DE10235134A1 - Two-stroke internal combustion engine with charging system has second outlet channel connected to cylinder to link it to exhaust behind turbine - Google Patents

Two-stroke internal combustion engine with charging system has second outlet channel connected to cylinder to link it to exhaust behind turbine Download PDF

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Abstract

The engine (1) has a piston (12) and a cylinder (11), coupled to a charging system (2) with a turbine (21) and a compressor (22). One outlet channel (13) goes from the cylinder to a point in front of the turbine so that a fresh charge can be supplied to the cylinder. A second outlet channel (14) runs from the cylinder to link it to the exhaust (23) behind the turbine.

Description

Die Erfindung betrifft eine Zweitakt-Brennkraftmaschine mit Kolben und Zylinder, die mit einem Aufladesystem mit Turbine und Verdichter gekoppelt ist, bei der ein an den Zylinder angeschlossener erster Auslasskanal vor die Turbine führt und dem Zylinder eine verdichtete Frischladung zuführbar ist. Weiter betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Abführung von Verbrennungsgasen aus einer Zweitakt-Brennkraftmaschine mit Kolben und Zylinder, die mit einem Aufladesystem mit Turbine und Verdichter gekoppelt ist, bei dem die Verbrennungsgase nach einer Verbrennung zuerst über einen ersten Auslasskanal, der über ein erstes Auslassventil geöffnet wird, vor die Turbine geführt werden und dann eine vom Verdichter verdichtete Frischladung über einen bei der Abwärtsbewegung des Kolbens freigegebenen Spülschlitz in den Zylinder eingespült wird und die Verbrennungsgase aus dem Zylinder über den ersten Auslasskanal vor die Turbine abgeführt werden.The invention relates to a two-stroke internal combustion engine with pistons and cylinders with a turbocharging system and compressor is coupled, in which a connected to the cylinder first exhaust duct leads in front of the turbine and compresses the cylinder Fresh charge can be supplied is. The invention further relates to a method for removing Combustion gases from a two-stroke internal combustion engine with pistons and cylinders with a turbine and compressor supercharging system is coupled, in which the combustion gases after a combustion first over a first outlet channel that over a first exhaust valve opened is led in front of the turbine and then a fresh charge compressed by the compressor over a in the downward movement the flushing slot released washed into the cylinder and the combustion gases from the cylinder via the first exhaust port discharged in front of the turbine become.

Bei der Auswahl der Art der Brennkraftmaschine spielen der Kraftstoffverbrauch und die Menge der Schadstoffemission eine entscheidende Rolle. Für die Auswahl ist jedoch auch ein einfacher Aufbau, niedrige Herstellungskosten und ein niedriges Gewicht wichtig. 2-Takt-Brennkraftmaschinen zeichnen sich durch einen einfachen Aufbau, niedrige Herstellungskosten und ein niedriges Gewicht aus.When choosing the type of internal combustion engine play fuel consumption and the amount of pollutant emissions a crucial role. For however, the selection is also a simple structure, low manufacturing costs and low weight is important. 2-stroke internal combustion engines are characterized by simple construction, low manufacturing cost and low Weight off.

Beim 2-Taktverfahren wird der Verbrennungsgaswechsel ohne eine zusätzliche Kurbelwellenumdrehung realisiert, indem die Verbrennungsgase am Ende der Expansion und zu Beginn des Kompressionshubes ausgewechselt werden. Zur Steuerung der Ein- und Auslasszeitpunkte wird meist der Kolben verwendet, der um den unteren Totpunkt herum die im Zylinder angeordneten Ein- und Auslassschlitze öffnet bzw. schließt. 2-Takt-Brennkraftmaschinen kann das brennbare Gemisch sowohl von außen zugeführt werden, es kann aber auch mittels Direkteinspritzung im Zylinder gemischt werden. Die Auslassschlitze können auch durch Auslassventile realisiert werden, die über Stoßstangen und Kipphebel betätigt werden. Dabei ist es je nach Größe der Brennkraftmaschine möglich, mehrere Auslassventile anzuordnen, die einen entsprechend großflächigen Gesamtauslass bilden.With the 2-stroke process, the combustion gas change without an additional Crankshaft revolution realized by the combustion gases on Replaced at the end of the expansion and at the beginning of the compression stroke become. To control the intake and exhaust times is mostly the piston used around bottom dead center in the cylinder arranged inlet and outlet slots opens or closes. 2-stroke engine the combustible mixture can be supplied from the outside, but it can also can be mixed in the cylinder by direct injection. The outlet slots can can also be realized by exhaust valves that operate via bumpers and rocker arm actuated become. It is depending on the size of the internal combustion engine possible, Arrange several exhaust valves that have a correspondingly large total outlet form.

Bei 2-Takt-Brennkraftmaschinen können etwa 15–25% eines Kolbenhubs nicht für die Arbeitsgewinnung genutzt werden, da ein separater Ansaug- und Ausschubhub wie beim 4-Takter fehlt und der Zylinder während eines Kolbenhubs mit Überdruck gespült werden muss, wobei dieser Kolbenhub gleichzeitig auch noch der Kompression der Frischladung dient. 2-Takt-Brennkraftmaschinen haben einen höheren Kraftstoffverbrauch und eine höhere Schadstoffemission, sind wegen des fehlenden Gaswechseltaktes einer höheren Wärmebelastung ausgesetzt und weisen wegen des hohen Restgasanteils ein schlechtes Leerlaufverhalten auf.With 2-stroke internal combustion engines, for example 15-25% a piston stroke not for the gain of work can be used as a separate intake and The extension stroke as with the 4-stroke engine is missing and the cylinder during one Piston strokes with overpressure rinsed must be, whereby this piston stroke also the compression serves the fresh charge. 2-stroke internal combustion engines have a higher fuel consumption and a higher one Pollutant emissions are one because of the missing gas exchange cycle higher heat stress exposed and have a bad because of the high residual gas content Idle behavior.

Um eine niedrige Schadstoffemission, einen niedrigen Kraftstoffverbrauch und auch ein akzeptables Leerlaufverhalten zu erreichen, ist eine gute Spülung der Zylinder erforderlich. Dazu werden 2-Takt-Brennkraftmaschinen mit Spülgebläsen gekoppelt, bspw. mit einem Verdichter. Dieser Verdichter fördert die Frischladung durch Spülschlitze, die vom Kolben bei der Abwärtsbewegung freigegeben werden, in den Zylinder. Die Verbrennungsgase strömen dann wegen des Druckunterschieds zwischen Ladedruck und Abgasgegendruck durch einen, bspw. im Zylinderkopf angeordneten Auslass, aus dem Brennraum im Zylinder zum Aufladesystem und von diesem Aufladesystem zum Abgassystem.To keep emissions low, low fuel consumption and also an acceptable idling behavior to achieve is a good flush the cylinder required. For this, 2-stroke internal combustion engines coupled with flushing fans, for example with a compressor. This compressor promotes fresh charging scavenging, that of the piston in the downward movement be released into the cylinder. The combustion gases then flow because of the pressure difference between boost pressure and exhaust back pressure through an outlet, for example arranged in the cylinder head, from the combustion chamber in the cylinder to the charging system and from this charging system to the exhaust system.

Als Aufladesystem kann ein Abgasturbolader eingesetzt werden. Bei Aufladesystemen wird der durch eine Verdichtung der zur Verbrennung benötigten Luft erforderliche Luftdurchsatz erhöht, was zu einer erhöhten Leistungsdichte bei gleichem Hubraum und gleicher Drehzahl führt. Der Abgasturbolader ist eine Kombination aus Abgasturbine und Strömungsverdichter, die über eine Welle starr gekoppelt sind. Die Brennkraftmaschine und der Abgasturbolader sind strömungstechnisch gekoppelt. Die Energie des Verbrennungsgases wird der Abgasturbine zugeführt und von der Abgasturbine in mechanische Energie umgewandelt, so dass der an die Turbine gekoppelte Verdichter diese Energie zur Verdichtung der Frischladung nutzen kann.An exhaust gas turbocharger can be used as the charging system become. In charging systems, this is achieved by compressing the needed for combustion Air required air flow increases, resulting in an increased power density with the same displacement and speed. The exhaust gas turbocharger is one Combination of exhaust gas turbine and flow compressor, which have a Shaft are rigidly coupled. The internal combustion engine and the exhaust gas turbocharger are aerodynamically coupled. The energy of the combustion gas is the exhaust gas turbine fed and converted into mechanical energy by the exhaust gas turbine so that the compressor coupled to the turbine uses this energy for compression who can use fresh charge.

Ein Aufladesystem hat den Vorteil, dass die Bau- und Hubraumleistung erheblich gesteigert werden kann. Es wird ein besserer Drehmomentenverlauf über dem nutzbaren Drehzahlbereich erreicht. Weiter wird im Vergleich zu Saugmotoren ein reduzierter Kraftstoffverbrauch, bei gleichzeitiger Verbesserung der Abgasemissionswerte erzielt.A charging system has the advantage that the construction and displacement capacity can be increased significantly. There will be a better torque curve over the usable speed range reached. Furthermore, a reduced compared to naturally aspirated engines Fuel consumption, while improving exhaust emissions achieved.

Nachteilig bei Aufladesystemen sind der zusätzliche Platzbedarf und das zusätzliche Gewicht. Bei Abgas turboladern ist der notwendige Anbau an den heißen Abgasstrang nachteilig, weil hochwarmfeste Werkstoffe verwendet werden müssen.The disadvantage of charging systems the additional Space requirements and the additional Weight. With exhaust gas turbochargers, the necessary attachment to the hot exhaust line is disadvantageous because high-temperature resistant materials have to be used.

Es sind 2-Takt-Brennkraftmaschinen mit Gleichstromspülung bekannt, wie sie bei Schiffsdieselmotoren eingesetzt werden, deren Wirkungsgrad wesentlich höher liegt, als der für Pkws, wodurch der Kraftstoffverbrauch reduziert wird. Diese Brennkraftmaschinen weisen einen Auslasskanal vom Zylinder zum Aufladesystem auf, wobei die Verbrennungsgase über diesen Auslasskanal vor die Turbine des Aufladesystems geführt werden. Bei diesen 2-Takt-Brennkraftmaschinen mit Gleichstromspülung werden die Ventile so gesteuert, dass der Auslass zum Abführen der Verbrennungsgase später schließt, als der Einlass zum Spülen des Zylinders, um eine gute Ausspülung zu erreichen. Bei aufgeladenen 2-Takt-Brennkraftmaschinen bedeutet dies, das der Druck vor der Turbine des Aufladesystems kleiner sein muss, als der Ladedruck, um eine Spülung zu gewährleisten. Dadurch sinkt jedoch auch die Temperatur und damit auch die zur Verfügung stehende Energie vor der Turbine ab. Zur Spülung steht somit nur die Druckdifferenz Ladedruck und Abgasgegendruck vor der Turbine zur Verfügung. Die Turbine stellt jedoch auch einen Strömungswiderstand dar, der sich negativ auf diese Druckdifferenz auswirkt.2-stroke internal combustion engines with DC flushing are known, as are used in marine diesel engines, the efficiency of which is considerably higher than that for cars, which reduces fuel consumption. These internal combustion engines have an outlet channel from the cylinder to the supercharging system, the combustion gases being routed via this outlet channel in front of the turbine of the supercharging system. In these 2-stroke DC purge engines, the valves are controlled so that the exhaust for exhausting the combustion gases closes later than the intake for purging the cylinder to achieve a good purge. In the case of supercharged 2-stroke internal combustion engines, this means that the pressure in front of the turbine of the supercharging system must be less than the boost pressure in order to guarantee a purge. However, this also lowers the temperature and thus the available energy in front of the turbine. Only the pressure difference between boost pressure and exhaust back pressure in front of the turbine is available for purging. However, the turbine also represents a flow resistance, which has a negative effect on this pressure difference.

Vor diesem Hintergrund ergibt sich die Aufgabe der Erfindung eine Brennkraftmaschine und ein Verfahren zur Abführung der Verbrennungsgase aus dem Zylinder anzugeben, bei denen eine effektive Spülung ermöglicht und die bei der Verbrennung anfallende Energie möglichst effektiv genutzt wird.Against this background it follows the object of the invention an internal combustion engine and a method for removal to indicate the combustion gases from the cylinder, in which one effective rinsing allows and the energy generated during combustion is used as effectively as possible.

Diese Aufgabe wird durch eine Zweitakt-Brennkraftmaschine mit Kolben und Zylinder gelöst, die mit ei nem Aufladesystem mit Turbine und Verdichter gekoppelt ist, bei der ein an den Zylinder angeschlossener erster Auslasskanal vor die Turbine führt und eine verdichtete Frischladung dem Zylinder zuführbar ist und an den Zylinder ein zweiter Auslasskanal angeschlossen ist, der den Zylinder mit dem hinter der Turbine liegenden Auspuff verbindet.This task is accomplished by a two-stroke internal combustion engine solved with piston and cylinder, coupled with a turbocharger and compressor supercharging system is where a first exhaust port connected to the cylinder in front of the turbine and a compressed fresh charge can be fed to the cylinder and a second exhaust port is connected to the cylinder, which connects the cylinder to the exhaust behind the turbine.

Der Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, dass die Energie des heißen Verbrennungsgases im Zylinder möglichst lange zum Antrieb der Turbine des Aufladesystems genutzt werden kann, gleichzeitig aber bei ausschließlicher Abführung der Verbrennungsgase aus dem Zylinder vor die Turbine die für eine gute Spülung notwendige Druckdifferenz zu niedrig ist. Ein besseres Druckverhältnis liegt zwischen Ladedruck und Umgebungsdruck hinter der Turbine vor. Diese bessere Druckdifferenz gewährleistet eine effektive Spülung.The invention is based on the idea that the energy of the hot Combustion gas in the cylinder if possible long used to drive the turbine of the charging system can, but at the same time only with the removal of the combustion gases from the cylinder in front of the turbine the necessary for a good flushing Pressure difference is too low. There is a better pressure ratio between boost pressure and ambient pressure behind the turbine. This ensures better pressure differential an effective rinse.

Deshalb weist die erfindungsgemäße 2-Takt Brennkraftmaschine zwei Auslasskanäle auf. Ein erster Auslasskanal führt vor die Turbine des Aufladesystems. Ein zweiter Auslasskanal führt zum Auspuff hinter die Turbine. Hier ist der Umgebungsdruck wesentlich geringer als der Abgasgegendruck vor der Turbine, wodurch für die Spülung eine günstigere Druckdifferenz entsteht.Therefore, the 2-stroke internal combustion engine according to the invention two outlet channels on. A first outlet duct leads in front of the turbine of the charging system. A second outlet duct leads to the Exhaust behind the turbine. The ambient pressure is essential here less than the exhaust gas back pressure in front of the turbine, which means a more favorable pressure difference arises.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung werden die Auslasskanäle von Auslassventilen gesteuert. Der vor die Turbine führende erste Auslasskanal ist über ein erstes Auslassventil steuerbar, wobei der hinter die Turbine führende zweite Auslasskanal über ein zweites Auslassventil steuerbar ist. Steuerbar umfasst hier das Öffnen und Schließen der Ventile, so dass die Auslasskanäle mit dem Zylinder verbunden oder von ihm getrennt sind.In an advantageous embodiment In the invention, the exhaust ports are controlled by exhaust valves. The one leading in front of the turbine first outlet duct is over a first exhaust valve controllable, the one behind the turbine premier second outlet duct over a second outlet valve is controllable. Controllable includes here opening and closing of the valves so that the exhaust ports are connected to the cylinder or are separated from it.

Erfindungsgemäß wird nach der Verbrennung zuerst das erste Auslassventil geöffnet. Da der Druck im Zylinder wesentlich höher ist als vor der Turbine, strömen die heißen Verbrennungsgase über den ersten Auslasskanal vor die Turbine und treiben diese und den mit der Turbine starr verbundenen Verdichter zur Kompression der Frischladung an. Dann wird bei der Abwärtsbewegung des Kolbens der Spülschlitz freigegeben, so dass die vom Verdichter zur Verfügung gestellte Frischladung mit Ladedruck in den Zylinder strömen kann. Die im Zylinder befindlichen Verbrennungsgase strömen somit über den momentan einzigen geöffneten ersten Auslasskanal vor die Turbine und treiben diese an. Durch die somit verursachte Drehung der Turbine wird die Energie der Verbrennungsgase in mechanische Energie umgewandelt. Die Verbrennungsgase strömen wegen der Druckdifferenz durch die Turbine und treiben das Turbinenlaufrad an. Die über den Spülschlitz zugeführte Frischladung kühlt die im Zylinder befindlichen Verbrennungsgase ab, wodurch auch die vor der Turbine herrschende Temperatur und der Druck abgesenkt werden. Um die Temperatur nicht zu stark absinken zu lassen, wird nun auch das zweite Auslassventil geöffnet und der zweite Auslasskanal führt die Verbrennungsgase in den Auspuff hinter der Turbine. Kurz nachdem das zweite Auslassventil geöffnet wurde, wird das erste Auslassventil geschlossen, so dass die Verbrennungsgase ausschließlich nur hinter die Turbine strömen können. Aufgrund der höheren Druckdifferenz wird somit eine sehr gute Spülung realisiert. Der anfänglich hohe Druck im Zylinder wird effektiv zum Antrieb der Turbine verwendet. Nachdem der Druck nachgelassen hat, wird die Verbindung zur Turbine mittels des ersten Auslassventils unterbrochen und die Verbrennungsgase werden über den zweiten Auslasskanal in den Auspuff hinter die Turbine transportiert.According to the invention after the combustion first opened the first exhaust valve. Because the pressure in the cylinder significantly higher is than in front of the turbine, flow they are called Combustion gases over the first outlet duct in front of the turbine and drive it and the the turbine rigidly connected compressor to compress the fresh charge on. Then the downward movement the piston the flushing slot released so that the fresh charge provided by the compressor can flow into the cylinder with boost pressure. The ones in the cylinder Combustion gases flow thus over the only one currently open first exhaust duct in front of the turbine and drive it. By the rotation of the turbine thus caused becomes the energy of the combustion gases converted into mechanical energy. The combustion gases flow because of the Differential pressure through the turbine and drive the turbine wheel on. The above the flushing slot supplied Fresh charge cools the combustion gases in the cylinder, which also causes the the temperature prevailing in front of the turbine and the pressure are reduced. So as not to let the temperature drop too much, the second exhaust valve opened and the second outlet duct leads the combustion gases in the exhaust behind the turbine. Shortly after the second exhaust valve opened the first exhaust valve is closed so that the combustion gases exclusively only flow behind the turbine can. Because of the higher pressure difference very good rinsing is thus achieved. The beginning high pressure in the cylinder is effectively used to drive the turbine. After the pressure drops, the connection to the turbine interrupted by means of the first exhaust valve and the combustion gases are about transported the second exhaust duct into the exhaust pipe behind the turbine.

Dadurch wird der Energiegehalt des Verbrennungsgases weitestgehend ausgenutzt, um die Turbine effektiv anzutreiben. Gleichzeitig wird durch das erste Öffnen des ersten Auslassventils auch der Zylinderdruck abgebaut, so dass dieser beim Öffnen des Spülschlitzes niedriger als der Ladedruck ist, da sonst die Verbrennungsgase in die Zuführung zum Spülschlitz zurück strömen würden. Das erste Auslassventil ist wenigstens solange geöffnet, bis der Zylinderdruck geringer ist, als der Ladedruck beim Öffnen des Spülschlitzes.This will reduce the energy content of the Combustion gas largely used to make the turbine effective drive. At the same time, the first opening of the first exhaust valve also reduced the cylinder pressure, so that this when opening the scavenging is lower than the boost pressure, otherwise the combustion gases in the feeder to the flushing slot back stream would. The first outlet valve is open at least until the cylinder pressure is lower than the boost pressure when opening the Scavenging.

Durch das Schließen des ersten Auslassventils kurz nachdem das zweite Auslassventil geöffnet wurde, wird erreicht, dass der Druck vor der Turbine nicht weiter abfällt und die Temperatur nicht weiter abgesenkt wird.By closing the first exhaust valve shortly after the second exhaust valve is opened, it is reached that the pressure in front of the turbine does not drop any further and the temperature does not is further lowered.

Das zweite Auslassventil muss so rechtzeitig geöffnet werden, dass einerseits der Druck vor der Turbine nicht zusätzlich abfällt, solange wie das erste Auslassventil noch geöffnet ist, andererseits sollte jedoch auch die volle Druckdifferenz Ladedruck/Umgebungsdruck hinter der Turbine schnell zur Verfügung stehen, um das vom Verbrennungsgas verbliebene Restgas möglichst komplett auszuspülen und noch genügend Zeit verbleibt, um nach dem Schließen des zweiten Auslassventils bis zum Schließen des Spülschlitzes ein ausreichendes Ladedruckniveau im Zylinder aufzubauen.The second exhaust valve must be opened in time so that on the one hand the pressure in front of the turbine does not drop as long as the first exhaust valve is still open; Flush out the residual gas remaining combustion as completely as possible and there is still enough time to have a sufficient charge pressure level in the cy after closing the second exhaust valve until the purge slot closes build linder.

Die erfindungsgemäße Ausgestaltung hat eine Erhöhung des Wirkungsgrades und der Leistungsdichte der Brennkraftmaschine zur Folge, was letztlich zu einem niedrigeren Kraftstoffverbrauch führt.The embodiment of the invention has an increase in Efficiency and the power density of the internal combustion engine Consequence, which ultimately leads to lower fuel consumption.

Die erfindungsgemäße 2-Takt-Brennkraftmaschine kann sowohl bei Otto- als auch bei Dieselmotoren eingesetzt werden.The 2-stroke internal combustion engine according to the invention can be used for both petrol and diesel engines.

Es lässt sich jede Art der Gemischbildung bei der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine einsetzen. Sowohl eine Direkteinspritzung, als auch eine außerhalb des Zylinders stattfindende Gemischbildung mittels Vergaser und auch das HCCI-(Homogenius Charge Compression Ignition)Verfahren kann bei der Brennkraftmaschine mit den zwei Auslasskanälen eingesetzt werden.Any type of mixture formation can be done in the internal combustion engine according to the invention deploy. Both a direct injection and one outside of the cylinder mixture formation by means of carburetor and also the HCCI (Homogenius Charge Compression Ignition) process can be used in the internal combustion engine with the two outlet channels become.

Ebenso können bei der Aufladung der Frischladung alle Arten von Aufladesystemen eingesetzt werden. Dazu gehören neben dem Abgasturbolader sowohl mechanisch, als auch elektrisch angetriebene Aufladesysteme oder Kombinationen von diesen.Likewise, when charging the fresh charge all types of charging systems can be used. In addition to the exhaust gas turbocharger both mechanically and electrically driven Charging systems or combinations of these.

Die Aufgabe wird auch durch ein Verfahren zur Abführung von Verbrennungsgasen aus einer Zweitakt-Brennkraftmaschine mit Kolben und Zylinder gelöst, die mit einem Aufladesystem mit Turbine und Verdichter gekoppelt ist, bei dem die Verbrennungsgase nach einer Verbrennung zuerst über einen ersten Auslasskanal, der über ein erstes Auslassventil geöffnet wird, vor die Turbine geführt werden und dann eine vom Verdichter verdichtete Frischladung über einen bei der Abwärtsbewegung des Kolbens freigegebenen Spülschlitz in den Zylinder eingespült wird und die Verbrennungsgase aus dem Zylinder über den ersten Auslasskanal vor die Turbine abgeführt werden und bei dem die Verbrennungsgase nach dem Öffnen des Spülschlitzes über einen von einem zweiten Auslassventil geöffneten zweiten Auslasskanal, der hinter die Turbine führt, abgeführt werden und das erste Auslassventil geschlossen wird, nachdem das zweite Auslassventil geöffnet wurde.The task is also accomplished through a process for removal of combustion gases from a two-stroke internal combustion engine Piston and cylinder released, which are coupled with a turbocharger and compressor supercharging system is, in which the combustion gases after combustion first through a first exhaust duct that over a first exhaust valve opened is led in front of the turbine and then a fresh charge compressed by the compressor over a in the downward movement the flushing slot released washed into the cylinder and the combustion gases from the cylinder via the first exhaust port discharged in front of the turbine and where the combustion gases after opening the Flush slot over one of opened a second outlet valve second exhaust duct, which leads behind the turbine, and the first exhaust valve is closed after the second exhaust valve is opened.

Die Erfindung wird nachstehend ohne Beschränkung des allgemeinen Erfindungsgedanken anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen exemplarisch beschrieben, auf die im übrigen bzgl. der Offenbarung aller im Text nicht näher erläuterten erfindungsgemäßen Einzelheiten ausdrücklich verwiesen wird. Es zeigen:The invention is hereinafter without restriction the general inventive concept based on exemplary embodiments described by way of example with reference to the drawings the rest of it with regard to the disclosure of all details according to the invention not explained in detail in the text expressly is referred. Show it:

1: Kurbelsteuerdiagramm einer 2-Takt-Brennkraftmaschine nach dem Stand der Technik, 1 : Crank control diagram of a 2-stroke internal combustion engine according to the prior art,

2: Aufbau einer erfindungsgemäßen 2-Takt-Brennkraftmaschine, 2 : Construction of a 2-stroke internal combustion engine according to the invention,

3: Kurbelsteuerdiagramm einer erfindungsgemäßen 2-Takt-Brennkraftmaschine. 3 : Crank control diagram of a 2-stroke internal combustion engine according to the invention.

1 zeigt ein Kurbelsteuerdiagramm für eine 2-Takt-Brennkraftmaschine nach dem Stand der Technik. Mit OT ist der obere Totpunkt des Kolbens bezeichnet, mit UT der untere Totpunkt. Bei der Abwärtsbewegung des Kolbens wird hier zuerst das Auslassventil geöffnet (AÖ). Die im Zylinder unter hohem Druck stehenden Verbrennungsgase strömen über den Auslasskanal zum Aufladesystem und dort vor die Turbine, wodurch die hohe Energie die Turbine und somit der an diese gekoppelte Verdichter angetrieben und die angesaugte Frischluft verdichtet wird. Bei der weiteren Abwärtsbewegung wird der vom Kolbenhemd abgedeckte Spülschlitz freigegeben (SÖ), so dass die über einen Spülkanal zugeführte Frischladung mit Ladedruck in den Zylinder strömen kann und die Verbrennungsgase ausspülen kann. Nachdem der Kolben den unteren Totpunkt durchlaufen hat, wird bei der Aufwärtsbewegung der Spülschlitz wieder geschlossen (SS). Zu diesem Zeitpunkt ist das Auslassventil noch geöffnet, um auch noch verbliebene Restgase der Verbrennungsgase aus dem Zylinder auszuspülen. Erst dann schließt auch das Auslassventil (AS) um mit dieser Kolbenaufwärtsbewegung ein ausreichendes Ladedruckniveau im Zylinder aufzubauen. 1 shows a crank control diagram for a 2-stroke internal combustion engine according to the prior art. OT is the top dead center of the piston, UT is bottom dead center. When the piston moves downward, the outlet valve is opened first (A Ö ). The combustion gases in the cylinder, which are under high pressure, flow via the outlet channel to the supercharging system and there in front of the turbine, whereby the high energy drives the turbine and thus the compressor coupled to it, and compresses the fresh air drawn in. With the further downward movement, the flushing slot covered by the piston skirt is released (S Ö ), so that the fresh charge supplied via a flushing channel can flow into the cylinder with boost pressure and can flush out the combustion gases. After the piston has passed through the bottom dead center, the flushing slot is closed again during the upward movement (S S ). At this point in time, the exhaust valve is still open in order to flush out any residual gases from the combustion gases from the cylinder. Only then does the exhaust valve (A S ) close in order to build up a sufficient boost pressure level in the cylinder with this piston upward movement.

Nachteilig ist hier, dass durch das lange Öffnen des Auslasskanals der Druck und damit auch die Temperatur vor der Turbine sinken, was zu einem Energieverlust für die Turbine führt. Kurz bevor der Spülschlitz im dritten Quadranten des Kurbeldiagramms geschlossen wird, ist die Druckdifferenz zwischen Ladedruck und Abgasgegendruck vor der Turbine nicht mehr groß genug, um eine ausreichend gute Spülung zu realisieren.The disadvantage here is that the long opening the outlet channel the pressure and thus the temperature before Turbine sink, which leads to a loss of energy for the turbine. Short before the flushing slot is closed in the third quadrant of the crank diagram the pressure difference between boost pressure and exhaust gas back pressure before Turbine no longer big enough for a sufficiently good rinse to realize.

2 zeigt den Aufbau einer erfindungsgemäßen 2-Takt-Brennkraftmaschine. An diese 2-Takt-Brennkraftmaschine 1 ist ein Aufladesystem 2 angeschlossen. Die 2-Takt-Brennkraftmaschine umfasst den Zylinder 11 und den Kolben 12. Der Zylinder 11 ist über das erste Auslassventil A1 mit dem ersten Auslasskanal 13 und über das zweite Auslassventil A2 mit dem zweiten Auslasskanal 14 verbunden. Der erste Auslasskanal 13 führt zum Aufladesystem 2, welches in diesem Ausführungsbeispiel durch einen Abgasturbolader 20 realisiert ist. Der Auslasskanal 13 endet dort vor der Turbine 21. Der zweite Auslasskanal 14 führt hinter die Turbine 21 in den Auspuff 23. Der Abgasturbolader 20 umfasst die Turbine 21 und den Verdichter 22, die über eine Welle 26 starr miteinander verbunden sind. Über das Ansaugrohr 24 wird Frischluft angesaugt, die über einen Luftfilter 25 gefiltert wird. Diese Frischluft wird vom Verdichter 22 komprimiert und über den Spülkanal 27 dem Spülschlitz 16 am Zylinder 11 zugeführt. Dort liegt die Frischladung mit Ladedruck an, um bei Freigabe des Spülschlitzes 16 in den Zylinder zu strömen. Die Einspritzdüse ist mit 15 bezeichnet. 2 shows the structure of a 2-stroke internal combustion engine according to the invention. To this 2-stroke internal combustion engine 1 is a charging system 2 connected. The 2-stroke internal combustion engine includes the cylinder 11 and the piston 12 , The cylinder 11 is via the first outlet valve A1 with the first outlet channel 13 and via the second outlet valve A2 with the second outlet channel 14 connected. The first outlet duct 13 leads to the charging system 2 , which in this embodiment by an exhaust gas turbocharger 20 is realized. The outlet duct 13 ends there in front of the turbine 21 , The second outlet duct 14 leads behind the turbine 21 in the exhaust 23 , The exhaust gas turbocharger 20 includes the turbine 21 and the compressor 22 that over a wave 26 are rigidly connected. Via the intake pipe 24 fresh air is drawn in through an air filter 25 is filtered. This fresh air is from the compressor 22 compressed and over the rinsing channel 27 the flushing slot 16 on the cylinder 11 fed. The fresh charge with boost pressure is there to release the flushing slot 16 to flow into the cylinder. The injection nozzle is designated 15.

3 zeigt ein Kurbelsteuerdiagramm einer erfindungsgemäßen 2-Takt-Brenkraftmaschine. 3 shows a crank control diagram of a 2-stroke internal combustion engine according to the invention.

Um den Energiegehalt des Verbrennungsgases im Zylinder 11 effektiv zu nutzen und gleichzeitig eine gute Spülung zu erreichen, wird zuerst das erste Auslassventil A1 geöffnet (A1Ö), wodurch das Verbrennungsgas über den ersten Auslasskanal 13 vor die Turbine 21 geleitet wird und diese Turbine 21 zu einer Drehbewegung antreibt. Dabei ist das erste Auslassventil A1 wenigstens solange geöffnet, bis der Zylinderdruck geringer ist als der Ladedruck beim Öffnen des Spülschlitzes 16. Dann öffnet der Spülschlitz 16 (SÖ) und durch den Ladedruck wird das Verbrennungsgas über das erste Auslassventil A1 und den ersten Auslasskanal 13 und kurz danach auch über das dann geöffnete zweite Auslassventil A2 (A2a) und den daran angeschlossenen zweiten Auslasskanal 14 abgeführt. Dann schließt das erste Auslassventil A1 (A1S), da sonst der Druckabfall vor der Turbine 21 zu stark wäre und die Temperatur vor der Turbine sonst durch die kalte Frischluft abgekühlt würde, was einen Energieverlust vor der Turbine darstellen würde. Der Zylinder 21 wird nun vom Ladedruck ausgespült und das restliche Verbrennungsgas wird über das noch geöffnete zweite Auslassventil A2 abgeführt. Dann wird das Auslassventil A2 geschlossen (A2S) und die Frischladung wird im Zylinder durch die Aufwärtsbewegung des Kolbens verdichtet.To the energy content of the combustion gas ses in the cylinder 11 To use it effectively and at the same time to achieve a good purge, the first exhaust valve A1 is first opened (A1 Ö ), which means that the combustion gas flows through the first exhaust duct 13 in front of the turbine 21 is directed and this turbine 21 drives to a rotary motion. The first outlet valve A1 is at least open until the cylinder pressure is lower than the boost pressure when the flushing slot is opened 16 , Then the flushing slot opens 16 (S Ö ) and by the boost pressure, the combustion gas via the first exhaust valve A1 and the first exhaust port 13 and shortly thereafter also via the then opened second outlet valve A2 (A2a) and the second outlet channel connected to it 14 dissipated. Then the first exhaust valve A1 (A1 S ) closes, otherwise the pressure drop in front of the turbine 21 would be too strong and the temperature in front of the turbine would otherwise be cooled by the cold fresh air, which would represent an energy loss in front of the turbine. The cylinder 21 is now flushed out of the boost pressure and the remaining combustion gas is discharged via the still open second exhaust valve A2. Then the outlet valve A2 is closed (A2 S ) and the fresh charge is compressed in the cylinder by the upward movement of the piston.

11
2-Takt-Brennkraftmaschine2-stroke internal combustion engine
22
Aufladesystemcharging system
1111
Zylindercylinder
1212
Kolbenpiston
1313
erster Auslasskanalfirst exhaust port
1414
zweiter Auslasskanalsecond exhaust port
1515
Einspritzdüseinjection
1616
Spülschlitzscavenging
2020
Abgasturboladerturbocharger
2121
Turbineturbine
2222
Verdichtercompressor
2323
AuspuffExhaust
2424
Ansaugrohrintake
2525
Luftfilterair filter
2626
Wellewave
2727
Spülkanalirrigation channel
OTOT
oberer Totpunktupper dead
UTUT
unterer Totpunktlower dead
A1A1
erstes Auslassventilfirst outlet valve
A2A2
zweites Auslassventilsecond outlet valve
AÖ A Ö
Öffnen des AuslassventilsOpening the exhaust valve
SÖ S Ö
Öffnen des SpülschlitzesOpening the scavenging
AS A S
Schließen des AuslassventilsClosing the exhaust valve
SS S S
Schließen des SpülschlitzesClosing the scavenging
A1Ö A1 Ö
Öffnen des ersten AuslassventilsOpening the first exhaust valve
A2Ö A2 Ö
Öffnen des zweiten AuslassventilsOpening the second exhaust valve
A1S A1 p
Schließen des ersten AuslassventilsClosing the first exhaust valve
A2S A2 p
Schließen des zweiten AuslassventilsClosing the second exhaust valve

Claims (7)

Zweitakt-Brennkraftmaschine (1) mit Kolben (12) und Zylinder (11), die mit einem Aufladesystem (2) mit Turbine (21) und Verdichter (22) gekoppelt ist, bei der ein an den Zylinder (11) angeschlossener erster Auslasskanal (13) vor die Turbine (21) führt und eine verdichtete Frischladung dem Zylinder (11) zuführbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass an den Zylinder (11) ein zweiter Auslasskanal (14) angeschlossen ist, der den Zylinder (11) mit dem hinter der Turbine (21) liegenden Auspuff (23) verbindet.Two-stroke internal combustion engine ( 1 ) with piston ( 12 ) and cylinder ( 11 ) with a charging system ( 2 ) with turbine ( 21 ) and compressors ( 22 ) is coupled, in which a to the cylinder ( 11 ) connected first outlet duct ( 13 ) in front of the turbine ( 21 ) leads and a compressed fresh charge to the cylinder ( 11 ) can be fed, characterized in that on the cylinder ( 11 ) a second outlet duct ( 14 ) connected to the cylinder ( 11 ) with the one behind the turbine ( 21 ) lying exhaust ( 23 ) connects. Zweitakt-Brennkraftmaschine (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der vor die Turbine (21) führende erste Auslasskanal (13) über ein erstes Auslassventil (A1) steuerbar ist und der hinter die Turbine (21) führende zweite Auslasskanal (14) über ein zweites Auslassventil (A2) steuerbar ist.Two-stroke internal combustion engine ( 1 ) according to claim 1, characterized in that the front of the turbine ( 21 ) leading first exhaust duct ( 13 ) can be controlled via a first outlet valve (A1) and which is behind the turbine ( 21 ) leading second outlet duct ( 14 ) can be controlled via a second outlet valve (A2). Zweitakt-Brennkraftmaschine (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass Verbrennungsgase bei Abwärtsbewegung des Kolbens (12) über den ersten Auslasskanal (13) vor die Turbine (21) abführbar sind und nach Freiwerden eines Spülschlitzes (16) auch über den zweiten Auslasskanal (14) abführbar sind und das erste Auslassventil (A1) vor dem zweiten Auslassventil (A2) schließt.Two-stroke internal combustion engine ( 1 ) according to claim 2, characterized in that combustion gases when moving the piston ( 12 ) via the first outlet duct ( 13 ) in front of the turbine ( 21 ) are removable and after a flushing slot has been freed ( 16 ) also via the second outlet duct ( 14 ) can be removed and the first exhaust valve (A1) closes before the second exhaust valve (A2). Zweitakt-Brennkraftmaschine (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Aufladesystem (2) als Abgasturbolader (20) ausgeführt ist.Two-stroke internal combustion engine ( 1 ) according to claim 1, characterized in that the charging system ( 2 ) as an exhaust gas turbocharger ( 20 ) is executed. Zweitakt-Brennkraftmaschine (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennkraftmaschine (1) mit Dieselkraftstoff betreibbar ist und eine Direkteinspritzung aufweist.Two-stroke internal combustion engine ( 1 ) according to claim 1, characterized in that the internal combustion engine ( 1 ) can be operated with diesel fuel and has direct injection. Verfahren zur Abführung von Verbrennungsgasen aus einer Zweitakt-Brennkraftmaschine (1) mit Kolben (12) und Zylinder (11), die mit einem Aufladesystem (2) mit Turbine (21) und Verdichter (22) gekoppelt ist, bei dem die Verbrennungsgase nach einer Verbrennung zuerst über einen ersten Auslasskanal (13), der über ein erstes Auslassventil (A1) geöffnet wird, vor die Turbine (21) geführt werden und dann eine vom Verdichter (22) verdichtete Frischladung über einen bei der Abwärtsbewegung des Kolbens (12) freigegebenen Spülschlitz (16) in den Zylinder (11) eingespült wird und die Verbrennungsgase aus dem Zylinder (11) über den ersten Auslasskanal (13) vor die Turbine (21) abgeführt werden, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbrennungsgase nach dem Öffnen des Spülschlitzes (16) über einen von einem zweiten Auslassventil (A2) geöffneten zweiten Auslasskanal (14), der hinter die Turbine (21) führt, abgeführt werden und das erste Auslassventil (A1) geschlossen wird, nachdem das zweite Auslassventil (A2) geöffnet wurde.Method for removing combustion gases from a two-stroke internal combustion engine ( 1 ) with piston ( 12 ) and cylinder ( 11 ) with a charging system ( 2 ) with turbine ( 21 ) and compressors ( 22 ) is coupled, in which the combustion gases after combustion first via a first outlet channel ( 13 ), which is opened via a first exhaust valve (A1), in front of the turbine ( 21 ) and then one from the compressor ( 22 ) compressed fresh charge via a during the downward movement of the piston ( 12 ) released flushing slot ( 16 ) in the cylinder ( 11 ) is flushed in and the combustion gases from the cylinder ( 11 ) via the first outlet duct ( 13 ) in front of the turbine ( 21 ) are discharged, characterized in that the combustion gases after opening the flushing slot ( 16 ) via a second outlet channel opened by a second outlet valve (A2) ( 14 ) behind the turbine ( 21 ) leads, be discharged and the first outlet valve (A1) is closed after the second outlet valve (A2) has been opened. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Auslassventil (A2) geschlossen wird, bevor der Spülschlitz (16) durch eine Aufwärtsbewegung des Kolbens (12) geschlossen wird.A method according to claim 6, characterized in that the second outlet valve (A2) is closed before the flushing slot ( 16 ) by an upward movement of the piston ( 12 ) is closed.
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