DE69007198T2

DE69007198T2 - Zweitakt-Brennkraftmaschine mit Einspritzung in den Zylinder.

Info

Publication number: DE69007198T2
Application number: DE69007198T
Authority: DE
Inventors: Kazutoshi Takashima
Original assignee: Sanshin Kogyo KK
Current assignee: Yamaha Marine Co Ltd
Priority date: 1989-07-24
Filing date: 1990-07-23
Publication date: 1994-06-16
Anticipated expiration: 2010-07-24
Also published as: EP0410355A3; JP2766518B2; DE69007198D1; EP0410355B1; US5138984A; EP0410355A2; JPH0357876A

Description

Diese Erfindung betrifft eine Zweitakt-Brennkraftmaschine mit Einspritzung in den Zylinder, und insbesondere ein verbessertes Kraftstoffzuführsystem für eine Brennkraftmaschine.
Die Vorteile, Zweitakt-Brennkraftmaschinen mit innerer Verbrennung und Kompression im Kurbelgehäuse mit direkter Kraftstoffeinspritzung in den Zylinder zu versehen, sind gut bekannt. Eine solche direkte Einspritzung hat den Vorteil, eine genauere Steuerung der Kraftstoffzufuhr und eine bessere Steuerung der Auspuffgasemission bei solchen Brennkraftmaschinen sicherzustellen. Jedoch erhält in Verbindung mit der Verwendung einer direkten Einspritzung in den Zylinder der Kolben und insbesondere der untere Bereich des Kolbens nicht die normale Kühlung, als wenn die Brennkraftmaschine mit einer Kraftstoff/Luft-Ladung von dem Kurbelgehäuse der Brennkraftmaschine zugeführt würde, in dem das Gas verdichtet wird. Somit kann die Überhitzung des Kolbens ein Problem bei Brennkraftmaschinen sein, bei denen nur eine direkte Einspritzung in den Zylinder vorgesehen ist.
Es ist deshalb vorgeschlagen worden, ein zusätzliches Kraftstoffeinspritzsystem zu verwenden, das Kraftstoff in die Kurbelgehäusekammern einspritzt, um den Kolben und einige andere Bauteile innerhalb des Kurbelgehäuses, wie der Pleuel und die Lagerzapfen, zu kühlen. Jedoch gibt die Verwendung solcher mehrerer Kraftstoffeinspritzeinrichtungen Anlaß zu einer Reihe von Schwierigkeiten. Zunächst ist es von Bedeutung, daß das Dosierungssystem sehr genau ist, damit sichergestellt wird, daß eine Überversorgung mit Kraftstoff nicht vorgesehen wird und auch um sicherzustellen, daß das angemessene Kühlen des Kolbens und anderer Bauteile erreicht wird, insbesondere beim Betrieb mit sehr hoher Drehzahl.
Ein eine Ladung bildendes System gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1 ist aus JP-A 57 126 520 bekannt. Bei diesem eine Ladung bildenden System ist ein herkömmlicher Vergaser vorgesehen, um Kraftstoff dem Kurbelgehäuse zuzuführen. Ferner ist eine Beschleunigungspumpe vorgesehen, die unmittelbar Kraftstoff in den Zylinder einspritzt, wenn eine Beschleunigungsanforderung erfaßt wird.
JP-A-57 091 372 offenbart eine Luft/Kraftstoffverhältnis- Steuerung für eine Brennkraftmaschine mit innerer Verbrennung. Es wird vorgeschlagen, einen Vergaser und ein Kraftstoffeinspritzventil zu verwenden, das in einem Nebendurchlaß des Vergasers vorgesehen ist, um das Luft/Kraftstoff- Verhältnis über einen weiten Betriebsbereich vom ebenen Land bis zu hoher Gegend zu steuern. Der von dem Vergaser zugeführte Kraftstoff und das Kraftstoffeinspritzventil werden in Abhängigkeit von der Ansaugluftmenge gesteuert.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Es ist die Zielsetzung der vorliegenden Erfindung, ein vereinfachtes und kompaktes eine Ladung bildendes System für eine Zweitakt-Brennkraftmaschine zu schaffen, das eine gute Kraftstoff/Luftzufuhr für die Brennkraftmaschine über ihren gesamten Drehzahlbereich liefert und das Abkühlen des Kolbens erlaubt.
Diese Zielsetzung wird gemäß der vorliegenden Erfindung durch den Gegenstand des Anspruches 1 gelöst.
Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Fig. 1 ist eine Seitenansicht des Antriebskopfes eines Außenbordmotors, der gemäß einer Ausführungsform der Erfindung konstruiert ist, wobei die Schutzverkleidung mit unterbrochener Linienführung gezeigt ist und Bereiche der Brennkraftmaschine aufgebrochen und im Schnitt dargestellt sind.
Fig. 2 ist eine vergrößerte Querschnittsansicht, die durch einen der Vergaser der Brennkraftmaschine genommen ist.
Fig. 3 ist eine Draufsicht auf den Antriebskopf, wobei die Schutzverkleidung mit unterbrochener Linienführung gezeigt ist.
Fig. 4 ist eine schematische Ansicht, die das Kraftstoff zuführsystem zeigt.
Fig. 5 ist eine grafische Darstellung, die die Anteile an Kraftstoff zeigt, die bei den verschiedenen eine Ladung bildende Einrichtungen über den Drehzahl und Lastbereich der Brennkraftmaschine gebildet werden.

BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM DER ERFINDUNG IM EINZELNEN

Es wird nun im einzelnen auf die Zeichnungen und anfangs auf die Figuren 1 und 2 bezug genommen, wobei der gemäß einer Ausführungsform der Erfindung konstruierte Antriebskopf eines Außenbordbord allgemein mit dem Bezugszeichen 11 bezeichnet ist. Die Erfindung wird in Verbindung mit einem Außenmotor beschrieben, da sie besondere Verwendbarkeit in Verbindung mit Außenbordmotoren hat. Dies gilt insbesondere, da die Erfindung oder wenigstens gewisse Phasen von ihr eine besondere Verwendbarkeit bei Zweitakt-Brennkraftmaschinen mit Kurbelgehäuseverdichtung haben, wie sie weit verbreitet als Antriebsquellen für solche Maschinen verwendet werden. Der Durchschnittsfachmann auf diesem Gebiet erkennt, daß die Erfindung jedoch in Verbindung mit anderen Anwendungen als Außenbordmotoren verwendet werden kann.
Die Brennkraftmaschine des Antriebskopfes ist allgemein mit dem Bezugszeichen 12 bezeichnet und von einer Schutzverkleidung umgeben, die in unterbrochener Linienführung gezeigt ist und die mit dem Bezugszeichen 13 bezeichnet ist. Die Brennkraftmaschine 12 ist bei der Ausführungsform als ein Typ V-6 dargestellt, obgleich es ohne weiteres für den Durchschnittsfachmann auf diesem Gebiet offensichtlich ist, daß die Erfindung bei Brennkraftmaschinen mit anderen Zylinderausgestaltungen, einer anderen Anzahl von Zylindern oder in Bezug auf diesen Gegenstand bei Brennkraftmaschinen ohne Hin- und Herbewegung angewendet werden kann.
Die Brennkraftmaschine 12 enthält einen Zylinderblock 14, der winkelmäßig angeordnete Zylinderbänke aufweist, in denen Zylinderbohrungen durch die Zylinderhülsen 15 gebildet sind. Die Kolben 16 bewegen sich in diesen Zylinderbohrungen hin und her und sind mittels einem Pleul mit einer Kurbelwelle 18 verbunden, die um eine sich vertikal erstreckende Achse drehbar gelagert ist, wie es bei Außenbordmotoren übliche Praxis ist.
Ein entsprechender Zylinderkopf 19 ist an jeder Zylinderbank der Brennkraftmaschine in bekannter Weise befestigt und weist einzelne Ausnehmungen 21 für die Verbrennungskammern auf, die in Kombination mit den Zylinderbohrungen und den Kolben 16 die Kammern mit veränderbarem Volumen der Brennkraftmaschine schaffen, die durchgehend als Verbrennungskammern bezeichnet werden. Kraftstoffeinspritzdüsen 22 sind in dem Zylinderkopf 19 gehalten, und jede spritzt Kraftstoff in eine entsprechende der Ausnehmungen 21 für die Verbrennungskammer ein. Die Kraftstoffeinspritzeinrichtungen 22 können von der Art sein, die nur Kraftstoff einspritzt oder die eine Kraftstoff-Luft-Mischung einspritzt. Die besondere Form des Typs der Kraftstoffeinspritzeinrichtung 22, die verwendet wird, ist kein kritisches Merkmal der Erfindung.
Zusätzlich zu den Kraftstoffeinspritzeinrichtungen 22 ist die Brennkraftmaschine mit einem eine Ladung bildendem System zum Zuführen einer Ladung zu den einzeln abgedichteten Kurbelgehäusekammern 23 der Brennkraftmaschine vorgesehen, um die Verbrennungskammern 21 durch eine Mehrzahl von Spül- oder Übertragungsdurchlässe 24 gegebenenfalls zu versorgen. Dieses eine Ladung bildende System enthält eine Mehrzahl von einzelnen Vergasern 25, wobei vorzugsweise jeder eine individuelle kammer für jeden Zylinder der Brennkraftmaschine liefert und die eine Luftladung von einem Luftgeräuschdämpfer 26 von dem Bereich innerhalb der Schutzverkleidung 13 erhalten. Die durch die Vergaser 25 gebildete Kraftstoff-Luftladung wird dann den Kurbelgehäusekammern 23 über ein Rohrverteilungssystem 27 zugeführt, indem Rückschlagklappen 28 vom Zungentyp vorgesehen sind, um eine Rückströmung durch die Vergaser 25 zu vermeiden, wie es auf diesem Gebiet gut bekannt ist.
Es wird nun im einzelnen hauptsächlich auf die Figur 2 bezug genommen, wobei jeder Vergaser 25 mit einer entsprechenden Kraftstoffkammer 27 versehen ist, in dem ein Schwimmer 28 und ein durch den Schwimmer betriebenes Ventil 29 vorgesehen sind, um einen gleichförmigen Kraftstoffpegel in dem jeweiligen Vergaser aufrecht zu halten. Kraftstoff wird dieser Kraftstoffkammer 27 in einer Weise zugeführt, die beschrieben wird.
Jeder Vergaser 25 ist so ausgelegt, daß er nur den Kraftstoff bei hoher Drehzahl ausbringt, wobei eine Hauptdüse 31 vorgesehen ist, die Kraftstoff von einer Hauptkammer 32 durch einen geeigneten Dosierungsstrahl erthält und ihn den Venturi-Abschnitt 33 des Vergasers 25 ausbringt. Aus einem Grund, der beschrieben wird, ist nur eine Hauptkraftstoff zuführsystem verkörpert. Die Hauptdüse 31 ist so ausgelegt, daß sie im mittleren Drehzahlbereich der Brennkraftmaschine beginnt, auszutragen, und fortfährt Kraftstoff bis zu dem Drehzahlbetrieb bei weit geöffneter Drosselklappe aus zubringen. Eine Luftbelüftung 30 führt Luft der Hauptdüse 31 in bekannter Weise zu.
Eine Drosselklappe 34 ist in jedem Vergaser 25 stromabwärts des Venturi-Abschnittes 33 vorgesehen. Die Drosselklappen 34 werden alle gemeinsam mittels einer entfernt angeordneten Drosselklappensteuerung betrieben, die von irgendeiner herkömmlichen Art sein kann.
Das Kraftstoff zuführsystem zum Zuführen von Kraftstoff zu den Vergasern 25 und zu den Kraftstoffeinspritzeinrichtungen 22 kann am besten unter Bezugnahme auf die Fig. 4 verstanden werden, obgleich gewisse Bauteile des Kraftstoffzufuhrsystems auch in den übrigen Figuren gezeigt sind. Es wird darauf hingewiesen, daß in dieser Figur die Vergaser 25 dargestellt sind, als wenn sie vom Typ mit 2 Kammern sind, so daß es drei Vergaser gibt, wobei jeweils eine entsprechende mit einem der Zylinder der Brennkraftmaschine verbundene Kammer aufweist. Wie vorhergehend angegeben worden ist, kann die Erfindung auch in Verbindung mit einzelnen Vergasern für jeden Zylinder oder andere Varianten davon verwendet werden, die auf diesem Gebiet gut bekannt sind.
Das Kraftstoffzuführsystem für die Brennkraftmaschine 12 enthält einen entfernt angeordneten Kraftstofftank 35, der in Verbindung bei der Verwendung von Wasserfahrzeugen normalerweise innerhalb des Rumpfes des Wasserfahrzeuges angeordnet ist. Kraftstoff wird von diesem Tank 35 über eine Leitung angesaugt, in die ein Kraftstoffilter 36 eingesetzt ist. Eine Pumpe 37 vom Typ mit einer Membran, die durch die Stöße in einem der Kurbelgehäuse betrieben wird und die mit dem Filter 36 integriert sein kann, saugt Kraftstoff von dem Tank 35 an und liefert ihn zu einer Wasserabscheideeinrichtung 38, die innerhalb des Antriebskopfes, wie es in Figur 3 gezeigt ist, auf einer Seite von einem der Zylinderblöcke angeordnet ist. Zufuhrleitungen 39 erstrecken sich von der Abscheideeinrichtung 38 zu den einzelnen Kraftstoffkammern 27 durch eine Rohrverzweigung oder ein Einlaßrohr, das mit dem Bezugszeichen 41 in Figur 2 bezeichnet ist.
Wie es vorhergehend angegeben worden ist, halten die durch einen Schwimmer betriebenen Ventile 29 einen gleichförmigen Kraftstoffpegel in jeder der Kraftstoffkammern 27 aufrecht. Jede Kraftstoffkammer ist auch mit einem Belüftungsdurchlaß 42 versehen, der in Figur 2 erscheint und der auch schematisch in Figur 4 dargestellt ist. Der Belüftungsdurchlaß 42 gibt Dämpfe von der Kraftstoffkammer 27 in den Einführdurchlaß des Vergasers 25 stromaufwärts der Venturi-Abschnitte 33 zurück. Auf diese Weise entweichen keine Kraftstoffdämpfe, die abgelüftet werden, in die Atmosphäre.
Bei einer niedereren Kammer, die in jeder Kraftstoffkammer 27 gebildet ist, ist eine Auslaßöffnung 34 vorgesehen, die mit einer Leitung 44 zum Zuführen von Kraftstoff zu einem weiteren Kraftstoffilter 45 unter der Wirkung einer Hochdruck-Kraftstoffpumpe 46 in Verbindung steht, die in einer geeigneten Art angetrieben wird. Dieser sich unter Druck bef indende und gefilterte Kraftstoff wird dann durch die Leitungen 47 nicht nur zu den einzelnen Einspritzeinrichtungen 22 sondern auch zu einem Kraftstoffdruckregler 48 geliefert. Der Druckregler 48 hält einen gleichförmigen Kraftstoffdruck aufrecht, indem übermäßiger Kraftstoff zurück zu den Kraftstoffkammern 27 über einen Rückführdurchlaß 49 umgeleitet wird. Dieser Durchlaß erschien auch in Figur 2 und steht mit den Kraftstoffkammern 27 oberhalb des normalen Kraftstoffpegels darin in Verbindung.
Die Kraftstoffeinspritzdüsen 22 sind bei der dargestellten Ausführungsform solche vom Typ der Luftkraftstoffeinspritzung und erhalten sich unter Druck befindende Luft von einer Luftpumpe 50, die von der Brennkraftmaschine in bekannter Weise, wie über einen Riemen angetrieben wird. Der Kraftstoff wird einer Kraftstoffeinspritzeinrichtung durch einen Druckdämpfer 51 zugeführt, der mit den Einspritzdüsen 22 verbunden ist. Natürlich kann die Erfindung mit Systemen verwendet werden, bei denen nur Kraftstoff eingespritzt wird.
Die Art der Zuführung von Kraftstoff zu den jeweiligen Bauteilen der Brennkraftmaschine kann am besten unter Bezugnahme auf die Figur 5 verstanden werden. Die Grundidee der Kraftstoffzuführung ist, daß die Kraftstoffeinspritzeinrichtungen 22 die gesamten Kraftstoffanforderungen bei niederer Drehzahl der Brennkraftmaschine und einen Teil der Zuführung im mittleren und hohen Drehzahlbereich erfüllen. Wie man am besten in Figur 5 sehen kann, nimmt die Kraftstoffeinspritzzuführung von den Düsen 22 nach und nach zu, wenn sich die Drehzahl der Brennkraftmaschine erhöht, bis zu dem Punkt X zunimmt, der sich an dem niederen Ende des mittleren bis hohen Drehzahlbereiches befindet, wo dann die Vergaser 25 anfangen, Kraftstoff zuzuführen. An dieser Stelle liegt die Kraftstoffeinspritzzufuhr an ihrem Maximum und die Vergaser 25 liefern eine fortschreitend zunehmende Kraftstoff zufuhr, so daß die gesamte Kraftstoff zufuhr so ist, wie es in dieser Kurve dargestellt ist. Als ein Ergebnis müssen die Kraftstoffeinspritzeinrichtungen nicht von großer Kapazität sein. Dies bedeutet, daß die Hochgeschwindigkeitsdruckpumpe 45 ein relativ kleines Volumen haben kann und relativ klein sein kann, so daß eine kompakte Brennkraftmaschine hergestellt werden kann. Auch stellt dies sicher, daß es eine angemessene Kraftstoffzufuhr zu der Brennkraftmaschine für das Kurbelgehäuse zum Kühlen der unteren Seite des Kolbens, des Pleuel und der damit verbundenen Bauteile durch Verdampfen des Treibstoffes gibt. Es ist dann auch eine vereinfachte Kraftstoff zufuhranordnung für die Einspritzeinrichtung 22 möglich, und die Einspritzeinrichtungen können maßgeschneidert werden, um eine gute Steuerung im niederen Drehzahlbereich und daher eine gute Emissionssteuerung zu schaffen.
Die Brennkraftmaschine enthält auch ein Schwungrad 52, das an dem oberen Ende der Kurbelwelle 18 angebracht ist und das einen Schwungradabschnitt 53 trägt, der ein Anlasserzahnrad und eine Zeitpunkteinstellvorrichtung zum Steuern der Zündung der Brennkraftmaschine über einen Magnetdynamo hat, der damit verbunden ist, und auch die geeigneten Zeitpunkt Impulse für die Einspritzeinrichtungen 22 liefert.
Es sollte ohne weiteres aus der vorstehenden Beschreibung offensichtlich sein, daß die beschrieben Konstruktion besonders zweckmäßig ist, eine gute Kraftstoff-Luftzufuhr für die Brennkraftmaschine über ihren gesamten Drehzahlbereich, einen angemessenen Kraftstoffverbrauch und eine angemessene Kraftstoffsteuerung bei den kritischen niederen Drehzahlbereichen zu liefern und auch das Dampfabscheidersystem für das Kraftstoffeinspritzsystem vereinfacht.

Claims

1. Ladungsbildende System für eine Zweitakt-Brennkraftmaschine (12) mit Kurbelgehäuseverdichtung, enthaltend:

einen Vergaser (25) und ein Verteilrohrsystem, um eine Luft- Kraftstoffmischung dem Kurbelgehäuse (23) der Maschine zuzuführen,

ein Kraftstoffeinspritzsystem (22), um Kraftstoff direkt in einen Zylinder dieser Maschine (12) einzuspritzen,

wobei der Kraftstoff von einem Kraftstofftank (35) zunächst zu diesem Vergaser (25) und dann von diesem Vergaser diesem Kraftstoffeinspritzsystem (22) zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet,

daß dieses Kraftstoffeinspritzsystem (22) alle Kraftstofferfordernisse des Motors bei geringer Drehzahl abdeckt,

daß die Kraftstoffmenge, die durch dieses Kraftstoffeinspritzsystein (22) eingespritzt wird, graduell mit sich erhöhender Maschinendrehzahl erhöht wird, bis zu einem Punkt X, welcher an dem unteren Ende des Ubergangs von dem mittleren Drehzahl zum hohen Drehzahlbereich ist,

daß die Kraftstoffmenge, welche durch dieses Kraftstoffeinspritzsystem (22) eingespritzt wird, im Hochdrehzahlbereich des Motors konstant ist,

daß der Vergaser (25) mit der Zufuhr von Kraftstoff an diesem Punkt X beginnt, welcher an dem unteren Ende des Übergangs vom mittleren Drehzahlbereich zum hohen Drehzahlbereich ist, und

daß die Kraftstoffmenge, die durch den Vergaser zugeführt wird, progressiv in dem Hochdrehzahlbereich der Maschine zunimmt.

2. Ladungsbildendes System gemäß Anspruch 1, wobei dieser Vergaser (25) einen Kraftstoffbehälter (27) aufweist, und eine dafür vorgesehene Dampfentlüftung, und daß der Kraftstoff von dem Kraftstofftank (35) zum Kraftstoffbehälter zugeführt wird, und von dem Kraftstoffbehälter zu den Kraftstoffeinspritzern (2), so daß die Entlüftung des Kraftstoffbehälters Dampf des Kraftstoffes, welcher den Kraftstoffeinspritzern zugefürrt wird, entlüftet.

3. Ladungsbildendes System gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei eine Vielzahl von Vergasern (25) und eine Vielzahl von Kraftstoffeinspritzern (22) vorgesehen ist.

4. Ladungsbildendes System gemäß Anspruch 3, wobei Kraftstoff von allen Vergasern-Kraftstoffbehältern (27) zu den Kraftstoffeinspritzern (22) zugeführt wird.

5. Ladungsbildendes System gemaß den Ansprüchen 1 bis 4, welches weiterhin eine Hochdruckeinspritzpumpe (46) aufweist, um Kraftstoff von dem Kraftstoffbehälter (27) auf zunehmen und es dem Kraftstoffeinspritzer (22) zuzuführen.

6. Ladungsbildendes System gemaß Anspruch 5, welches weiterhin Einrichtungen (48) beinhaltet, welche zwischen der Hochdruckkraftstoffpumpe (46) und dem Kraftstoffeinspritzer (22) angeordnet sind, um den Druck, der dem Kraftstoffeinspritzer zugeführt wird, durch Umleiten von überschüssigem Kraftstoff zu regulieren.

7. Ladungsbildendes System gemaß Anspruch 6, wobei der umgeleitete Kraftstoff zum Kraftstoffbehälter (27) zurückgeführt wird.