DE3933105A1 - Zweitakt-brennkraftmaschine mit einer ladungswechselsteuerung nach art einer rueckschiebesteuerung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Zweitakt-Brennkraftmaschine gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Eine derartige Brennkraftmaschine ist aus der DE-OS 27 47 884, F 01 L 1/34, bekannt. Durch lastabhängige Verlegung der Einlaßphase für das Frischgas, und zwar mit abnehmender von der Maschine abzugebender Leistung in Richtung später, wird ein Teil des zuvor in den Brennraum gelangten Frischgases in das Saugrohr zurück­ geschoben, während der Rest im Brennraum verdichtet und verbrannt wird. Der Vorteil einer derartigen Rückschiebesteuerung ist im drosselfreien Betrieb der Maschine zumin­ dest im Leerlauf- und Teillastbereich zu sehen.

Die zitierte Offenlegungsschrift offenbart auch mehrere konstruktive Möglichkeiten zur Erzielung der Lastabhängigkeit dieser Ladungswechselsteuerung. Beispielsweise ist ei­ nem zwischen der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine und einer mit Einlaßnocken ver­ sehenen Nockenwelle verlaufenden endlosen Riemen eine Stellrolle zugeordnet, deren Stellung die Länge des ziehenden Trums des Riemens beeinflußt. Dadurch wird die re­ lative Winkellage zwischen Kurbelwelle und Nockenwelle in Abhängigkeit von der je­ weiligen Last der Maschine beeinflußt. Bei Verwendung ein und derselben Nockenwelle als Träger für die Einlaß- und die Auslaßnocken besitzt gemäß einem Vorschlag in der Offenlegungsschrift die Nockenwelle eine die Einlaßnocken tragende, hohle Außenwelle, die auf einer Innenwelle lastabhängig verschwenkbar ist.

Wenn gemäß dieser Offenlegungsschrift die Rückschiebesteuerung in der Weise erfolgt, daß eine Teilmenge des zuvor in den Brennraum eingeströmten Frischgases in das Saug­ rohr zurückgeschoben wird, erfordert dies eine relativ hohe, das heißt zylinderkopfnahe Anordnung der Einmündungsstelle des Einlaßkanals für das Frischgas. Eine derart hohe Anordnung des Einströmquerschnitts - in der Regel sind mehrere erforderlich - ist aber im Hinblick auf die im oberen Bereich des Brennraums auftretenden hohen Spitzendrücke unerwünscht. Auch macht die platzmäßige Unterbringung eines lastabhängig betätigten Querschnitts-Steuerorgans für diese lastabhängige Ladungswechselsteuerung in der Saugrohranordnung Schwierigkeiten, da zur Lieferung von Frischgas in den Brennraum in der Regel mehrere, über den Umfang desselben verteilt einmündende Saugrohre bzw. Einlaßkanäle erforderlich sind, die zur Rückschieberegelung alle hinsichtlich ihres Querschnitts durch das Steuerorgan beeinflußbar sein müssen. Zumindest im Zuge ein­ zelner derartiger Einlaßkanäle ergeben sich dann zwischen dem Steuerorgan einerseits und ihren Einmündungsstellen in den Brennraum andererseits Toträume, die die Arbeits­ weise der Maschine nachteilig beeinflussen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Konstruktion für eine gattungsgemäße Zweitakt-Brennkraftmaschine unter Wahrung der Vorteile derselben zu schaffen, die so getroffen ist, daß die Lage der zumindest einen Frischgas-Einströmöffnung so, daß ihr Querschnitt durch den Hubkolben gesteuert wird, durch die Rückschiebesteuerung nicht beeinflußt ist.

Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe besteht in den kennzeichnenden Merkma­ len des Hauptanspruchs, vorteilhafte Ausbildungen der Erfindung beschreiben die Unter­ ansprüche.

Bei der Erfindung ist für die Rückschiebesteuerung also ein zusätzlicher Steuerkanal vorgesehen, der mit einem lastabhängig betätigten Steuerorgan, beispielsweise einem Schieber, bestückt ist, und in einen oberen Brennraumbereich einmündet. Dadurch wird es möglich, den eigentlichen Frischgas-Einlaßkanal in üblicher Höhe in den Brennraum einmünden zu lassen; da dieser Frischgas-Einlaßkanal nicht mit einem Steuerorgan, also beispielsweise einer Drosselklappe oder einem Schieber, bestückt ist, bestehen auch nicht die oben erläuterten Schwierigkeiten hinsichtlich der Ausbildung des Steuerorgans bei der üblichen Verwendung mehrerer Frischgas-Einlaßkanäle.

Wie in den Unteransprüchen im einzelnen ausgeführt, kann der Steuerkanal insbesondere dann, wenn während der Rückschiebephase sich im Brennraum reine Luft befindet, di­ rekt oder indirekt über das Abgassystem der Maschine ins Freie führen.

Besonders vorteilhaft ist jedoch die in den Ansprüchen 4 bis 9 behandelte Ausführungs­ form der Erfindung, bei der der Steuerkanal mit dem Einlaßkanal in Strömungsverbin­ dung steht. Während der Einlaßphase für das Frischgas besteht dann die Möglichkeit, bei entsprechender Ausrichtung der Einmündungsstelle des Steuerkanals über diesen Frischgas in Richtung auf eine Zündkerze im Brennraum zu lenken. In dieser Betriebs­ phase bildet der Steuerkanal also gleichsam einen zusätzlichen Einlaßkanal, wobei der Kanalquerschnitt durch entsprechende Stellung des Steuerorgans freigegeben ist. Wei­ terhin ist es möglich, über den Steuerkanal bei dieser Ausführung der Erfindung in Be­ triebsphasen, in denen der Auslaßkanal bereits durch den hochgehenden Kolben abge­ deckt ist, einen Nachladeeffekt zu erzielen. Im übrigen wird das Steuerorgan lastab­ hängig betätigt, so daß die Öffnungsphase des Steuerkanals mit abnehmender Leistung der Maschine in Richtung später verschoben wird.

Was die Steuerung der über einen Vergaser oder durch Einspritzung zuzuführenden Kraftstoffmenge anbelangt, so kann sie bei Rückschieben in das Einlaßsystem in be­ kannter Weise beispielsweise über Luftmengen- oder Luftmassenmessung erfolgen.

Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden anhand der Zeichnung erläutert, die Axialschnitte durch einen Brennraum der Brennkraftmaschine wiedergeben. Es sei darauf hingewiesen, daß bei üblichen Maschinen mehrere derartiger Brennräume bzw. Zylinder vorhanden sind, in denen dann jeweils die gleichen konstruktiven Verhält­ nisse vorliegen.

Betrachtet man zunächst das Ausführungsbeispiel nach Fig. 1, so erkennt man in dem Zylinder 1 den an seinem unteren Ende in üblicher Weise über ein Pleuel auf eine Kur­ belwelle arbeitenden Hubkolben 2, der mit dem Zylinder den hinsichtlich seines Volu­ mens variablen Brennraum 3 einschließt. In einer Mulde 4 im Zylinderkopf oder -deckel ist in diesem Ausführungsbeispiel eine Zündkerze 5 untergebracht.

In den Zylinder 1 sind in üblicher Weise mehrere, mit einem Frischgaseinlaß 6 strö­ mungsmäßig verbundene Frischgas-Einlaßkanäle 7 in solcher Höhe eingearbeitet, daß sie bei Beginn der Kompressionsphase zunehmend durch den dann hochgehenden Kolben 2 abgedeckt werden. Bei 8 erkennt man mehrere Abgas-Auslaßkanäle, deren obere Be­ grenzungskanten höher als diejenigen der Einlaßkanäle 7 im Bereich ihrer Einströmquer­ schnitte in den Brennraum 3 liegen, so daß beim Kompressionshub die Abgasauslässe nach den Einlaßkanälen durch den Kolben 2 verschlossen werden, während beim Expan­ sionshub die Auslaßkanäle 8 vom Kolben 2 vor den Einlaßkanälen 7 freigegeben werden.

Während demgemäß die Ein- und Auslaßkanäle 7 und 8 in üblicher Weise in einen un­ teren Brennraumbereich einmünden, etwa so, daß von UT zur Oberkante der Einmün­ dungsquerschnitte der Einlaßkanäle 7 ein Abstand von etwa 60° KW vorliegt, mündet in den oberen Bereich des Brennraums der mit dem Walzendrehschieber 9 als lastab­ hängig betätigtes Steuerorgan bestückte Steuerkanal 10 ein, der an seinem in der Fi­ gur unteren Ende in den Abgasauslaß 8 einläuft. Die Steuerung des Drehschiebers 9 erfolgt beispielsweise in der erläuterten, aus der eingangs genannten DE-OS 27 47 884 bekannten Weise durch Anderung der Länge des ziehenden Trums eines zur Kurbelwelle der Maschine führenden Antriebsriemens für den Drehschieber 9.

Nach Verschließen der Einströmquerschnitte der Einlaßkanäle 7 sowie der Auslaßkanäle 8 erfolgt also in Abhängigkeit von der lastabhängigen Stellung des Steuerorgans 9, das heißt in Abhängigkeit vom jeweils vorliegenden Strömungsquerschnitt der Steuerleitung 10, ein Ausschieben einer Teilmenge des zuvor über die Einlaßkanäle 7 in den Brenn­ raum 9 gelieferten Frischgases, das heißt vom Prinzip her eine drosselfreie Füllungsre­ gelung. Soweit im Einlaß 6 bzw. im Zuge des einströmenden Frischgases eine Drossel 11 liegt, dient diese lediglich der Schaffung einer zusätzlichen Möglichkeit der Beeinflus­ sung der Leerlauf- oder Teillastfüllung in Sonderfällen, z. B. zur Erzielung einer sehr niedrigen Leerlaufdrehzahl. Vom Prinzip her erfolgt aber ein drosselfreies Einströmen der Frischgasmenge in den Brennraum 3 in Abhängigkeit von der Differenz der Drücke im Brennraum einerseits und am Ausgang eines Kompressors bzw. einer Spülpumpe an­ dererseits.

Man erkennt im Wege des einströmenden Frischgases ferner das Rückschlagventil 12, das eine Rückströmung bei noch freien Einmündungen der Einlaßkanäle 7 und hochge­ hendem Kolben verhindern soll.

In dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 findet sich wieder in dem Zylinder 20 der Hubkolben 21, der zusammen mit dem Zylinder den Brennraum 22 einschließt; auch hier liegt eine nach dem Otto-Prinzip arbeitende Brennkraftmaschine mit Zündkerze 23 vor. Die Einlaßkanäle sind mit 24, die Auslaßkanäle mit 25 bezeichnet; die Strö­ mungsrichtungen sind wie schon in Fig. 1 durch Pfeile gekennzeichnet.

In diesem Ausführungsbeispiel mündet der mit dem Drehschieber 26 als lastabhängiges Steuerorgan bestückte Steuerkanal 27 in die Einlaßkanäle 24 ein, so daß er bei geöff­ netem Steuerorgan 26 während der Einlaßphase Frischgas in Richtung auf die Zündker­ ze 23 in den Brennraum 22 liefert. Daher ist diese Konstruktion auch dazu geeignet, während der Kompressionsphase nach Abdeckung der Einmündungen der Einlaßkanäle 24 in den Brennraum 22 durch den Kolben 21 und bei ebenfalls abgedeckten Auslaßkanälen 25 einen Nachladeeffekt hervorzurufen. Auch hier ist verständlicherweise der Drehschie­ ber 26 lastabhängig betätigt, so daß mit abnehmender Maschinenlast die Einlaßphase in Richtung später verlegt wird.

Mit der Erfindung ist demgemäß eine gattungsgemäße Zweitakt-Brennkraftmaschine ge­ schaffen, die mit einfachen Mitteln den besonderen Verhältnissen eines derartigen Ma­ schinentyps Rechnung trägt und eine wirkungsvolle lastabhängige Ladungswechselsteue­ rung nach Art einer Rückschiebesteuerung sicherstellt.

Claims (10)

1. Zweitakt-Brennkraftmaschine mit zumindest einem einen Hubkolben aufnehmenden, mit diesem einen Brennraum bildenden Zylinder, zumindest jeweils einem Frischgas­ einlaß- und Abgasauslaßkanal und einer lastabhängigen Ladungswechselsteuerung nach Art einer Rückschiebesteuerung, dadurch gekennzeichnet, daß Ein- und Aus­ laßkanal (7, 8), wie üblich, im Hubbereich des Kolbens (2) einmünden und ihre Strö­ mungsquerschnitte durch diesen gesteuert werden, während zur lastabhängigen La­ dungswechselsteuerung in einen oberen Brennraumbereich ein mit einem lastabhän­ gig betätigten Querschnitts-Steuerorgan (9) bestückter Steuerkanal (10) einmündet.

2. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerkanal (10) ins Freie führt.

3. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerkanal (10) in das Abgassystem der Maschine führt.

4. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerkanal (27) mit dem Einlaßkanal (24) in Strömungsverbindung steht.

5. Brennkraftmaschine nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuerorgan (26) schon während der Frischgaseinlaßphase den Strömungsquerschnitt des Steuerka­ nals (27) freigibt.

6. Brennkraftmaschine nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerkanal (27) im Bereich seiner Einmündung auf eine Zündkerze (23) ausgerichtet ist.

7. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuerorgan (26) nach erfolgter Abdeckung des Auslaßkanals (25) durch den Kol­ ben (21) zur Erzeugung einer Nachladephase den Strömungsquerschnitt des Steuerka­ nals (27) freigibt.

8. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß im Zuge der Einlaßkanäle (7) ein Rückschlagventil (12) angeordnet ist.

9. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß im Zuge der Einlaßkanäle (7) eine steuerbare Drossel (11) angeordnet ist.

10. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuerorgan ein Schieber (9), vorzugsweise ein Drehschieber, ist.