and attenuates it to a portable volume the required silencers be simpler and lighter or, in appropriate cases, can be omitted entirely can, which in turn also the obstruction usually caused by silencers the outflow of the combustion gases is completely or partially eliminated.

Neben den bisher aufgezählten auf dem Unterschied zwischen Verdichtungs- und Ausdehnungshub basierenden Vorteilen ist bei Motoren nach der Erfindung, bei denen, wie bei dem gezeichneten Beispiel, das Kurbelgehäuse als Ladepumpe dient, äußerst günstig, daß der das Ansaugen und Vorverdichten des Gemisches im Kurbelgehäuse bewirkende, dem üblichen Motor entsprechende volle Hub des Kolbens viel größer, im Beispiel rund doppelt so groß ist als der Verdichtungshub. Es wird deshalb selbst bei hohen Drehzahlen, trotz aller beim Ansaugen und Überströmen auftretenden Verluste, der Zylinder immer noch mit einer genügenden Ladung beschickt.In addition to the advantages listed so far based on the difference between compression and expansion stroke, for engines according to of the invention, in which, as in the example shown, the crankcase serves as a charge pump, extremely favorable that the induction and precompression of the mixture in the crankcase, The full stroke of the piston corresponding to the normal engine is much larger, in the example round is twice as large as the compression stroke. It will, therefore, even at high speeds, despite of all losses occurring during intake and overflow, the cylinder still with a sufficient Load loaded.

Bei der folgenden Besprechung der konstruktiven Merkmale von Motoren nach der Erfindung interessiert besonders die Frage, ob durch das neue Verfahren eine Erhöhung des Leistungsgewichtes eintritt.Interested in the following discussion of the structural features of engines according to the invention especially the question of whether the new process increases the power-to-weight ratio entry.

Bei Betrachtung der Abb. 6 hat es zunächst den Anschein, als ob ein solcher Zylinder wegen der kleineren zur Verdichtung gelangenden Gasmenge rund den doppelten Inhalt haben müßte. Dies trifft aber keineswegs zu. Wie schon erwähnt, ist bei den üblichen Motoren mit Kurbelkastenladepumpe die Füllung der Zylinder derart mangelhaft, daß no die Zylinder in den meisten Fällen kaum viel mehr als zur Hälfte mit frischer Ladung gefüllt sind, was ja auch in einem Vergleich der Leistungen von Zweitakt- und Viertaktmotoren zum Ausdruck kommt. Praktisch ist die dem Zylinder von der Kurbelkastenladepumpe beim neuen Verfahren zugeführte Ladung ebenso groß wie diejenige beim üblichen Motor mit gleichem Hubraum, weil ja der Hubraum der Kurbelkastenladepumpe der gleiche ist. Der bedeutsame Unterschied zwischen iao beiden Verfahren besteht also darin, daß bei dem neuen Motor die frische Ladung weniger mit Verbrennungsgasen vermischt wird und erst nach dem Ausschieben der restlichen verbrannten Gase allein zur Verdichtung gelangt. Dadurch werden die mit einer erneuten Verdichtung der alten Gase ver-When looking at Fig. 6 it initially appears as if such a cylinder because of the The smaller amount of gas to be compressed would have to have around twice the content. This is true but by no means to. As already mentioned, the usual engines have a crankcase charge pump The filling of the cylinders is so poor that in most cases the cylinders are hardly any more than are half filled with fresh cargo, which is also reflected in a comparison of the services of two-stroke and four-stroke engines. The cylinder from the is practical Crankcase charge pump in the new process is just as large as that in the usual engine with the same cubic capacity, because yes the cubic capacity of the crankcase charging pump same is. The significant difference between the two methods in general is that in the new engine, the fresh charge is less mixed with combustion gases and only after Pushing out the remaining burned gases alone comes to compression. This will make the with recompression of the old gases

bundenen Arbeitsverluste vermieden, und außerdem wird durch die reine Ladung eine schnelle und gleichmäßige Verbrennung des Kraftstoff es erreicht. Dieser geringere Zündverzug wird der beim neuen Verfahren wünschenswerten etwas schnelleren Abwicklung der Verbrennung gerecht und ermöglicht bei Ottomotoren die Verwendung eines kraftstoffarmen Gemisches und auch auf diese Weise eine Einsparung an Kraftstoff. Nach dem Vorstehenden ist deshalb damit zu rechnen, daß das Leistungsgewicht der neuen Motoren nicht größer, sondern sogar kleiner ist als das der gebräuchlichen Motoren mit Kurbelkastenladepumpe.associated loss of work is avoided and, in addition, the pure charge ensures a fast and even combustion of the fuel it achieves. This lower ignition delay becomes the same for the new one Method desirable somewhat faster processing of the combustion fair and enables in gasoline engines the use of a fuel-poor mixture and in this way also a Saving on fuel. According to the above, it is to be expected that the power-to-weight ratio of the new engines will not be greater, but rather is even smaller than that of conventional engines with a crankcase charge pump.

Die durch die Verwendung von Ventilen einerseits bedingte Gewichtserhöhung wird mehr als ausgeglichen durch die wirksamere Ausnutzung der Ladung und durch die sich anderseits wieder ergebenden Gewichtsverminderungen durch kleinere Kühleinrichtungen, leichtere Zylinder und KolbenThe weight increase caused by the use of valves on the one hand is more than compensated for by the more effective utilization of the charge and by the resulting again on the other hand Weight reduction through smaller cooling devices, lighter cylinders and pistons

ao oder den Wegfall der Doppelkolbenbauart.ao or the omission of the double piston design.

Bei Dieselmotoren großer Leistung, die vielfach wegen ihrer besonderen, natürlich einen entsprechenden technischen Aufwand erfordernden Ladeeinrichtungen mit einer besseren Spülung und Ladung der Zylinder arbeiten, muß der Zylinderinhalt von Motoren, die nach dem neuen Verfahren arbeiten, natürlich größer sein. Bei vorteilhafter Konstruktion, Anwendung der Kurbelkastenladepumpe oder einer ähnlichen, später noch beschriebenen Ladepumpe, kann auch hier eine Erhöhung des Leistungsgewichtes vermieden werden.In the case of high-performance diesel engines, which, because of their special charging devices, which of course require a corresponding technical effort, work with better scavenging and charging of the cylinders, the cylinder capacity of engines that work according to the new method must of course be larger. With an advantageous construction, use of the crankcase charging pump or a similar charging pump, which will be described later, an increase in the power-to-weight ratio can also be avoided here.

Die Zylinderbohrung und den Hub wird man bei den neuen Motoren im allgemeinen nicht außergewöhnlich wählen, so daß .der volle Hub normalerweise z. B. etwas größer als die Bohrung und der Verdichtungshub dann entsprechend kleiner, ist. In geeigneten Fällen kann der Hub aber auch wesentlich größer als die Bohrung genommen werden, damit die Berührungsfläche zwischen der Ladung und den Verbrennungsgasen und damit deren Vermischung vermindert wird und der gegenüber einem üblichen Motor verkleinerte Verdichtungsraum eine günstigere Form mit kleinerer Oberfläche erhält.The cylinder bore and stroke generally do not become exceptional in the new engines choose so that .the full stroke normally z. B. slightly larger than the hole and the The compression stroke is then correspondingly smaller. In suitable cases, however, the hub can also be substantial larger than the hole to be taken so that the interface between the cargo and the combustion gases and thus their mixing is reduced and the opposite a conventional engine reduced compression space a cheaper shape with a smaller surface receives.

Der Verdichtungsraum, der bei dem gezeichneten Beispiel eine flache Form hat, kann selbstverständlich auch jede andere bekannte Formgebung aufweisen und auch bei Verwendung stehender Ventile, wie bei Viertaktmotoren üblich, in eine seitliche Ventilkammer verlegt sein.The compression space, which has a flat shape in the example shown, can of course also have any other known shape and also when using vertical valves, as is usual with four-stroke engines, be relocated to a side valve chamber.

Die zur Anwendung gelangende Gleichstromspülung gestattet die Benutzung von Kolben mit einem günstigen flachen Kolbenboden. Lediglich in außergewöhnlichen Fällen kann es erforderlich sein, den Kolben zur Erzeugung oder Verbesserung geeigneter Spülluftströmungen mit Nasen o. dgl. zu versehen, und auch gewisse Einspritzverfahren bei Dieselmotoren bedingen eine besondere Kolbenform. The co-current flushing used allows the use of pistons with an inexpensive flat piston crown. Only in exceptional cases may it be necessary to provide the piston with noses or the like in order to generate or improve suitable scavenging air flows, and certain injection processes in diesel engines also require a special piston shape.

Bei der Bestimmung der Kolbenlänge gewinnt folgender Umstand Bedeutung. Während bei einem üblichen Zweitaktmotor die Länge des Kolbens mindestens gleich der Hublänge sein muß, damit der Auslaß bei in der oberen Totpunktlage befindlichem Kolben noch abgedeckt ist, kann bei einem Motor nach der Erfindung, der Kolben auch kürzer sein. Besonders dann, wenn die Steuerung des Gehäuseeinlasses nicht, wie im Beispiel, durch den Kolben, sondern in bekannter Weise durch einen besonderen Drehschieber oder andere Einrichtungen erfolgt, kann die Unterkante des Kolbens in dessen oberer Totpunktlage beliebig weit über der Zylindereinlaßöffnung liegen. Die Länge des Kolbens braucht in diesem Fall also nur den Erfordernissen einer guten Führung im Zylinder und der Aufnahme der Seitendrücke zu entsprechen. Da aber die letzteren viel geringer sind, besteht die Möglichkeit, den Kolben ungewöhnlich kurz und leicht auszuführen.In determining the length of the piston following circumstance more important. While in a conventional two-stroke engine the length of the piston must be at least equal to the stroke length so that the outlet is still covered when the piston is in the top dead center position, the piston can also be shorter in an engine according to the invention. Especially when the control of the housing inlet is not by the piston, as in the example, but in a known manner by a special rotary valve or other device, the lower edge of the piston in its top dead center position can be as far above the cylinder inlet opening. In this case, the length of the piston only needs to meet the requirements of good guidance in the cylinder and the absorption of the side pressures. But since the latter are much smaller, it is possible to make the piston unusually short and light.

Für die Einführung der frischen Ladung in den Zylinder wird es zur Ausbildung eines zentrisch im Zylinder gelagerten Wirbels zweckmäßig sein, an Stelle eines Schlitzes wenigstens zwei einander gegenüberliegende Schlitze oder in bekannter Weise noch mehr auf den Zylinderumfang verteilte öffnungen vorzusehen.For the introduction of the fresh charge into the cylinder it is necessary to form a centric In the cylinder stored vertebrae be useful, instead of a slot at least two each other opposing slots or, in a known manner, even more openings distributed over the circumference of the cylinder to be provided.

Die Verwendung von im Zylinderkopf angeordneten Auslaßventilen bringt die auffallendste konstruktive Veränderung gegenüber dem Gewohnten, denn mit Ausnahme einer in den Anfängen des Motorenbaues entstandenen Ausführung mit ganz geringer Drehzahl werden alle Zweitaktmotoren mit kolbengesteuerten Auslaßschlitzen gebaut.The use of exhaust valves arranged in the cylinder head brings about the most striking constructive feature Change compared to the usual, because with the exception of one in the beginning of the All two-stroke engines are made from the very low speed engine construction built with piston-controlled outlet slots.

Nur durch die Anordnung des Auslasses im Zylinderkopf ist es aber möglich, den 1. Takt in der vorgeschlagenen Weise in einen Ausschiebe- und einen Verdichtungshub zu zerlegen, und erst durch den verkürzten Verdichtungshub werden wiederum jene Ventilzeiten gegeben, wie sie auch für höchste Drehzahlen geeignet sind.However, only by arranging the outlet in the cylinder head is it possible to use the 1st cycle in to split the proposed way into a push-out and a compression stroke, and only due to the shortened compression stroke, those valve times are given as they are are suitable for highest speeds.

Abb. 8 zeigt ein sog. Steuerzeitendiagramm zu dem Motor nach den Abb. 1 bis 6. Die aus diesen Abbildungen in das Diagramm übertragenen Kurbelstellungen 20 für den Öffnungszeitpunkt und 21 für den Schließzeitpunkt des Auslaßventils lassen im Diagramm klar erkennen, daß für den gesamten Auslaßvorgang die Zeit einer Kurbeldrehung um rund 190⁰ zur Verfügung steht. Diese Zeit ist selbst bei hohen Drehzahlen für eine einwandfreie Ventilbetätigung ausreichend. Bei sehr hohen Drehzahlen u₀ oder zur Erzielung eines sich besonders schnell auf den vollen Querschnitt erweiternden Auslasses ist es vorteilhaft, in bekannter Weise anstatt eines Ventils zwei kleinere zu verwenden, und da der Zylinderkopf meist genügend Platz bietet, können Motoren für höchste Drehzahlen in Fortsetzung dieser Konstruktionsrichtung dann auch mit drei oder vier sehr kleinen Auslaßventilen ausgestattet werden.Fig. 8 shows what is known as a timing diagram for the engine according to Figs the time to turn the crank around 190 ⁰ is available. This time is sufficient for proper valve actuation even at high speeds. At very high speeds u ₀ or to achieve an outlet that widens particularly quickly to the full cross section, it is advantageous to use two smaller ones instead of one valve, and since the cylinder head usually offers enough space, engines for the highest speeds can be continued this design direction can then also be equipped with three or four very small exhaust valves.

Wie Abb. 8 auch noch zeigt, beträgt die Kurbeldrehung während des Ausdehnungshubes rund 105⁰, während auf die Verdichtung nur 65⁰ entfallen. As Fig. 8 also shows, the crank rotation during the expansion stroke is around 105 ⁰ , while compression is only 65 ⁰ .

Bei der Festlegung der jeweils nötigen Ventilgröße wirkt sich als vorteilhaft aus, daß die bei jedem Arbeitsspiel verarbeitete Gasmenge um fast dieWhen determining the valve size required in each case, it is advantageous that the valve size for each Work cycle processed amount of gas by almost the

Hälfte kleiner ist als diejenige, die bei einem Viertaktmotor mit gleichem Zylinderinhalt durch das Auslaßventil abzuleiten ist.Half is smaller than that which in a four-stroke engine with the same cylinder capacity by the Outlet valve is to be derived.

Infolge der geringen Ausdehnungsendtemperatur der Verbrennungsgase besteht selbst bei hohen Verdichtungsverhältnissen kaum die Gefahr, daß die Auslaßventile thermisch zu sehr belastet werden, zumal diese auch durch einen kleinen Teil Frischluft gekühlt werden können, der durch denAs a result of the low expansion temperature of the combustion gases, there is even at high Compression ratios hardly the risk that the exhaust valves are thermally stressed too much, especially since these can also be cooled by a small portion of fresh air that is passed through the

ίο Auslaß mit ausströmt. Man wird im Gegenteil in den meisten Fällen darauf verzichten können, die Ventile, wie bei den Viertaktmotoren jetzt üblich, aus besonders hitzebeständigen und oft teueren Werkstoffen herzustellen oder diese mit einer Natriumfüllung zu versehen.ίο outlet with flows out. On the contrary, one becomes in in most cases you can do without the valves, as is now the case with the four-stroke engines, from particularly heat-resistant and often expensive materials or to manufacture them with a To provide sodium filling.

Es versteht sich von selbst, daß die Betätigung der Ventile auf jede bekannte Weise erfolgen kann und die Ventile auch durch andere Auslaßorgane, beispielsweise Schieber o. dgl., ersetzt werden können. Der Ventilbetätigungsnocken kann bei Ein- und Zweizylindermotoren natürlich direkt auf einem Ende der Kurbelwelle sitzen, wodurch sich eine besondere Nockenwelle und deren Antriebselemente erübrigen.It goes without saying that the valves can be operated in any known manner and the valves can also be replaced by other outlet elements, for example slide valves or the like be able. The valve actuation cam can of course be placed directly on one of the single and two-cylinder engines Sit at the end of the crankshaft, creating a special camshaft and its drive elements superfluous.

Das Kurbelgehäuse weist gegenüber dem der üblichen Motoren keine grundlegende Veränderung auf.The crankcase has not changed significantly from that of conventional engines on.

Die wichtigsten der bis jetzt dargelegten Vorteile der Erfindung seien nun noch einmal kurz zusammengefaßt. The most important of the advantages of the invention presented so far will now be briefly summarized again.

Diese sind die sehr weitgehende Entspannung der Verbrennungsgase mit erhöhter Arbeitsleistung der (iase, mit schwachem Auspuffgeräusch und möglicher Vereinfachung oder Weglassung der Schalldämpfer; der verminderte Wärmeübergang auf den Motor mit erhöhter Arbeitsleistung der Gase, mit geringerer thermischer Belastung des Motors und mit Verkleinerung der Kühleinrichtungen; der niedrigere durchschnittliche Arbeitsdruck der Gase mit vermindertem seitlichem Kolbendruck und geringerer Reibung und Abnutzung von Kolben und Zylinder und mit kleineren Druckverlusten bei undichtem Kolben u. dgl.; die Verdichtung einer unvermischten, reinen Ladung mit verkleinerter Verdichtungsarbeit und mit rascher und gleichmäßiger Verbrennung bei Verwendung eines Kraftstoffgemisches mit Luftüberschuß.These are the very extensive expansion of the combustion gases with increased work performance der (iase, with faint exhaust noise and possible Simplification or omission of the silencers; the reduced heat transfer to the Engine with increased work performance of the gases, with lower thermal load on the engine and with downsizing of the cooling facilities; the lower average working pressure of the gases with reduced lateral piston pressure and reduced friction and wear on the piston and cylinder and with smaller pressure losses in the event of a leaky piston and the like; the compression of an unmixed, pure cargo with reduced compression work and with faster and more even Combustion when using a fuel mixture with excess air.

Claims

Claim:

Working according to the two-stroke process

Internal combustion engine with one piston per combustion chamber, with an inlet controlled by the piston and released in the bottom dead center position of the piston for the introduction of a fuel-air mixture or air into the cylinder, furthermore with an outlet for the cylinder head formed by valves or slides Combustion gases and consequently with a direct current purging running from the piston to the cylinder head, preferably with a spinal column that rises in a helical manner from the piston head and is generated by a tangential or correspondingly inclined inflow of the mixture or the air, characterized in that the times for opening (20) and closing (21 ) of the outlet (2) are set or adjustable in such a way that the path (10) covered during the expansion stroke of the piston (1) from the top dead center position to the beginning of the opening of the outlet is at least 30%, preferably by 50 to 150 ¹ Vo, is longer than that on the compression stroke of the piston from the completed Ausl Closure to top dead center position covered distance (9).

1 sheet of drawings

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