DE4335515C2 - Gegenkolben-Zweitakt-Verbrennungsmotor mit Fremdzündung, Kraftstoff-Direkteinspritzung in den Zylinder und Schichtladung - Google Patents

Gegenkolben-Zweitakt-Verbrennungsmotor mit Fremdzündung, Kraftstoff-Direkteinspritzung in den Zylinder und Schichtladung

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Description

Aus der DE-PS 9 06 633 ist ein Gegenkolben-Zweitakt-Verbrennungsmotor mit einer Zylinderladung aus drei Schichten bekannt. Es ist ferner bekannt, daß Ottomotoren mit Schichtladung betrieben werden, um große Luftzahlen (λ < 1,1) zu erzielen und so durch motorische Maßnahmen den Schadstoffanteil im Abgas (HC, CO, CO₂ und NOx) zu reduzieren. Bei Viertaktmotoren werden auch variable Ventilsteuerzeiten für diese Aufgabe eingesetzt. Der Zweitaktmotor hat als generellen Nachteil die schwer überschaubare Vermischung von Abgas und Frischladung während des Ladungswechsels. Regelorgane in der Abgasleitung beeinflussen vor allem über die Veränderung von Gasschwingungen die Gesamtladung des Zylinders.
Der im Patentanspruch 1 angegebenen Erfindung liegt das Problem zugrunde, die Vorteile des Zweitaktmotors in Bezug auf geringe Reibungsverluste und niedrige Drehzahl (kein Leerhub wie der Viertaktmotor) mit einem gut steuer­ baren Ladungswechsel zu verbinden und damit die Schadstoff-Entstehung bei der Verbrennung zu vermindern.
Dieses Problem wird durch die in den Patentansprüchen 1 bis 6 aufgeführten Merkmale gelöst.
Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß durch motorische Maßnahmen die Zylinderladung in drei Schichten (A, B, C) aufgeteilt wird, deren Mengen regelbar und so aufeinander abstimmbar sind, daß in jedem Betriebszustand die bei der Verbrennung entstehenden Schadstoffe minimal sind. Erreicht wird dies mit einem Gegenkolben-Zweitaktmotor mit Gleichstrom­ spülung, bei dem eine Kurbelwelle gegenüber der anderen während des Betriebes verdrehbar ist (Δα), wodurch sich die Steuerzeiten ändern. Dies hat zur Folge, daß das Ausströmen der Abgase regelbar ist und damit auch die im Zylinder verbleibende Restmenge (A). Diese wiederum bestimmt die ein­ strömende Frischluftmenge. Bei vorgegebener optimaler Luftzahl kann die Zu­ messung von Kraftstoff so erfolgen, daß sich eine kraftstoffreiche, zündfähige Kraftstoff-Luft-Schicht (C) bildet und eine Luftschicht (B) erhalten bleibt. Damit ist über den gesamten Drehzahlbereich bei gleichbleibendem Verdichtungs­ verhältnis eine echte Qualitätsregelung für alle Lastzustände möglich.
Werden zum Einbringen des Kraftstoffes mehrere Düsen (E) verwendet, dann wird die Zeit zur Gemischbildung entsprechend klein, und der Einspritzbeginn kann sehr spät erfolgen. Dadurch schwindet die Zeit für die stille Vorreaktion des Kraftstoffes, die für klopfende Verbrennung verantwortlich ist. Es können nieder­ oktanische, reaktionsschnelle und wasserstoffreiche Kraftstoffe, z. B. Destillat­ benzine, die zum größten Teil aus n-Hexan (C₆H₁₄) bestehen, verbrannt werden. Die Gemischbildung findet unmittelbar über dem heißen Kolbenboden mit einem Teil der Frischluftmenge statt, und das Gemisch wird vom Kolben zwangsweise zur Zündkerzenposition transportiert. Da die Spülluft in Richtung vieler kurzer Sekanten in den Zylinder eintritt, findet eine starke Rotation mit erwünschten lokalen Turbulenzen der Luftsäule im Zylinder statt, was die Gemischbildung und die Brenngeschwindigkeit verbessert. Bei reaktionsschnellen Kraftstoffen kann der Zündzeitpunkt in den oberen Totpunkt der Kolbenbewegung zurückverlegt werden, der steile Druckanstieg wandert in den Expansionshub und sorgt für ein günstiges Heizgesetz.
Der lange Zylinder eines Gegenkolbenmotors hat bereits (wegen der fehlenden Zylinderköpfe) eine geometrisch minimierte Wandfläche. Bei Einsatz einer isolierenden Wand (D) im Hochtemperaturbereich des Brennraumes wird die Wärmeabfuhr verringert, der thermische Wirkungsgrad steigt, der Kraftstoffver­ brauch sinkt und mit ihm die entstehende CO₂-Menge.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist im Patentanspruch 5 enthalten. Die Verwendung von niederoktanischen, hochsiedenden Kraftstoffen ist ebenfalls möglich, wobei eine Vorwärmung des Kraftstoffes vorteilhaft ist für eine geringe Oberflächenspannung und damit bessere Zerstäubung durch die Düsen.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben.
Es zeigen
Fig. 1 den Motor mit
dem im Betrieb verstellbaren Winkel Δα,
der Abgasrestschicht A, die durch die Verstellung Δα regelbar ist,
der die Außenwand des Brennraumes bildenden Isolierschicht D und
den am Umfang des Zylinders angeordneten Einspritzdüsen E.
Fig. 2 den Motor bei fortgeschrittener Verdichtung mit abgeschlossenen Ein- und Auslaßkanälen,
der Abgasrestschicht A und
dem Einspritzvorgang durch die Einspritzdüsen E.
Fig. 3 den Motor im Zustand der fast vollendeten Verdichtung mit der Abgasrestschicht A,
der zündfähigen Kraftstoff-Luft-Schicht C und
der dazwischen liegenden Luftschicht B.
Die eventuell die Oberteile der Kolben passierenden Bypassgase F verlassen den Zylinder in die Einlaß- und Auslaßkanäle hinein.

Claims (6)

1. Gegenkolben-Zweitakt-Verbrennungsmotor mit Fremdzündung und Kraft­ stoff-Direkteinspritzung in den Zylinder, wobei die Zylinderladung aus drei Schichten besteht, einer kraftstoffreichen zündfähigen Schicht, einer Luftschicht und einer Abgasrestschicht, deren Menge durch Veränderung der Steuerzeiten auf der Auslaßseite durch Verdrehen einer Kurbelwelle gegenüber der anderen Kurbelwelle im Betrieb geregelt wird.
2. Gegenkolben-Zweitakt-Verbrennungsmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Menge der Abgasrestschicht zur Mini­ mierung der Schadstoffe geregelt wird.
3. Gegenkolben-Zweitakt-Verbrennungsmotor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Menge der Abgasrestschicht zusätzlich zur Veränderung des Drehmomentes geregelt wird.
4. Gegenkolben-Zweitakt-Verbrennungsmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kraftstoff-Direkteinspritzung über mehrere, am Umfang des Zylinders im Kolbenhub-Bereich verteilte Düsen erfolgt.
5. Gegenkolben-Zweitakt-Verbrennungsmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zylinderwand im Brennraum aus einer kreisringförmigen Scheibe mit niedriger Wärmeleitzahl besteht.
6. Gegenkolben-Zweitakt-Verbrennungsmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bildung einer zündfähigen Kraftstoff-Luft- Schicht unmittelbar über dem heißen Kolbenboden erfolgt.
DE19934335515 1993-10-19 1993-10-19 Gegenkolben-Zweitakt-Verbrennungsmotor mit Fremdzündung, Kraftstoff-Direkteinspritzung in den Zylinder und Schichtladung Expired - Fee Related DE4335515C2 (de)

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