DE3913629C2 - Zweitakt-Gleichstrom-Brennkraftmaschine mit Fremdzündung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Zweitakt-Gleichstrom-Brennkraft­ maschine mit Fremdzündung, bei welcher entweder ein Spülmittel aus Luft oder einer Brennstoff-Luftmischung in den Brennraum eingeführt wird.

Eine derartige Brennkraftmaschine ist aus der US-PS 2 887 993 bekannt. Diese bekannte Brennkraftmaschine ist mit einem vom Motor angetriebenen Kompressor und mit einem mechanisch gesteu­ erten Auslaßventil versehen. Das Brennstoffeinspritzventil ist in der Zylinderwand senkrecht und in der Nähe des Zylinderkopfes eingebaut. Vom Kolben gesteuerte Spülöffnungen sind in zwei Reihen über die Zylinderwand angeordnet und führen das Spülmit­ tel aus der Überströmleitung in den Brennraum ein. Die Ein­ spritzung erfolge lastabhängig über unterschiedliche Winkelbe­ reiche des Kurbelwinkels.

Die US-PS 1 854 190 betrifft eine Mehrzylinder-Brennkraftmaschine mit Brennstoffeinspritzung, bei der die Einlaß- und Auslaß­ kanäle in bestimmter Weise angeordnet sind.

Die US-PS 21 85 254 bezieht sich auf eine Zweitaktbrennkraft­ maschine mit einem Kompressor, der ein Spülmittel über gesteuerte Spülöffnungen in den Brennraum austreten läßt.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine gattungsgemäße Zweitakt-Gleichstrom-Brennkraftmaschine zu schaffen, die bei niedrigem Brennstoffverbrauch eine geringe Schadstoffemission gewährleistet und einen leisen vibrations­ armen Motorlauf gewährleistet.

Gelöst wird die gestellte Aufgabe durch die im Kennzeichnungs­ teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale.

Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen 2 und 3.

Im Gegensatz zum Stande der Technik sind die Einspritzöffnungen für den Brennstoff in besonderer Weise mit den Spülöffnungen bzw. der ringförmigen Spülkammer kombiniert, wodurch eine be­ sonders zweckmäßige Verwirbelung innerhalb des Brennraumes über einen weiten Lastbereich gewährleistet wird.

Das von einem Motorkompressor verdichtete Gemisch wird in die ringförmige Spülkammer abgegeben, in der sich das Gemisch an­ sammelt und über mehrere Spülöffnungen gleichförmig in den Brennraum eintritt, wobei dieses Gemisch als Spülmittel dient, das in Form eines Wirbelgleichstroms fließt. Beim Aufwärtshub des Kolbens wird dieses Spülmittel weiter komprimiert. Auf diese Weise kann bei vermindertem Brennstoffverbrauch die Motorlei­ stung erhöht werden, wobei geringere Anteile des Schmiermittels verbrannt werden und eine merkliche Verbesserung des Schadstoff­ ausstoßes gegenüber herkömmlichen Zweitaktbrennkraftmaschinen erzielt wird. Dadurch wird es möglich, die Zweitaktbrennkraft­ maschine auch für Antriebe vorzusehen, die bisher Viertaktbrenn­ kraftmaschinen vorbehalten waren.

Nachstehend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung beschrieben. In der Zeichnung zeigt

Fig. 1 einen Vertikalschnitt einer Zweitakt-Gleich­ strom-Brennkraftmaschine mit Fremdzündung,

Fig. 2 einen Horizontalschnitt nach der Linie II-II gemäß Fig. 1;

Fig. 3 einen Vertikalschnitt eines Zylinders gemäß Fig. 2 in Höhe der Spülöffnungen.

Fig. 4 einen Vertikalschnitt einer Zweitakt-Gleichstrom- Maschine mit Fremdzündung, geschnitten in einer Vertikalebene senkrecht zu dem Schnitt gemäß Fig. 1;

Fig. 5 ein Ventilzeitdiagramm einer erfindungsgemäßen Maschine, welche unter Benutzung des Kurbelwinkels aufgezeichnet ist.

Nachstehend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung unter Bezugnahme auf Fig. 1 bis 4 beschrieben.

Die Zweitakt-Gleichstrom-Brennkraftmaschine mit Fremdzündung weist einen Zylinder (1), einen in dem Brennraum (2) des Zylinders (1) hin- und hergehend gelagerten Kolben (3) und ein Kurbelgehäuse (4) unter dem Zylinder (1) auf. Der untere Endabschnitt des Brennraumes (2) steht mit dem oberen Teil des Kurbelgehäuses (4) in Verbindung. Die Kurbelwelle (8) wird vom Kurbelgehäuse (4) über Lager (6 und 7) drehbar abgestützt. Die Kurbelwelle (8) ist mit dem Kolben (3) über eine Pleuelstange (10) verbunden, die an einer Kurbel (9) angreift.

Das Kurbelgehäuse (4) definiert eine Kurbelkammer (5) mit einem inneren Volumen, das ausreicht, um eine Drehung der Kurbel (9) und die Bewegung der Pleuelstange (10) zuzulassen, und das Kurbelgehäuse wirkt als Schmiermittelspeicher. Das Innere der Kurbelkammer (5) steht mit der Außenseite des Motors über einen nicht dargestellten Entlüfter in Verbindung.

Der Zylinder (1) besitzt eine ringförmige Spülkammer (13), die über den gesamten Umfang herum verläuft. Die ringförmige Spülkammer (13) steht über eine Spülöffnung (14) mit einem Teil der ringförmigen Spülkammer (13) und der Ausströmöffnung eines nicht dargestellten Kompressors in Verbindung, der vom Motor angetrieben wird. Ein Strömungsmittel, beispielsweise Luft, die vom Kompressor verdichtet ist, wird als Spülmittel in die ringförmige Spülkammer (13) eingeführt, um sich dort anzusammeln.

Die ringförmige Spülkammer (13) steht mit dem Inneren des Brennraumes (2) über mehrere Spülöffnungen (16) in Verbindung (bei diesem Ausführungsbeispiel sind neun Spülmittelöffnungen vorgesehen), die in der Wand (15) (Fig. 2) des Zylinders (1) ausgebildet sind. Die Spülöffnungen (16) liegen längs einer Ebene senkrecht zur Mittelachse (0) des Zylinders (1) (vgl. Fig. 3). Stattdessen können sie auch längs einer leicht konischen Oberfläche gegenüber der Mittelachse (0) angeordnet sein. Außerdem ist jede Spülmittelöffnung (16) so ausgebildet, daß die Mitte des Endabschnitts hiervon in einer Richtung von etwa 45° gegenüber der Radiallinie geneigt ist, die durch die Mittelachse (0) des Zylinders (1) hindurchläuft (vgl. Fig. 2). Diese Anordnung ermöglicht es, das Spülmittel in den Brennraum (2) aus der ringförmigen Spülkammer (13) über die Spülöffnungen (16) in Form eines Verwirbelungs- Gleichstromes einzuführen, der sich in Horizontalrichtung im Brennraum (2) dreht. Stattdessen können die Spül­ öffnungen (16) auch so angeordnet sein, daß sie in einige Gruppen unterteilt sind und so, daß diese Spülöffnungen (16) in etwas unterschiedlichen Winkeln derart angestellt sind, daß die gewünschte Strömung von Spülmittel erfolgt, welches innerhalb des Brennraumes (2) verwirbelt ist.

Der Brennraum (2) ist mit mehreren (bei diesem Ausführungs­ beispiel mit drei) Brennstoffeinspritzdüsen (17) versehen, über die reiner Brennstoff eingespritzt wird, oder es sind Luft- Brennstoff-Einspritzdüsen (17′) vorgesehen, und diese Einspritzdüsen sind über den Umfang des Brennraumes (2) in gleichen Winkelabständen angeordnet. Jede Brennstoff-Einspritz- Düse (17) oder Luft-Brennstoff-Einspritz-Düse (17′) ist mit ihrer Düsenöffnung (18) von der Zylinderwand (15) nach dem Inneren des Brennraumes (2) gerichtet. Die Düsen (17 oder 17′) sind so ausgebildet, daß sie jede in der Lage sind, Brennstoff oder Luft in die Nähe der Mittelachse(0) des Brennraumes einzuspritzen. Durch diese Anordnung wird demgemäß bewirkt, daß Brennstoff oder ein Brennstoff-Luftgemisch aus den Düsenöffnungen (18) der einzelnen Düsen (17 oder 17′) in den Brennraum (2) eingespritzt wird, die an einer Stelle in der Nähe der Mittelachse der Zylinderkammer aufeinanderprallen. Dies führt zu einer Formation feinster Brennstoffpartikel, die dann mit der Wirbelströmung des Spülmittels, z.B. mit Luft vermischt werden, die über die Spülöffnungen (16) in den Brennraum (2) gelangt.

Wenn Luft-Brennstoff-Einspritzdüsen (17′) vorgesehen sind, und wenn diese Düsen komprimierte Luft zur Verstäubung benutzen, können die Einspritzdüsen (17′) so angeordnet werden, daß sie mit der Ausströmseite eines Kompressors verbunden sind und mit einem Teil der komprimierten Hochdruckluft gespeist werden. Stattdessen kann die Anordnung von Lufteinspritzdüsen (17′) auch derart sein, daß sie an einen Kompressor angeschlossen sind, der vom Motor getrieben wird.

Wenn Brennstoff-Einspritzdüsen (17) für flüssigen Brennstoff benutzt werden, können diese von der Druckzerstäuberbauart sein.

Wenn solche Düsen (17) für flüssigen Brennstoff benutzt werden, dann ist dieser Brennstoff, der in den Brennraum (2) eingespritzt wird, nicht notwendigerweise ein flüssiger Brennstoff, sondern stattdessen kann auch Stadtgas, Erdgas, Niederdruckgas usw. Anwendung finden.

Der Kopfteil des Kolbens (3) ist mit einer Ausnehmung (19) versehen, um einen Raum zu schaffen, in dem das Gemisch verbrannt wird.

Es kann auch eine abgewandelte Ausführungsform benutzt werden, bei der die Spülöffnungen (16) benutzt werden, um ein Brennstoff- Luftgemisch in die Zylinderkammer (2) einzuleiten.

In dem Zylinderkopf (20) ist eine Zündkerze (21) vorgesehen. Die Zündkerze (21) ist mit einem nicht-dargestellten Zündsystem verbunden und zündet, wenn der Kolben (3) in die Nähe des oberen Totpunktes gelangt, wodurch das komprimierte Brennstoff-Luftgemisch innerhalb des Brennraumes (2) gezündet wird und verbrennt.

Der obere Teil des Zylinders (1) ist mit einer Auslaßöffnung (22) ausgestattet, die durch ein Auslaßventil (23) geöffnet und geschlossen wird. Das Auslaßventil (23) kann als Tellerventil ausgebildet sein, wie diese gewöhnlich bei Vier-Taktbrennkraft- Maschinen benutzt werden. Das Tellerventil wird von einem Nocken (26), einer Nockenwelle (25) gesteuert und steht unter der Wirkung einer Öffnungsfeder (24). Die Nockenwelle (25) ist mit der Kurbelwelle (8) über einen Zahnriemen (27) so gekuppelt, daß sie mit der gleichen Drehzahl wie die Kurbelwelle (8) angetrieben wird. Auf diese Weise kann das Auslaßventil in vorbestimmten Zeitintervallen derart geöffnet und geschlossen werden, daß die verbrannten Abgase in der Zylinderkammer (2) nach außen gelangen. Das Auslaßventil (23) wird in der gleichen Weise betätigt wie bei herkömmlichen Vier-Takt-Brennkraft- Maschinen mit Fremdzündung. Wenn das Auslaßventil (23) seitlich im Zylinder angeordnet ist, dann wird es in der gleichen Weise betätigt wie bei Vier-Takt-Brennkraft-Maschinen mit seitlich angeordneter Nockenwelle.

Was die Schmierung anbetrifft, so kann ein Schmiermittel in der gleichen Weise wie bei einer normalen Vier-Takt-Brennkraft- Maschine mit Fremdzündung zugeführt werden. D.h. ein Schmier- Mittel kann entweder direkt den beweglichen Teilen des Motors über eine von der Kurbelwelle (8) angetriebene Pumpe zugeführt werden, oder es kann ein Ölschöpfer mit der Pleuelstange (10) verbunden sein, um in der Kurbelkammer (5) gespeichertes Öl direkt auf die beweglichen Teile zu verteilen.

Fig. 5 zeigt ein Ventilzeitdiagramm einer Einzylinder-Zweittakt- Gleichstrom-Brennkraftmaschine mit Fremdzündung gemäß einem vorbeschriebenen Ausführungsbeispiel, wobei als Zeitbasis der Kurbelwinkel benutzt ist.

Die Ansaugöffnung des Kompressors kann an die Druckseite eines Kompressors angeschlossen sein, der durch eine Abgas- Turbine angetrieben wird, um eine Aufladung zu bewirken.

Bezugszeichenliste

 1 Zylinder
 2 Brennraum
 3 Kolben
 4 Kurbelgehäuse
 5 Kurbelkammer
 6, 7 Lager
 8 Kurbelwelle
 9 Kurbel
10 Pleuelstange
13 Spülkammer
14 Spülöffnung
15 Zylinderwand
16 Spülöffnungen
17, 17′ Einspritzdüsen
18 Düsenöffnung
19 Ausnehmung
20 Zylinderkopf
21 Zündkerze
22 Auslaßöffnung
23 Auslaßventil
24 Öffnungsfeder
25 Nockenwelle
27 Zahnriemen
 0 Mittelachse

Claims (3)

1. Zweitakt-Gleichstrom-Brennkraftmaschine mit Fremdzündung, gekennzeichnet durch die Kombination folgender Merkmale:
eine Zylinder (1) definiert einen Brennraum (2);
ein Zylinderkopf (20) schließt den Zylinder (1) nach oben ab;
eine Kolben (3) läuft; in dem Brennraum (2) hin und her;
eine ringförmige Spülkammer (13) umfaßt den Zylinder über den ganzen Umfang;
Luft wird von einem durch die Brennkraftmaschine angetrie­ benen Kompressor angesaugt und der Spülkammer (13) unter Druck zugeführt und in dieser gespeichert;
mehrere Spülöffnungen (16) sind im Zylinder (1) ausgebil­ det, die sich nach dem Brennraum (2) am Ende des Abwärtshubes des Kolbens (3) öffnen;
die Luft innerhalb der ringförmigen Spülkammer (13) wird über die geöffneten Spülöffnungen (16) in den über dem Kolben (3) befindlichen Teil des Brennraumes in Form eines verwirbelten Gleichstromes eingeleitet;
eine Zündkerze (21) zündet das im Brennraum (2) während des Aufwärtshubes des Kolbens (3) komprimierte Gemisch;
ein Auslaßventil (23) im Zylinderkopf (20) öffnet sich am Ende des Abwärtshubes des Kolbens (3);
die Brennkraftmaschine weist außerdem mehrere Einspritz­ düsen (17, 17′) im Zylinder (1) auf, um Brennstoff oder Brenn­ stoff-Luft-Gemisch in den Brennraum (2) einzuspritzen;
die Düsenanordnung umfaßt wenigstens drei Einspritzdüsen (17, 17′), die in einer Ebene senkrecht zur Achse des Zylinders (1) angeordnet und so ausgerichtet sind, daß die Einspritz­ strahlen aller drei Einspritzdüsen (17, 17′) an einer Stelle in der Nähe der Zylinderachse aufeinandertreffen;
die Spülöffnungen (16) liegen im wesentlichen in der gleichen Ebene, in der die Einspritzdüsen (17, 17′) angeordnet sind.

2. Zweitakt-Gleichstrom-Brennkraftmaschine mit Fremdzündung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einspritzdüsen (17 oder 17′) so ausgebildet sind, daß sie in der Lage sind, Luft in die Nähe der Zylinderachse einzublasen.

3. Zweitakt-Gleichstrom-Brennkraftmaschine mit Fremdzündung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Spülluft Brennstoff enthält.