AT3393U1

AT3393U1 - Zweitakt-brennkraftmaschine mit kurbelgehäusespülung

Info

Publication number: AT3393U1
Application number: AT7299U
Authority: AT
Inventors: Franz Dr Laimboeck
Original assignee: Avl List Gmbh
Priority date: 1999-02-05
Filing date: 1999-02-05
Publication date: 2000-02-25

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Zweitakt-Brennkraftmaschine mit Kurbelgehäusespülung mit vom Kolben (4) gesteuertem Auslaßkanal (3) und mindestens zwei ersten (2) und zumindest einem zweiten Überströmkanal (2a) mit jeweils einer Überströmöffnung (12, 12a) in den Zylinderraum (1) und einer kurbelraumseitigen Öffnung (22), über welche der Zylinderraum (1) mit dem Kurbelraum verbindbar ist, wobei die Überströmöffnung (12) der ersten Überströmkanäle (2) von der Oberkante (4a) des Kolbens (4) gesteuert werden, und wobei die kurbelraumseitige Öffnung (22) des zweiten Überströmkanales (2a) in einem vom Kolbenhemd (41) des Kolbens (4) überstrichenen Bereich des Zylindermantels (1b) des Zylinders angeordnet ist. Es ist vorgesehen, daß das Kolbenhemd (41) des Kolbens (4) zur Steuerung des zweiten Überströmkanales (2a) im Bereich der kurbelraumseitigen Öffnung (22) des zweiten Überströmkanales (2a) ein Steuerfenster (40) aufweist und daß in zumindest einen zweiten Überstromkanal (2a) vorzugsweise im Bereich der Überströmöffnung (12a) in den Zylinderraum (1) zumindest eine Einspritzdüse (5) einmündet. Dadurch können sowohl im Teillastbereich als auch im Vollastbereich Kraftstoffverbrauch und HC-Emissionen klein gehalten werden.

Description

AT 003 393 Ul

Die Erfindung betrifft eine Zweitakt-Brennkraftmaschine mit Kurbelgehäusespülung mit vom Kolben gesteuertem Auslaßkanal und mindestens zwei ersten und zumindest einem zweiten Überströmkanal mit jeweils einer Überströmöffnung in den Zylinderraum und einer kurbelraumseitigen Öffnung, über welche der Zylinderraum mit dem Kurbelraum verbindbar ist, wobei die Überströmöffnung der ersten Überströmkanäle von der Oberkante des Kolbens gesteuert werden, und wobei die kurbelraumseitige Öffnung des zweiten Überströmkanäle in einem vom Kolbenhemd des Kolbens überstrichenen Bereich des Zylindermantels des Zylinders angeordnet ist.

Aus der AT399 913 B ist eine Zweitakt-Brennkraftmaschine der eingangs genannten Art bekannt, bei der zur Erzielung der Spülvorlage mindestens zwei Überströmkanäle früher als die restlichen Überströmkanäle zu einem Zeitpunkt geöffnet werden, wenn der Druck im Zylinder noch höher ist als im Kurbelgehäuse, so daß Abgas in diese Überströmkanäle einströmt und die Frischladung darin zurückdrängt ohne selbst in das Kurbelgehäuse einzudringen. Die Steuerung dieser Überströmkanäle erfolgt durch die eine Steuerkante bildende Oberkante des Kolbens. Die Kraftstoffzuführung erfolgt über einen Vergaser in einen mit dem Kurbelgehäuse verbundenen Zuleitungskanal.

Aus der AT 397 695 B ist eine Brennkraftmaschine bekannt, bei der im Überströmkanal eine Kraftstoff-Einspritzdüse angeordnet ist, deren Einspritzstrahl auf die dem Zylinderraum zugewandte Seite des Kolbenbodens gerichtet ist. Die Strahlachse des Einspritzstrahles schließt mit der Kolbenachse einen Winkel ein, der kleiner als 90° ist, wobei der Einspritzstrahl überwiegend auf die der Auslaßöffhung gegenüberliegende Hälfte des flach und rotationssymme-trisch ausgebildeten Kolbenbodens trifft. Dabei ergibt sich der Nachteil, daß im unteren Drehzahlbereich starke Spülverluste an Kraftstoff auftreten. Des weiteren ist das Zeitfenster für eine Einspritzung durch die Spülkanalfensteröffhungsdauer begrenzt. Bei der Auswahl der Einspritzdüse können sich somit Probleme bei der dynamischen Spannweite, das ist das Verhältnis zwischen Leerlaufinenge zu Vollastmenge, ergeben. Zudem wird aufgrund der kurzen möglichen Einspritzdauer auf die Kolbenkante und die Kolbenringzone gespritzt, was sich ungünstig auf die HC-Emissionen auswirkt und eine Zylinderwandbenetzung sowie ein Abwaschen des Schmierfilmes bewirkt.

Die DE 196 27 040 Al zeigt eine gemischverdichtende Zweitakt-Otto-Brennkraftmaschine mit Kraftstoffeinspritzung, bei der nahe dem Zylinderraum in der Zylinderwand eine Einspritzdüse angeordnet ist. Durch diese Anordnung und die fehlende Luftumfassung der Einspritzdüse ergeben sich hohe Temperaturen und eine vermehrte Verkokung der Düse. Durch die Richtung des Einspritzstrahles kommt es außerdem zu einer Wandbenetzung der Zylinderlauffläche und einem Abwaschen des Schmierfilmes. 2 AT 003 393 Ul

Auch in der US 5,443,045 A wird eine Zweitakt-Brennkraftmaschine beschrieben, bei der eine Einspritzdüse über den Zylindermantel in den Zylinder mündet. Die Einspritzdüse ist dabei schräg nach unten und zum Auslaßkanal gerichtet, wodurch sich im unteren Drehzahlbereich starke Spülverluste an Kraftstoff ergeben. Weiters kommt es durch die im Verdichtungshubbereich in der Zylinderwand angeordnete Einspritzdüse durch die fehlende Luftumfassung zu hohen Temperaturen und zu einer vermehrten Verkokung der Düse der Einspritzdüse.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, diese Nachteile zu vermeiden und eine Zweitakt-Brennkraftmaschine der eingangs genannten Art vorzuschlagen, bei der auf möglichst einfache Weise geringe Kraftstoffverluste und niedrige Kohlenwasserstoff-Emissionen sowohl bei hohen, als auch niedrigen Drehzahlen und Lasten erreicht werden können.

Erfmdungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß das Kolbenhemd des Kolbens zur Steuerung des zweiten Überströmkanales im Bereich der kurbelseitigen Öffnung des zweiten Über-strömkanales ein Steuerfenster aufweist und daß in zumindest einen zweiten Überströmkanal vorzugsweise im Bereich der Eintrittsöffnung in den Zylinderraum zumindest eine Einspritzdüse einmündet. Dadurch wird erreicht, daß die Steuerzeiten der ersten und zweiten Spülkanäle unabhängig voneinander festgelegt werden können. Darüber hinaus steht für die Kraftstoffeinspritzung ein relativ großes Zeitfenster zur Verfügung. Die Einspritzdüse ermöglicht eine genaue Zumessung des Kraftstoffes. Die Anordnung der Einspritzdüse im zweiten Überströmkanal verringert in Folge der Kühlung durch die Luftumfassung die Verkokungsgefahr erheblich und begünstigt zudem die Gemischaufbereitung.

Die Achsen der Einspritzdüsen können in einem weiten Winkelbereich zwischen etwa <x = 20° bis 140° zur Zylinderachse oder einer Parallelen dazu angeordnet sein. Dabei kann vorgesehen sein, daß die Strahlachse und die Düsenachse unterschiedlich sind. Das Einspritzverhalten der Einspritzdüse kann somit auf die jeweiligen Erfordernisse angepaßt werden.

In einer vorteilhaften Ausfuhrungsvariante der Erfindung ist vorgesehen, daß zumindest zwei zweite Überströmkanäle auf der Seite des Auslaßkanales angeordnet sind und vorzugsweise die in zumindest einen zweiten Überströmkanal mündende Einspritzdüse auf die dem Auslaßkanal gegenüberliegende Zylinderraumhälfte gerichtet ist. Dadurch lassen sich die Spülverluste auf ein Mindestmaß begrenzen.

In einer anderen Ausfuhrungsform der Erfindung ist vorgesehen, daß zumindest ein zweiter Überströmkanal auf der dem Auslaßkanal entgegengesetzten Seite des Zylinders angeordnet ist. Der zweite Überströmkanal kann dabei in einer die Auslaßkanalachse und die Zylinderachse beinhaltenden Symmetrieebene angeordnet ist.

Um die Spülverluste möglichst gering zu halten kann auch vorgesehen sein, daß zumindest zwei zweite Überströmkanäle außerhalb einer die Auslaßkanalachse und die Zylinderachse beinhaltenden Symmetrieebene angeordnet sind. Dabei ist es besonders vorteilhaft, wenn die Strahlachse der Einspritzdüse - in Richtung der Zylinderachse betrachtet - auf eine vorzugsweise diametral gegenüberliegende Überströmöffhung eines Überströmkanales gerichtet ist. 3 AT 003 393 Ul

Um eine Zylinderwandbenetzung durch Kraftstoff weitgehend zu vermeiden, kann vorgesehen sein, daß die Strahlachse der Einspritzdüse - in Richtung der Zylinderachse betrachtet - zur Auslaßöffnung des Auslaßkanales gerichtet ist.

Um eine weitgehend unabhängige Ansteuerung des ersten und zweiten Überströmkanales bzw. eine optimale Kraftstoffeinspritzung in den Zylinderraum zu ermöglichen, kann vorgesehen sein, daß die Oberkante der Uberströmöffhung des zweiten Überströmkanales einen geringeren Abstand zur Brennraumdecke aufweist, als die Oberkante der Überströmöffnung des ersten Überströmkanales. Diese Ausbildung ist insbesondere für rotationssymmetrische flache Kolbenoberflächen von Vorteil.

Im Rahmen der Erfindung kann weiters bei einer Brennkraftmaschine mit mehreren Einspritzdüsen pro Zylinder vorgesehen sein, daß die Einspritzachsen der in zweiten Einlaßkanälen angeordneten Einspritzdüsen unterschiedliche Winkel zueinander und/oder zur Zylinderachse oder einer Parallelen zur Zylinderachse aufweisen. Auf diese Weise können Einspritzdüsen mit unterschiedlichen Einspritzverhalten eingesetzt werden, sodaß die Gemischbildung an jede Motorbetriebssituation angepaßt werden kann. Dabei kann eine Einspritzdüse beispielsweise als Vollastdüse und eine Einspritzdüse als Teillastdüse ausgebildet sein.

Um die Einspritzung optimal den jeweiligen Anforderungen anzupassen, kann in Weiterbildung der Erfindung weiters vorgesehen sein, daß die Einspritzdüse mehrstrahlig ausgeführt ist, wobei vorzugsweise die Mengen und/oder die Einspritzzeiten zumindest zweier Strahlen unterschiedlich sind.

Die erfindungsgemäße Gestaltung der Brennkraftmaschine ermöglicht es, daß die Über-strömöffnung der ersten und zweiten Überströmkanäle und die kurbelraumseitige Öffnung des zumindest einen zweiten Überströmkanales sowie das entsprechende Steuerfenster so angeordnet sind, daß die ersten und zweiten Überströmkanäle in unterschiedlichen Hubpositionen des Kolbens steuerbar sind. Selbstverständlich können die Überströmkanäle auch so angeordnet sein, daß erste und zweite Überströmkanäle annähernd gleichzeitig, aber durch verschiedene Steuerkanten, gesteuert werden.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Figuren näher erläutert.

Es zeigen Fig. 1 schematisch einen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße Zweitakt-Brennkraftmaschine und Fig. 2 diese Zweitakt-Brennkraftmaschine im Querschnitt in Richtung der Zylinderachse.

Fig. 1 zeigt eine erfindungsgemäße Zweitakt-Brennkraftmaschine im Längsschnitt, bei der in den Zylinderraum 1 mehrere, am Umfang der Zylinderwand lb verteilte erste Überstromkanäle 2 und zumindest ein zweiter Überstromkanal 2a in Überströmöffnungen 12, 12a münden, denen ein Auslaßkanal 3 mit einer Aulaßöffiiung 13 zugeordnet ist. Mit 20 ist das Zylindergehäuse und mit Bezugszeichen 11 eine Zündquelle in der Brennraumdecke la bezeichnet. 4 AT 003 393 Ul

Die Oberkante 12a' der zweiten Überströmöffnung 12a weist einen geringeren Abstand zur Brennraumdecke la auf, als die Oberkanten 12' der ersten Überströmöffhungen 12. Der zweite Überströmkanal 2a mündet kurbelraumseitig in die Zylinderwand lb, wobei die kurbelraumseitige Öffnung mit 22 bezeichnet ist. Die Steuerung des zweiten Überströmkanales 2 erfolgt über ein Steuerfenster 40 im Kolbenhemd 41 des Kolbens 4.

Im zweiten Überströmkanal 2a ist eine Einspritzdüse 5 angeordnet, deren Einspritzstrahl 7 über die Überströmöffnung 12a in den Zylinderraum 1 mündet. Die Strahlachse 7' des Einspritzstrahles 7 weist gegenüber der Zylinderachse 10 bzw. einer Parallelen zur Zylinderachse 10 einen Winkel α zwischen 20° und 140° auf. Die Anordnung des zweiten Überströmkanales 2a erlaubt weitgehende Freiheiten bei der Ausrichtung der Einspritzdüse 5 innerhalb des in Fig. 1 durch den Winkel ß angedeuteten Bereiches. Die Extrempositionen der Strahlachse sind mit 7a' und 7b' eingezeichnet.

Dadurch, daß die Überströmöffnung 12a des zweiten Überströmkanales 2a oberhalb der Überströmöffhungen 12 der ersten Überströmkanäle 2 angeordnet ist, und die Ansteuerung des zweiten Überströmkanales 2a nicht durch die Oberkante 4a des Kolbens 4 sondern durch ein eigenes Steuerfenster 22 erfolgt, dessen Steuerkanten mit 22a bezeichnet ist, können die Steuerzeiten der ersten und zweiten Überströmkanäle 2,2a und die Kraftstoffeinspritzung über die Einspritzdüse 5 voneinander entkoppelt werden und Einlaßströmung sowie Einspritzverhalten an die jeweiligen Erfordernisse angepaßt werden. Dadurch können HC-Emis-sionen und Kraftstoffverbrauch sowohl bei Teillast als auch bei Vollast sehr niedrig gehalten werden. Durch die Anordnung der Einspritzdüse 5 im zweiten Überströmkanal 2a kann eine Verkokung der Düsenkuppe der Einspritzdüsen 5 wirksam vermieden werden. Die Einspritzrichtung der Einspritzdüse 5 wird so gewählt, daß die Kraftstoffwandbenetzung so gering wie möglich ist.

Fig. 2 zeigt einen Querschnitt durch die Brennkraftmaschine mit möglichen Anordnungen für den zweiten Überströmkanal 2a und die Einspritzdüse 5. Mit A ist eine erste Anordnung bezeichnet, bei der der zweite Überströmkanal 2a neben dem Auslaßkanal 3 angeordnet ist, sodaß die Strahlachse 7' des Einspritzstrahles 7 der Einspritzdüse 5 in Richtung der Überströmöffnung 12a eines diametral gegenüberliegenden ersten Überströmkanales 2 angeordnet ist. Die Strahlachse 7' kann dabei auch unterschiedlich zur Einspritzdüsenachse 5' ausgebildet und bis zu einem Winkel von etwa 30° zu dieser geneigt sein. B zeigt eine zweite Anordnung für einen zweiten Überströmkanal 2a, wobei die Strahlachse 7' der nicht weiter dargestellten Einspritzdüse 5 auf die Überströmöffnung 12a eines seitlich angeordneten zweiten Überströmkanales 2a zeigt. Die Überströmöffnung 12a liegt dabei im wesentlichen gegenüber der Auslaßöffnung 13. Die Variante C unterscheidet sich von Variante B dadurch, daß die Strahlachse 7' der Einspritzdüse 5 zur Auslaßöffnung 13 weist.

In Varianten A, B und C ist gemeinsam, daß der zweite Überströmkanal 2a außerhalb einer durch die Zylinderachse 10 und die Achse 3a des Auslaßkanales 3 verlaufenden Symmetrieebene 10a liegt. 5 AT 003 393 Ul

In einer mit D bezeichneten vierten Variante ist der zweite Überstromkanal 2a samt Einspritzdüse 5 in der Symmetrieebene 10a angeordnet. Durch geeignete Wahl des Neigungswinkel α zwischen der Strahlachse 7 der Einspritzdüse 5 und der Zylinderachse 10 bzw. einer Parallelen dazu können Überströmverluste vermieden werden. Selbstverständlich ist auch eine Kombination der Varianten A, B, C und D möglich, wobei mehrere Einspritzdüsen 5 mit unterschiedlichem Einspritzverhalten vorgesehen sein können.

Weiters ist es möglich, die Einspritzdüse 5 mehrstrahlig, etwa zweistrahlig auszufuhren, wobei die Mengen der Strahlen, aber auch der Einspritzbeginn und/oder das Einspritzende der Strahlen unterschiedlich sein können. 6

Claims

AT 003 393 Ul ANSPRÜCHE 1. Zweitakt-Brennkraftmaschine mit Kurbelgehäusespülung mit vom Kolben (4) gesteuertem Auslaßkanal (3) und mindestens zwei ersten (2) und zumindest einem zweiten Überströmkanal (2a) mit jeweils einer Überströmöffnung (12, 12a) in den Zylinderraum (1) und einer kurbelraumseitigen Öffnung (22), über welche der Zylinderraum (1) mit dem Kurbelraum verbindbar ist, wobei die Überströmöffnung (12) der ersten Über-strömkanäle (2) von der Oberkante (4a) des Kolbens (4) gesteuert werden, und wobei die kurbelraumseitige Öffnung (22) des zweiten Überströmkanales (2a) in einem vom Kolbenhemd (41) des Kolbens (4) überstrichenen Bereich des Zylindermantels (lb) des Zylinders angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Kolbenhemd (41) des Kolbens (4) zur Steuerung des zweiten Überströmkanales (2a) im Bereich der kurbelraumseitigen Öffnung (22) des zweiten Überströmkanales (2a) ein Steuerfenster (40) aufweist und daß in zumindest einen zweiten Überströmkanal (2a) vorzugsweise im Bereich der Überströmöffnung (12a) in den Zylinderraum (1) zumindest eine Einspritzdüse (5) einmündet.
2. Zweitakt-Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlachse (7') der Einspritzdüse (5) mit der Zylinderachse (10) oder einer Parallelen zur Zylinderachse (10) einen Winkel (a) zwischen 20° und 140° aufspannt.
3. Zweitakt-Brennkraftmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlachse (7) und die Düsenachse (5') unterschiedlich sind.
4. Zweitakt-Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest zwei zweite Überströmkanäle (2a) auf der Seite des Auslaßkanales (3) angeordnet sind und vorzugsweise die in zumindest einen zweiten Überströmkanal (2a) mündende Einspritzdüse (5) auf die dem Auslaßkanal (3) gegenüberliegende Zylinderraumhälfte gerichtet ist.
5. Zweitakt-Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest ein zweiter Überströmkanal (2a) auf der dem Auslaßkanal (3) entgegengesetzten Seite des Zylinders angeordnet ist.
6. Zweitakt-Brennkraftmaschine nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Überströmkanal (2a) in einer die Auslaßkanalachse (3 a) und die Zylinderachse (10) beinhaltenden Symmetrieebene (10a) angeordnet ist.
7. Zweitakt-Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest zwei zweite Überströmkanäle (2a) außerhalb einer die Auslaßkanalachse (3a) und die Zylinderachse (10) beinhaltenden Symmetrieebene (10a) angeordnet ist. 7 AT 003 393 Ul
8. Zweitakt-Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlachse (7') der Einspritzdüse (5) - in Richtung der Zylinderbüchse (10) betrachtet - zur Auslaßöffnung (13) des Auslaßkanales (3) gerichtet ist.
9. Zweitakt-Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlachse (7') der Einspritzdüse (5) - in Richtung der Zylinderachse (10) betrachtet- auf eine vorzugsweise diametral gegenüberliegende Über-strömöfftiung (12, 12a) eines Überströmkanales (2, 2a) gerichtet ist.
10. Zweitakt-Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberkante (12a') der Überströmöffnung (12a) des zweiten Überströmkanales (2a) einen geringeren Abstand zur Brennraumdecke (la) aufweist, als die Oberkante (12') der Überströmöffnung (12) des ersten Überströmkanales (2).
11. Zweitakt-Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 10 mit mehreren Einspritzdüsen (5) pro Zylinder, dadurch gekennzeichnet, daß die Einspritzachsen (7') der in zweiten Einlaßkanälen (2a) angeordneten Einspritzdüsen (5) unterschiedliche Winkel zueinander und/oder zur Zylinderachse (10) oder einer Parallelen zur Zylinderachse (10) aufweisen.
12. Zweitakt-Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 11 mit mehreren Einspritzdüsen (5) pro Zylinder, dadurch gekennzeichnet, daß die Einspritzdüsen (5) unterschiedliches Einspritzverhalten aufweisen, wobei zumindest eine Einspritzdüse (5) als Vollastdüse und zumindest eine Einspritzdüse als Teillastdüse ausgebildet ist.
13. Zweitakt-Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Überströmöffnung (12, 12a) der ersten und zweiten Überströmkanäle (2, 2a) und die kurbelraumseitige Öffnung (22) des zumindest einen zweiten Überströmkanales (2a) sowie das entsprechende Steuerfenster (40) so angeordnet sind, daß die ersten und zweiten Überströmkanäle (2, 2a) in unterschiedlichen Hubpositionen des Kolbens (4) aufsteuerbar sind.
14. Zweitakt-Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Einspritzdüse (5) mehrstrahlig ausgeführt ist, wobei vorzugsweise die Mengen und/oder die Einspritzzeiten zumindest zweier Strahlen unterschiedlich sind. 8