DK157701B - Cylinderforing til en totakts forbraendingsmotor - Google Patents

Description

1 DK 157701 B

Opfindelsen omhandler en cylinderforing til en totakts forbrændingsmotor og af den i krav l's indledning angivne art, som er kendt fra tysk patentskrift nr. 736326, engelsk patentskrift nr. 851353 og USA-patentskrift nr.

2 720 195. Her er skylningsoperationen forbedret ved at udforme skyllelufthullerne i cylinderforingen således, at ® hullernes øverste rand er forsat tangentielt i forhold til hullernes underflade til dannelse af en hvirvelstrømning i skylleluften til en forbedret udtømning af cylinderen.

10 Forsøg har dog vist, at der selv ved en forsætning af den angivne art vil restere ikke uvæsentlige områder i cylinderen, hvor forbrændingsgasserne kan restere under skylningen. Udstrækningen af disse områder kan formindskes ved at forøge forsætningsgraden, men på grund af den 15 større hældning af skylleåbningerne vil da enten godstykkelsen af de mellemliggende ribber blive for lille eller hullernes samlede strømningsareal blive for lille.

Opfindelsen har til formål at afhjælpe denne ulempe ved 20 de kendte cylinderforinger til en totakts forbrændingsmotor .

Dette opnås for en cylinderforing af den indledningsvis angivne art, der er udformet som angivet i krav 1' s 25 kendetegnende del. Her passeres snoningsvinklens nulværdi et sted i cylinderforingens godstykkelse med cirka halv maksimal værdi i hver sin retning på hhv. foringens indervæg og ydervæg, hvorved interferensen mellem hosliggende skylleåbningshuller i geometrisk rækkefølge 30 formindskes, brudstyrken af de mellemliggende ribber forøges og smøringen under stempelringenes passage forbedres.

Den voksende snoningsgradient vil under motorstemplets 35 nedadgående bevægelse langs den øverste halvdel af

DK 157701B

2 skylleåbningspartiet i cylinderforingen bevirke en kraftig hvirvelstrømning i periferiretningen som tilstræbt, hvorimod skylleluften under stemplets passage forbi den nederste halvdel af skylleåbningspartiet med den lille 5 snoningsvinkelændring vil udøve et mod cylinderforingens centrum rettet kraftigt tryk til at yde en god udskylning, som ligeledes tilstræbt.

Opfindelsen forklares nærmere nedenfor i forbindelse med 10 tegningen, hvor: fig. 1 er et lodret snit gennem en konventionel cylinder-foring, indsat topstykket af en forbrændingsmotor, 15 fig. 2 er et forstørret snit igennem cylinderf oringen på fig. 1 med et skyllehul, fig. 3 er en afbildning forfra af cylinderforingen på fig. -2,- set i pilretningen XII, 20 fig. 4 er et radialt snit igennem cylinderf oringen på fig. 3 langs linien IV-IV, fig. 5a viser de døde områder i cylinderen ved skylning 25 igennem konventionelle skylleåbninger, fig. 5b viser de væsentligt formindskede døde områder i cylinderen ved skylning gennem skylleåbninger udformet ifølge opfindelsen, 30 fig. 6a-c er afbildninger af en første udførelsesform for en cylinderforing ifølge opfindelsen, set henholdsvis fra siden, et overliggende radialt snit og et underliggende radialt snit, 35 fig. 7a-c er tilsvarende afbildninger af en anden udførelsesform for cylinderforingen ifølge opfindelsen,

DK 157701 B

3 fig. 8a-c er tilsvarende afbildninger for en tredje udførelsesform for cylinderforingen ifølge opfindelsen, 5 fig. 9a-c viser forsøgsresultater opnået med en udførelsesform for cylinderforingen med en fastholdt nederste snoningsvinkel og en varierende øverste snoningsvinkel, fig. lOa-d viser en fjerde udførelsesform for cylinder-10 foringen, hvor hvert skyllehul er sammensat af tre hinanden delvis overlappende åbninger, fig. lla-d er tilsvarende afbildninger af en femte udførelsesform for cylinderforingen, 15 fig. 12a-d er tilsvarende afbildninger af en sjette udførelsesform for cylinderforingen, fig. 13a-d er tilsvarende afbildninger for en syvende ud-20 førelsesform for cylinderforingen, fig. 14a-d er tilsvarende afbildninger for en ottende udførelsesform for cylinderforingen, og 25 fig. 15a-c viser forsøgsresultater opnået med en fastlagt nederste snoningsvinkel, en fastlagt mellemste snoningsvinkel og en varierende øverste snoningsvinkel.

Fig. 1 viser en konventionel cylinderforing 1 til en to-30 takts forbrændingsmotor med længdeskylning, hvilken foring har et antal skyllehuller 2. Cylinderkammeret er betegnet med 3, motorens stempel med 6, cylindertopstykket med 7, cylinderdækslet med 8 og motorens udstødsventil med 9.

35

Som vist på fig. 2-4 er skyl leåbningerne 2 anbragt ækvidistante i et radialt plan forneden af cylinderforingen

4 DK 157701B

1, og trykluft kan strømme ind i cylinderen 3 og udstøde forbrændingsgasserne opad i aksial retning igennem udstødsventilen 9. Hver skylleåbning 2 er udformet således, at centerlinien igennem dens nederste randflade 2a er 5 rettet imod cylinderens centrum 4, medens åbningens øverste randflade 2b er forsat i forhold til den nederste randflade 2a således, at hele luftkanalen gennem foringsvæggen hælder i samme retning som hvirvelstrømmen S.

Forsætningen svarer til, at centerlinien igennem åb-10 ningens øverste randflade er forsat fra cylinderens centrum 4 svarende til en radius R. Resultatet er, at skyl-leluften gennem åbningernes nederste del strømmer ind i cylinderen 3 imod dennes centrum 4, medens skylleluften igennem åbningernes øverste del strømmer ind under dan-15 nelse af en hvirvelstrømning i vandret retning.

Forsøg har vist, at der med denne konventionelle udformning opnås en skylning som skematisk vist på fig. 5a, hvor en væsentlig del af forbrændingsgasserne resterer i 20 de med A, B, C og D betegnede områder. Området A optager det største rumfang i cylinderen og modvirker i væsentlig grad skylningsvirkningsgraden. I området A opnås der en forholdsvis stabil gasstrømning, og jo højere trykforskel der består imellem ydersiden og indersiden af cylinderen 25 3, desto større bliver omfanget af området A.

Fra beskrivelserne til tysk patent nr. 736 326, engelsk patent nr. 851 353 og U.S.A.-patent nr. 2 720 195 er det kendt af afhjælpe denne ulempe ved at forsætte hullernes 30 øverste rand 2b yderligere i forhold til hullernes nederste rand 2a i tangentialretningen; men med den beskrevne udformning af skylleåbningerne 2 bliver resultatet, at de mellem åbningerne forekommende ribber 2c kommer til at hælde så meget, at deres brudstyrke bliver for stærkt 35 nedsat, og dersom man vil gøre ribberne tilsvarende bredere for at kompensere for den formindskede brudstyrke, vil det samlede areal af skylleåbningerne 2

DK 157701 B

5 blive for ringe.

Opfindelsen afhjælper denne ulempe ved den nedenfor beskrevne specielle udformning af skylleåbningerne, hvilket 5 resulterer i den på fig. 5b skematisk viste skylning, hvor de uundgåeligt forblivende døde områder A-D i cylinderen 3 er væsentligt formindsket.

Herved kan skylleåbningerne udformes som nærmere angivet 10 på fig. 6-15.

I den på fig. 6a-c viste udførelsesform for cylinderforingen strækker centerlinien sig igennem skylle- åbningens åbning 2d langs cylinderforingens yderflade un-15 der en vinkel på a i forhold til foringens akse Z-Z. Hældningsretningen af vinkelen vender modsat hældningsretningen af hvirvelstrømningen S. Derimod hælder centerlinien ^2~^2 *9ennem skylleåbningen 2e langs cylinderforingens inderflade med en hældningsvinkel i 20 samme retning som hvirvelstrømningen S i forhold til foringens akse Z-Z, hvor a^ kan formindskes uanset størrelsen af snoningsvinkelen der kan varieres kontinuert fra åbningstidspunktet til helt åben skylleåbning og forøge skylningsvirkningsgraden væsentligt i forhold til 25 den konventionelle cylinderforing. Centerlinien Y^-Y^ langs yderperiferien af cylinderforingen danner således en vinkel a\+a2 (>0) i forhold til centerlinien Y2~Y2 gennem skylleåbningen langs foringens inderflade.

30 Fig. 6b forestiller et snit igennem skylleåbningen langs planet A-A, og fig. 6c forestiller et lignende tværsnit igennem skylleåbningen langs planet B-B. Det ses, at den øverste snoningsvinkel e^ ved skylleåbningens øverste randflade er væsentlig større end snoningsvinkelen β1 ved 35 skylleåbningens nederste randflade 2 , og at snonings-vinkelen 9^ i den centrale del af skylleåbningen er væsentlig større end snoningsvinkelen θ1 ved den nederste

DK 157701 B

6 randflade 2 . Der består altså følgende ligning: O.

9 2 > 92 > β1· 5 Herved forløber den parallelogramformede skylleåbning igennem cylinderforingen med en kontinuert voksende snoning i retning opad og nedad som beskrevet ovenfor.

Ved begyndelsen af åbningen af skyllehullerne under stem-10 plets nedadgående bevægelse bringes skylleluft til at strømme igennem den øverste del af hver skylleåbning. Som følge af den store snoningsvinkel ved skylleåbningens øverste del frembringes der en kraftig hvirvelstrømning til udblæsning af forblivende røggasser i området A på 15 fig. 5b. Under stemplets fortsatte nedadgående bevægelse formindskes snoningsvinkelen ø^ gradvis. Når stemplets overflade kommer i flugt med skylleåbningens underste randflade 2a, antager denne den minimale snoningsvinkel 0^, og hvirvelstrømningen S svækkes og retter skylningen 20 imod cylinderens centrum til udskylning af resterende røggasser i cylinderens centrale del. Herved opnås den på fig. 5b viste forbedrede skylningsoperation. Da endvidere hver af skylleåbningsribberne 2c har en formindsket hældningsvinkel ved cylinderforingens inderflade, 25 tilvejebringes der en forbedret smøring i stempelringens bevægelsesretning langs skylleåbningerne 2.

I den på fig. 7a-c viste udførelsesform er hældningsvinkelen o2 for skylleåbningerne langs cylinderforingens 30 inderflade sat til nul, så at centerlinien Y2“Y2 falcler sammen med cylinderforingens akse Z-Z, i forhold til hvilken centerlinien Y1_Y1 gennem åbningens yderflade danner vinkelen (>0).

35 I den på fig. 8 viste udførelsesform danner centerlinierne Y^-Y^ og Y2-Y2 9ennem henholdsvis yderfladen og in-derfladen af skylleåbningerne en vinkel med cylinderfor-

DK 157701 B

7 ingens akse Z-Z på henholdsvis og a^ i samme retning i forhold til centralaksen, og hældningsvinkelen imellem de to forsatte åbningsakser bliver (>0)* 5 I alle de tre hidtil beskrevne udførelsesformer hælder centerlinien Y^Y^ gennem skylleåbningernes yderflade i modsat retning af hvirvelstrømningen S.

Hvis man i de beskrevne udførelsesformer fastholder sno-10 ningsvinkelen ø1 for åbningernes nederste randflade på 5° og lader den tilsvarende øverste snoningsvinkel ø^ va-riere i området 10°-40°, som vist på fig. 9a, kan man ved forsøg opnå kurver for forholdet imellem skylningsvirkningsgraden n som funktion af luftindsugningsfor-15 holdet p, som vist på fig. 9b, hvor vinklerne ø^ og fungerer som parametre, og for skylningsvirkningsgraden ns som funktion af e^, når luftindsugningsforholdet p fastholdes på 1,1, som vist på fig. 9c, der viser, at virkningsgraden antager et maksimum omkring e^= 30°. Un-20 der disse forsøg bestemmes hældningsvinklerne og af skylleåbningerne som en funktion af skylleåbningens højde, antallet af skylleåbninger og snoningsvinkelen v- 25 Fig. 10-14 viser udførelsesformer for cylinderforingen ifølge opfindelsen med skyl leåbninger i form af tre over hinanden beliggende huller, hvor underbetegnelserne (a) viser hullernes placering på foringens inderside og (b) hullernes placering på foringens yderside. Fig. 15 viser 30 den ved opfindelsen opnåede forbedrede skylning.

I den på fig. lOa-d viste udførelsesform er de enkelte skylleåbninger udformet som en række af tre på hinanden følgende huller, hvor fig. 10a og 10b viser den enkelte 35 skylleåbning, set fra cylinderforingens yderside, fig.

10c er et snit langs planet A-A og fig. lOd er et snit langs planet B-B. Akselinien Υ,^-Υ^ forløbende igennem

DK 157701B

8 skylleåbningens udvendige huller 2f forløber gennem centrene 01 og Og for henholdsvis det nederste og det øverst e hul og danner en vinkel i forhold til cylinderens akse Z-Z, og som før i modsat retning af hvirvelstrøm-5 ningsretningen S. Endvidere strækker akselinien Y2-Y2 gennem skylleåbningens indvendige huller 2e sig langs akselinien Z-Z, så at vinkelen imellem yderaksen og in-deraksen netop danner vinkelen . Som vist på fig. 10c og lOd er snoningsvinkelen øg for den øverste del af 10 skylleåbningen væsentligt større end snoningsvinkelen ø^ for skylleåbningens nederste del, og snoningsvinkelen ©2 for skylleåbningens centrale del er væsentlig større end ø^. Der gælder således følgende forhold: 15 fl3 > s2 > θ1' ^vor e2 ^^id er βι+β3 I bekræftende fald ligger det midterste huls 02 centrum på akselinien Y^-Y^, ellers forsat fra denne.

20

Skylleåbningen forløber således også her igennem cylinderforingen med en voksende snoningsgradient bort fra det lodrette plan.

25 Det ses på fig. 10(c) og 10(d), at centerlinierne 0^-0^', 02-02' og 0g-0g' for de ydre og indre huller af skylleåbningen alle ligger i planer, der står vinkelret på cylinderforingens akselinie Z-Z.

30 Det bemærkes, at de tre huller for skylleåbningen langs cylinderforingens inderflade alle har den samme bredde B.

1 den på fig. lla-d viste udførelsesform ligger centret 02 for det midterste hul af skylleåbningen på akselinien 35 Yi“Yi i9ennem centret 0^ for det nederste hul og centret

Og for det øverste hul, men svarer ellers til den på fig. lOa-d viste udførelsesform.

DK 157701 B

9

Den på fig. 12a-d viste udførelsesform afviger fra den på fig. 10 og 11 viste derved, at hvert af hullerne i skyl-leåbningen har den samme inderdiameter. Inderdiameteren 5 af hvert af hullerne kommer således til at aftage med forøgelsen af hver af snoningsvinklerne ø^, og e^. På den anden side vil bredden af ribben imellem to hosliggende skylleåbninger variere afhængigt af dens stilling i forhold til skylleåbningerne, og der kan ud- 10 formes et mellemliggende tilfælde, hvor både ribbebredden og inderdiameteren af hver af hullerne varierer væsentligt, afhængigt af stillingen i forhold til skylle-åbningen.

15 I den på fig. 13a-d viste udførelsesform forløber akselinien Y2~Y2 9enn©m den indvendige skylleåbning 2e på cylinderforingens inderflade under en vinkel a^ i forhold til cylinderens akse Z-Z mod venstre, medens akselinien Y^-Y^ gennem den ydre skylleåbning 2f på cylin- 20 derforingens yderflade hælder en vinkel i forhold til cylinderens akselinie Z-Z mod højre side på tegningen. Vinkelen imellem yderaksen Y^-Y^ og inderaksen Y2_Y2 bliver altså a^+c^ (>0)· 25 I den på fig. 14a-d viste udførelsesform hælder inderaksen Y2"Y2 m°d højre, altså i samme retning som yderaksen Y2-Y]/ °9 vinkelen mellem disse akser bliver altså α1_α2 (>0)* 30 Det ses, at i alle de på fig. 10-14 viste udførelsesformer hælder den ydre akselinie Y1-Y1 i modsat retning af hvirvelstrømningen S, ligesom i de på fig. 6-8 viste udførelsesformer .

35 Cylinderforingen ifølge de på fig. 10-14 viste udførelsesformer virker på følgende måde:

10 DK 157701 B

Når skylleåbningerne åbnes under stemplets nedadgående bevægelse, bringes skylleluft til at strømme igennem den øverste del af hver skylleåbning, der strækker sig igennem foringsvæggen med en stor snoningsvinkel ø^, til 5 frembringelse af en kraftig hvirvelstrømning S til udblæsning af resterende udstødsgas i det på fig. 5b viste cylinderområde A.

Under stemplets fortsatte nedadgående bevægelse til fuld-10 stændig åbning af skylleåbningerne varierer snonings vinkelen således, at skylleluften bringes til at strømme imod cylinderforingens centrum til fuldstændig udblæsning af resterende udstødsgas i cylinderens centrale område.

15 Med hensyn til ribberne imellem de hosliggende skylle-åbninger har cylinderforingen på fig. 11 ingen hældning i forhold til cylinderens akselinie Z-Z, medens cylinderforingerne på fig. 10 og 12 udviser en vis hældning, som dog er mindre end ribbehældningen for en konventionel 20 cylinderforing. Herved tilvejebringes der en forbedret smøring i stempelringenes bevægelsesretning langs skyl-leåbningeme.

Endelig viser fig. 15a-c de med de på fig. 10-14 viste 25 udførelsesformer opnåede forsøgsresultater, svarende til de for de på fig. 6-8 viste udførelsesformer på fig. 9 viste forsøgsresultater. Som vist på fig. 15c antager også her skylningsvirkningsgraden n en maksimalværdi for en snoningsvinkel ø^ på ca. 30°.

30

Skylleåbningernes hældningsvinkel og a^ bestemmes altid som en funktion af højden af skylleåbningerne, antallet af skylleåbningerne og snoningsvinklerne. Hver skylleåbning i de på fig. 10-14 viste udførelsesformer af 35 cylinderforingen ifølge opfindelsen består af en kombination af flere cirkulære huller, der hurtigt kan udbores i rækkefølge med en stor snoningsvinkel ø^ foroven

DK 157701 B

11 og en lille snoningsvinkel o^ forneden. Hver af ribberne mellem de hosliggende skylleåbninger har en rimelig godstykkelse og en udformning, der fremmer skylningsvirkningsgraden.

5 10 15 20 25 30 35

Claims (3)

12 DK 157701 B Patentkrav :

1. Cylinderforing til en totakts forbrændingsmotor med 5 længdeskylning og med et antal periferisk ækvidistant beliggende skylleåbninger (2), der er således tredi-mensionelt profileret, at centerlinien (Y2-Y2) gennem hver skylleåbnings indmunding på cylinderforingens inder-flade hælder i samme retning som den ved skylningen 10 tilvejebragte hvirvelstrømnings retning (S) i forhold til cylinderforingens akselinie (Z-Z), og at snoningsvinklen ved hver skylleåbnings øverste rand (2b) er større end snoningsvinkelen (e2') ved skylleåbningens nederste rand (2a), kendetegnet ved, at centerlinien 15 (Y^-Y^) gennem hver skylleåbnings (2) udmunding på cylinderforingens yderflade hælder i modsat retning af den nævnte hvirvelstrømnings retning (S) i forhold til cylinderforingens akselinie (Z-Z), og at luftkanalen gennem hver skylleåbning (2) er således profileret, at 20 snoningsvinkelen har en voksende snoningsgradient fra skylleåbningens nederste rand (2a) til dens øverste rand (2b) i forhold til cylinderforingens akselinie (Z-Z).

2. Cylinderforing ifølge krav 1, kendetegnet 25 ved, at hver skylleåbning (2) har et i det væsentlige rektangulært eller parallelogramformet tværsnitsprofil.

3. Cylinderforing ifølge krav 1, kendetegnet 30 ved, at hver skylleåbning (2) omfatter en kombination af et antal cirkulære huller anbragt ende mod ende i det væsentlige i cylinderforingens akseretning (Z-Z). 35