DE3934278C2

DE3934278C2 - Zweitakt-Brennkraftmaschine mit Gleichstromspülung, Fremdzündung und Kurbelgehäuse-Vorverdichtung

Info

Publication number: DE3934278C2
Application number: DE3934278A
Authority: DE
Inventors: Seiichiro Kumagai; Michikata Kono; Masakazu Okai; Hisashi Inaga
Original assignee: Kioritz Corp
Current assignee: Kioritz Corp
Priority date: 1988-10-17
Filing date: 1989-10-13
Publication date: 1994-08-04
Anticipated expiration: 2009-10-14
Also published as: GB2223802B; JPH0337007B2; JPH02108815A; GB2223802A; AU4128489A; DE3934278A1; US4995350A; GB8920713D0; AU609639B2

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Zweitakt-Brennkraftmaschine der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Gattung. Eine derartige Brennkraftmaschine, bei der ein Auslaßventil vorgesehen ist und demgemäß der Auslaß der Brenngase nicht wie sonst bei Zweitakt-Maschinen üblich durch den als Steuerschieber wirkenden Kolben gesteuert wird, ist aus der WO-87/07325 bekannt. Hier erfolgt die Steuerung des Auslaßventils wie bei Viertakt-Brennkraftmaschinen üblich, über einen Ventilsteuermechanismus und einer von der Kurbelwelle angetriebenen Nockenwelle und zwischen diesen laufenden Übertragungskeilriemen oder Zahnriemen.

Diese Art der Zwangssteuerung ist sehr aufwendig und der den Zweitakt-Brennkraftmaschinen eigene Vorteil des einfachen mechanischen Aufbaus wird hierdurch weitgehend beeinträchtigt.

Bei einer Zweitakt-Brennkraftmaschine gemäß der JP-62-613 (A) ist der mechanische Steuermechanismus des Auslaßventils durch einen hydropneumatischen Antrieb ersetzt. Zu diesem Zweck ist mit dem Ventilstößel des Auslaßventils ein Hydraulikzylinder, der Kolben eines Hydraulikzylinders und der Kolben eines Pneumatikzylinders verbunden. Bei der anfänglichen Öffnungsperiode des Auslaßventils wird ein Magnetventil geöffnet, damit von einer Pumpe unter Druck gesetztes Öl auf den Kolben einwirken und das Ventil durch den Hochdruck gegen den Gasdruck im Zylinder öffnen kann. Dann wird ein Magnetventil geöffnet, um den in der Kurbelkammer herrschenden Druck über eine Leitung in den Zylinder zu übertragen und ihn auf den Kolben wirken zu lassen, um auf diese Weise pneumatisch das Ventil zu öffnen. Eine Ventilschließfeder bewirkt ein Schließen des Ventils. Diese bekannte Steuervorrichtung erfordert nicht nur zusätzliche Steuerzylinder, sondern darüberhinaus Magnetventile, die einer zeitgenauen Steuerung bedürfen, so daß ein erheblicher zusätzlicher konstruktiver Aufwand erforderlich ist.

Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, die Steuerung des Auslaßventils einer derartigen Zweitakt-Brennkraftmaschine mit Gleichstromspülung, Fremdzündung und Kurbelgehäuse-Vorverdichtung zu vereinfachen.

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

Die Öffnungsfeder, die das Ventil in die Öffnungsstellung vorspannt, kann so eingestellt werden, daß ohne weitere Steuerorgane die erforderliche Öffnungs- und Schließbewegung in Abhängigkeit von dem in der Zylinderkammer herrschenden Druck zustandekommt.

Unterstützt werden kann diese Steuerung durch die im Anspruch 2 angegebenen Merkmale. Diese Unterstützung der Steuerbewegung erfordert zwar auch die Ausbildung eines Steuerzylinders mit einem auf den Ventilkörper wirkenden Kolben und eine Druckverbindungsleitung zwischen diesem Steuerkolben und der Kurbelgehäusekammer, es sind jedoch keine zusätzlichen Ventile vorgesehen, die den Zeitpunkt des Einwirkens bestimmen. Die Steuerung erfolgt vielmehr allein durch die herrschenden Druckunterschiede.

Nachstehend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung beschrieben. In der Zeichnung zeigt

Fig. 1 einen Längsschnitt einer erfindungsgemäß aufgebauten Zweitakt-Gleichstrom- Brennkraftmaschine mit Fremdzündung,

Fig. 2 einen Querschnitt des Zylinders der Maschine nach Fig. 1,

Fig. 3 einen Teillängsschnitt des Zylinders gemäß Fig. 2,

Fig. 4 einen Längsschnitt einer ersten Ausführungsform der Brennkraftmaschine, wobei die Schnittebene senkrecht zu der Schnittebene nach Fig. 1 verläuft,

Fig. 5 ein Diagramm, welches in Ausdrücken des Kurbelwinkels die Arbeitsweise der Maschine nach der Erfindung erkennen läßt.

Die Fig. 1 bis 4 zeigen eine erfindungsgemäße Zweitakt- Gleichstrom-Brennkraftmaschine mit Fremdzündung, die einen Zylinder (1) und einen Kolben (3) aufweist, der in der vom Zylinder (1) definierten Zylinderkammer (2) hin- und hergehend gelagert ist. Mit dem unteren Ende des Zylinders (1) ist ein Kurbelgehäuse (4) verbunden. Dieses Kurbelgehäuse (4) definiert eine abgeschlossene Kurbelkammer (5). Der untere Endabschnitt der Zylinderkammer (2) und der obere Endabschnitt des Kurbelgehäuses (4) stehen miteinander in Verbindung. Das Kurbelgehäuse (4) trägt Lager (6 und 7), die eine Kurbelwelle (8) drehbar lagern, welche eine Kurbel (9) aufweist, die über eine Pleuelstange (10) mit dem Kolben (3) verbunden ist. Die Kurbelkammer (5) weist ein Innenvolumen auf, das so bemessen ist, daß gerade die Kurbel (9) und die Pleuelstange (10) darin beweglich sind. Die Anordnung ist derart, daß ein Strömungsmittel in der Kurbelkammer (5) durch die Bewegung des Kolbens (3) nach dem oberen Totpunkt hin vorverdichtet wird. Eine Ansaugöffnung (12) in der Wand der Kurbelkammer (5) steht mit einem Vergaser (28) über ein Zungenventil (11) in Verbindung, so daß ein Brennstoff/Luft-Gemisch, das im Vergaser (28) bereitet wird, in die Kurbelkammer (5) eingesaugt werden kann, wo dieses Gemisch vorverdichtet wird, so daß es als Spülmittel benutzt werden kann, wie dies auch bei bekannten Maschinen der Fall ist. Das Zungenventil (11) kann durch ein (nicht dargestelltes) rotierendes Ventil ersetzt werden, welches synchron zur Drehung der Kurbelwelle (8) angetrieben wird. Obgleich nicht dargestellt, kann die Anordnung derart getroffen werden, daß die Ansaugöffnung zum Ansaugen des Gemischs in die Kurbelkammer (5) an einer weiter unten liegenden Stelle der Wand des Zylinders (1) derart angebracht wird, daß sie durch den Kolben (3) geöffnet und geschlossen wird, wodurch die Zuführung von Luft und anderem Strömungsmittel nach der Kurbelkammer (5) gesteuert wird.

Der Zylinder (1) ist mit einer ringförmigen Spülkammer (13) versehen, die sich über den gesamten Umfang erstreckt. Die ringförmige Spülkammer (13) steht an ihrem unteren Ende mit der Kurbelkammer (5) über mehrere Spülöffnungen (14) in Verbindung. In Fig. 2 sind drei Spülöffnungen (14) vorgesehen. Diese Spülöffnungen sind unter der Spülkammer (13) im gleichen Winkelabstand angeordnet. Das in der Kurbelkammer (5) vorverdichtete Gemisch wird in die ringförmige Spülkammer (13) eingeführt, so daß sich in dieser Kammer ein Druck aufbaut. Die Anordnung kann derart sein, daß das Spülmittel in die Spülöffnungen (14) über Spülfenster (29) (Fig. 4) eingeführt wird, die in der Wand des Kolbens angeordnet sind. Die ringförmige Spülkammer (13) steht mit der Zylinderkammer (2) über mehrere Spülöffnungen (16) in Verbindung, von denen beim Ausführungsbeispiel sechs vorgesehen sind. Diese sind in der Zylinderwand (15) (Fig. 2) angeordnet. Die Spülöffnungen (16) liegen mit ihren Achsen in einer Ebene senkrecht zur Achse (0) des Zylinders (1), wie dies aus Fig. 3 ersichtlich ist. Die Anordnung kann aber auch so getroffen werden, daß die Achsen leicht angestellt sind und längs eines imaginären Konus verlaufen. Wie aus Fig. 2 ersichtlich, sind die Spülöffnungen (16) so orientiert, daß ihre Achsen in einem Winkel von etwa 45° gegenüber den Radiallinien angestellt sind, die durch die Achse (0) des Zylinders (1) laufen (Fig. 2). Diese Anordnung bewirkt, daß die Fraktionen des Spülmittels, das in die Zylinderkammer (2) aus der ringförmigen Spülkammer (13) über die Spülöffnungen (16) eingeführt wird, einen Wirbel längs der inneren Umfangsoberfläche des Zylinders (1) bilden. Die Anordnung kann jedoch auch derart sein, daß die Spülöffnungen 16 unterschiedliche Anstellwinkel besitzen, so daß eine gewünschte Form der Verwirbelung in der Zylinderkammer (2) gewährleistet wird.

Der Zylinder (1) ist mit mehreren Brennstoffeinspritzdüsen (17) versehen (beim Ausführungsbeispiel sind drei Düsen vorgesehen), die mit gleichem Winkelabstand zueinander angeordnet sind. Die Brennstoffeinspritzdüsen (17) sind mit Düsenöffnungen (18) versehen, die von der Zylinderwand (15) nach der Zylinderkammer (2) derart gerichtet sind, daß sie den Brennstoff nach einem Zielpunkt in der Nähe der Achse (0) der Zylinderkammer (2) richten. Infolgedessen kollidieren die Anteile von Brennstoff, die aus den Öffnungen (18) der jeweiligen Brennstoffeinspritzdüsen (17) eingespritzt werden, am Zielpunkt in der Nähe der Achse (0) der Zylinderkammer (2), so daß der Brennstoff vernebelt wird und der vernebelte Brennstoff im Wirbel der Spülluft in der Zylinderkammer (2) über die Spülöffnungen (16) vermischt wird. Wenn die Brennstoffeinspritzdüsen (17) derart ausgebildet sind, daß der Brennstoff durch komprimierte Luft vernebelt wird (Lufteinspritz-Typ), dann kann die Anordnung derart sein, daß die Brennstoffeinspritzdüsen (17) mit der Kurbelkammer (5) in Verbindung stehen, so daß sie mit einem Teil der Hochdruckluft gespeist werden, die in der Kurbelkammer (5) verdichtet wurde. Es ist auch möglich, einen vom Motor angetriebenen Kompressor vorzusehen, so daß komprimierte Luft den Brennstoffeinspritzdüsen (17) zugeführt werden kann.

Eine Ausnehmung (19) im Kolbenkopf bildet einen Raum, in dem ein angereichertes Gemisch verbrannt wird. Wenn die Spülfenster (29), die mit den Spülkanälen (14) in Verbindung stehen, in der Wand des Kolbens (3) vorgesehen werden, dann bewirkt die Spülmittelströmung durch diese Fenster eine wirksame Kühlung des Kolbens.

Im Zylinderkopf (20) ist eine Zündkerze (21) eingesetzt. Die Zündkerze zündet immer dann, wenn der Kolben bei seinem Aufwärtshub sich dem oberen Totpunkt annähert, so daß das Brennstoff/Luft-Gemisch gezündet wird, welches vom Kolben (3) in der Zylinderkammer (2) verdichtet wurde.

Der Zylinderkopf (20) des Zylinders (1) ist mit einer Auslaßöffnung (22) versehen, die konzentrisch innerhalb des Zylinders (1) liegt. Die Auslaßöffnung (22) wird durch ein Auslaßventil (23) geöffnet und geschlossen. Das Auslaßventil (23) arbeitet automatisch und wird durch eine Öffnungsfeder (24) geöffnet, die das Ventil (23) in die Zylinderkammer (2) eindrückt. Das Auslaßventil (23) wird zu Beginn des Kompressionshubes während des Aufwärtshubes des Kolbens (3) geschlossen, so daß das Spülmittel danach vollständig komprimiert werden kann. Das Auslaßventil (23) ist auch während des Abwärtshubes des Kolbens (3) im Verlauf der Expansion der Brenngase nach der Explosion geschlossen. Die Kraft der Öffnungsfeder (24) ist so bemessen, daß das Auslaßventil (23) am Ende des Abwärtshubes des Kolbens (3) geöffnet wird, wenn der Druck in der Zylinderkammer (2) genügend weit abgesunken ist, so daß die Abgase durch die geöffnete Auslaßöffnung (22) ausströmen können. Wie in Fig. 4 dargestellt, ist das Ventil 23 mit einem Kolben verbunden, der in einer Zylinderkammer 31 läuft, und die Zylinderkammer 31 des Auslaßventils 23 steht über eine Druckverbindungsleitung mit der Kurbelkammer 5 in Verbindung, wodurch die Arbeitsweise des Auslaßventils (23) durch den positiven oder negativen Druck in der Kurbelkammer (5) unterstützt wird. Das Auslaßventil (23), das am Zylinderkopf 20 vorgesehen ist, kann auch in der Seitenwand des Zylinders angeordnet werden.

Das beschriebene Ausführungsbeispiel kann auch so abgewandelt werden, daß eine Sekundärluftzuführungs- Vorrichtung am Zylinder (1) vorgesehen wird, so daß Sekundärluft bei Bedarf in die Zylinderkammer (2) eingeführt werden kann.

Die Zufuhr von Schmieröl kann in der gleichen Weise erfolgen, wie dies bei herkömmlichen Zweitakt- Brennkraftmaschinen mit Fremdzündung der Fall ist.

Fig. 5 ist ein Diagramm, welches die Arbeitsweise des beschriebenen Ausführungsbeispiels der Zweitakt- Brennkraftmaschine mit Fremdzündung nach der Erfindung veranschaulicht, bei dem ein einziger Zylinder vorgesehen ist, wobei die Winkelstellung der Kurbel angegeben ist.

In der Beschreibung wurde eine Einzylindermaschine erläutert. Es ist jedoch klar, daß die Erfindung auch bei einer Mehrzylindermaschine verwirklicht werden kann, die im Zweitaktsystem mit Fremdzündung arbeitet. Es ist auch klar, daß verschiedene Kühlsysteme benutzt werden können, d. h. eine Wasserkühlung oder eine Luftkühlung, um die erfindungsgemäße Maschine zu kühlen. So schafft die erfindungsgemäße Zweitakt-Gleichstrom-Brennkraftmaschine mit Fremdzündung die Möglichkeit einer weiten Anwendung auch für jene Fälle, die gegenwärtig den Viertakt- Brennkraftmaschinen vorbehalten sind.

Bezugszeichenliste

1 Zylinder
2 Zylinderkammer
3 Kolben
4 Kurbelgehäuse
5 Kurbelkammer
6 Lager
7 Lager
8 Kurbelwelle
9 Kurbel
10 Pleuelstange
11 Zungenventil
12 Ansaugöffnung
13 Spülkammer
14 Spülöffnungen
15 Zylinderwand
16 Spülöffnungen
17 Brennstoffeinspritzdüsen
18 Düsenöffnungen
19 Ausnehmung
20 Zylinderkopf
21 Zündkerze
22 Auslaßöffnung
23 Auslaßventil
24 Öffnungsfeder
28 Vergaser
29 Spülfenster
30 Druckverbindungsleitung
31 Zylinderkammer

Claims

1. Zweitakt-Brennkraftmaschine mit Gleichstromspülung, Fremdzündung und Kurbelgehäuse-Vorverdichtung und mit einem im Zylinderkopf (20) angeordneten Auslaßventil (23), das am Ende des Expansionshubes öffnet und zu Beginn des Verdichtungshubes schließt, dadurch gekennzeichnet, daß das Auslaßventil (23) durch eine Öffnungsfeder (24) beaufschlagt ist, die das Ventil in der Öffnungsstellung hält und daß das Auslaßventil (23) durch den sich während des Kompressionshubes in der Zylinderkammer (2) aufbauenden Druck schließt, bis der auf das Ventil (23) wirkende Druck innerhalb der Zylinderkammer (2) den Federvorspanndruck unterschreitet.

2. Zweitakt-Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Auslaßventil (23) mit einem Kolben in Verbindung steht, der in einer Zylinderkammer (31) läuft, die über eine Druckverbindungsleitung (30) mit der Kurbelkammer (5) in Verbindung steht und der positive oder negative, in der Kurbelkammer (5) erzeugte Druck die Öffnungs- und Schließbewegung des Auslaßventils (23) unterstützt.