AT511193A4

AT511193A4 - Zweitaktmotor

Info

Publication number: AT511193A4
Application number: ATA1640/2011A
Authority: AT
Original assignee: Moghaddam Mohammad Saneei
Priority date: 2011-05-23
Filing date: 2011-11-07
Publication date: 2012-10-15
Also published as: WO2012159134A1; AT511193B1

Abstract

Ein Zweitaktmotor mit wenigstens einem Zylinder mit Direkteinspritzung, mit einem Kurbelgehäuse (7), mit einer Druckluftleitung (12), welche durch das Kurbelgehäuse (7) in die Brennkammer (18) führt, und miteinem Luftfilter (8) gekennzeichnet durch wenigstens eine Direktleitung (12), welche direkt vom Luftfilter (8) in die Brennkammer (18) führt.

Description

1

Die Erfindung betrifft einen Zweitaktmotor mit wenigstens einem Zylinder mit Direkteinspritzung, mit einem Kurbelgehäuse, mit einer Druckluftleitung, welche durch das Kurbelgehäuse in die Brennkammer führt, und mit einem Luftfilter.

Zweitaktmotoren haben neben den Vorteilen des niedrigen Leistungsgewichts und der geringen Baukosten gravierende Nachteile im spezifischen Kraftstoffverbrauch, den Abgasemissionen sowie in der Laufruhe bei niedriger Belastung und im Leerlauf. Dies ist bedingt durch die sogenannten Spülverluste und die mangelnde Ausspülung der Verbrennungsgase im Teillast- und Leerlaufbetrieb.

Direkteinspritzsysteme, insbesondere solche mit Ladungsschichtung im Teillastbetrieb, gleichen diese Nachteile praktisch vollständig aus.

Ebenso ist die leistungssteigernde Wirkung der Motorladung bekannt, allerdings gibt es dazu bisher hauptsächlich Lösungen, die zum einen viele Zusätzliche Bauteile benötigen und zum anderen den Verschleiß der Motoren stark erhöhen.

Der Erfindung liegt also die Aufgabe zugrunde einen Zweitaktmotor mit Direkteinspritzung zur Verfügung zu stellen, der in einem Normalbetrieb mit geringerer Leistung, in dem der Treibstoffverbrauch geringer ist, und in einem Leistungsbetrieb, bei dem durch erhöhten Druck in der Brennkammer eine höhere Leistung erzielt werden kann, betrieben werden kann.

Gelöst wird diese Aufgabe erfindungsgemäß durch einen Zweitaktmotor der eingangs genannten Art, der durch wenigstens eine Direktleitung, welche direkt von einem Luftfilter in die Brennkammer führt gekennzeichnet ist.

Dabei ermöglichen die beiden unterschiedlichen Leitungen, über welche Luft mit unterschiedlichen Eigenschaften in die Brennkammer gebracht werden kann, die beiden unterschiedlichen Betriebe.

In einer bevorzugten Ausführungsform weist der Motor eine Luftansaugleitung auf, von welcher die Direktleitung über ein Zuluftventil abzweigt. Diese Anordnung ermöglicht den Normalbetrieb des Motors. Im Leistungsbetrieb ist das Zuluftventil geschlossen. 2

In einer besonders bevorzugten Ausführungsform weist der Motor ein 4/2-Wegeventil auf, welches mit der Luftansaugleitung, einem Luftansaugkanal, einem Verteilerkanal und einem Druckluftkanal verbunden ist und eine Luftansaug- und eine Druckluftstellung hat, wobei eine Ventilklappe in der Luftansaugstellung die Luftansaugleitung und den Luftansaugkanal öffnet und den Verteilerkanal und den Druckluftkanal verschließt und in der in der Druckluftstellung, den Verteilerkanal und den Druckluftkanal öffnet und die Luftansaugleitung und den Luftansaugkanal verschließt. Idealerweise ist die Ventilklappe ähnlich einem Wippenventil gestaltet wobei statt einer Membran Ventildeckel, welche über eine Achse miteinander verbunden sind, die Wippbewegung ausführen. Dies hat den Vorteil dass für die Ventilklappe lediglich ein Bauteil benötigt wird, was zum einen Fertigungskosten spart und zum anderen den Wartungsaufwand gering hält.

In einer weiters bevorzugten Ausführungsform ist eine Feder oder dergleichen an der Ventilklappe angeordnet, welche die Ventilklappe in die Luftansaugstellung belastet. Dies verhindert ein unerwünschtes Verschließen der Luftansaugleitung oder des Luftansaugkanals während des Ansaugens von Luft. Bevorzugterweise werden an dieser Stelle dafür gleichpolig angeordnete Permanentmagnete verwendet, was den Vorteil hat, dass diese keine Verschleißerscheinungen aufweisen und so die Wartungskosten niedrig gehalten werden können.

In einer weiters bevorzugten Ausführungsform münden der Luftansaugkanal und der Druckluftkanal in das Kurbelgehäuse, in welchem sich eine Scheibe befindet, die mit der Kurbelwelle gekoppelt ist, und welche bevorzugt an den Mündungen des Luftansaugkanals und des Druckluftkanals, welche in das Kurbelgehäuse münden, dicht anliegt. Weiters weist die Scheibe zwei halbkreisförmige, konzentrische Schlitze auf, die in Drehrichtung der Scheibe zueinander versetzt sind und unterschiedliche Radien aufweisen. Die Scheibe hat dabei eine Luftansaug- und eine Druckluftstellung, wobei sich in der Luftansaugstellung ein Luftansaugschlitz über der Mündung des Luftansaugkanals befindet und diesen zum Kurbelgehäuse hin öffnet und sich in der Druckluftstellung ein Druckluftschlitz über der Mündung des Druckluftkanals befindet und diesen zum Kurbelgehäuse hin öffnet. Die Schlitze sind dabei auf der Scheibe so angeordnet, dass bei einer Aufwärtsbewegung des Kolbens die Luftansaugstellung eingenommen wird und bei einer Abwärtsbewegung des Kolbens die Druckluftstellung 3 eingenommen wird. Dies hat den Vorteil, dass die bei einer Abwärtsbewegung des Kolbens entstehende Druckluft nur über den Druckluftkanal austreten kann. Die Ventil klappe wird dadurch in die Druckluftstellung gedrückt. Erneut liegt der Vorteil der Anordnung in den wenigen benötigten Bauteilen und den daraus resultierenden geringen Fertigungs- und Wartungskosten.

In einer weiters bevorzugten Ausführungsform teilt sich der Verteilerkanal über ein T-Stück in die Druckluftleitung, in welcher ein Druckluftventil angebracht ist, und in einen Ejektorkanal, in welchem ein Ejektorventil angebracht ist, auf. So kann die Druckluft je nach Ventilstellung über das Druckluftventil· in die Druckluftleitung geleitet werden und dort für den Leistungsbetrieb genutzt werden oder im Ejektorkanal als Treibmedium in einer Strahlpumpe verwendet werden, mittels welcher im Normalbetrieb Abgase aus der Brennkammer gesaugt werden. So wird das Problem der mangelnden Spülung bei Zweitaktmotoren mit Direkteinspritzung verkleinert.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform sind Zuluft-, Druckluft-und Ejektorventil miteinander gekoppelt, so dass Zuluft- und Ejektorventil immer gleichzeitig geöffnet oder geschlossen sind und das Druckluftventil immer genau komplementär geöffnet oder geschlossen ist. Dies hat den Vorteil dass mit nur einem Vorgang vom Normalbetrieb in den Leistungsbetrieb geschalten werden kann.

Weitere bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand der übrigen Unteransprüche.

Nachstehend ist eine beispielhafte Ausführungsform der Erfindung anhand von Zeichnungen näher beschrieben. Diese zeigen in zum Teil schematisierter Darstellung:

Fig. 1 eine Funktionsskizze des Motors in einer

Normalbetriebsstellung,

Fig. 2 eine Funktionsskizze des Motors in einer Leistungsbetriebsstellung,

Fig. 3 einen Schnitt durch den Motor entlang der Linie III-III in

Fig. 4,

Fig. 4 eine Draufsicht auf den Motor,

Fig. 5 einen Schnitt durch ein vergrößertes oberes Ende des Motors 4 entlang der Linie V-V in Fig. 4,

Fig. 6 einen Schnitt durch den Motors entlang der Linie VI-VI in

Fig. 4,

Fig. 7 eine isometrische Ansicht der Kanäle und

Fig. 8 eine isometrische Ansicht der Ventilklappe.

Der in den Zeichnungen dargestellte Zweitaktmotor mit

Direkteinspritzung weist einen Zylinder mit einer Brennkammer 18, einen Kolben 19, der an eine Kurbelwelle 15 gekoppelt ist, welche sich im Kurbelgehäuse 7 befindet, und einen Luftfilter 8 auf.

Fig. 1 und Fig. 2 zeigen in einer Funktionsskizze, auf welchen Wegen die Luft im Motor geleitet wird. Umgebungsluft wird über den Luftfilter 8 in eine Luftansaugleitung 1 gesaugt. Über ein Zuluftventil 9 kann eine Direktleitung 12 geöffnet und geschlossen werden. Bei geöffnetem Zuluftventil 9 wird die Luft vom Luftfilter 8 direkt in die Brennkammer 18 mit einer Zündkerze 20 und einer Treibstoffeinspritzung 22 geführt. Weiters kann die Luft über die Luftansaugleitung 1 zu einem 4/2-Wegeventil 10 gelangen.

In dem 4/2-Wegeventil 10 befindet sich eine Ventilklappe 6, welche entweder in einer Luftansaugstellung (Fig. 1) die Zul.uftleitung 1 und einen Luftansaugkanal 2 miteinander verbindet oder in einer Druckluftstellung (Fig. 2) einen Verteilerkanal 3 und einen Druckluftkanal 4 miteinander verbindet. Die jeweils anderen beiden werden gleichzeitig durch einen ersten Ventilflügel 10a (Luftansaugstellung) oder einen zweiten Ventilflügel 10b (Druckluftstellung) verschlossen. Eine Feder oder dergleichen, z.B. zwei gleichpolig angeordnete und sich daher abstoßende Magnete, kann vorgesehen sein, um die Ventilklappe 6 in die Luftansaugstellung, in der die Luftansaugleitung 1 und der Luftansaugkanal 2 geöffnet sind und der Verteilerkanal 3 und der Druckluftkanal 4 geschlossen sind, zu belasten.

In einer Ausführungsform mit mehreren Zylindern besteht außerdem die Möglichkeit, statt die Ventilklappe 6 mit Federn oder Ähnlichem zu belasten, die Kolbenbewegungen von mehreren Zylindern und die Ventilklappen 6 miteinander zu koppeln. Ein Kolben eines Zylinders bewegt sich abwärts während der eines anderen Zylinders sich aufwärts bewegt. Durch die Abwärtsbewegung des einen Kolbens wird die zugehörige 5

Ventilklappe durch den entstehenden Druck automatisch in die Druckluftstellung gedrückt. Durch entsprechend gewählte Kopplung wird eine zweite Ventilklappe, die zu dem zweiten Zylinder gehört, in welchem sich der Kolben gerade aufwärts bewegt, in die Luftansaugstellung belastet. So steuern sich die Ventilklappen bei einem Motor mit mehreren Zylindern und entsprechend mehreren Ventilklappen selbst.

Bevorzugterweise wird das 2/4-Wegeventil 10 durch eine Trennwand 10c in zwei Kammern aufgeteilt um mögliche Luftströmungen zwischen Luftansaugleitung 1 bzw. Luftansaugkanal 2 und Verteilerkanal 3 bzw. Druckluftkanal· 4 zu unterbinden. Dabei liegt die Trennwand 10c so an der Achse der Ventilklappe 6 an, dass die Trennwand 10c die Bewegungen der Ventilklappe 6 nicht behindert.

Luft gelangt von der Luftansaugleitung 1 durch das 4/2-Wegeventil 10 in den Luftansaugkanal 2, welcher im Kurbelgehäuse 7 endet. Im Kurbelgehäuse 7 ist eine Scheibe 5 koaxial zur Kurbelwelle gelagert und mit dieser gekoppelt. Die Scheibe 5 deckt den Luftansaugkanal 2 und den Druckluftkanal 4 ab. In der Scheibe 5 befinden sich, zwei halbkreisförmige Schlitze 2a, 4a welche einander gegenüberliegend mit unterschiedlichen Radien auf der Scheibe 5 angeordnet sind.

Die Schlitze 2a, 4a liegen so, dass sie bei Drehung der Scheibe 5 jeweils für einen begrenzten Zeitraum eine Verbindung entweder zwischen dem Luftansaugkanal 2 oder dem Druckluftkanal 4 und dem Kurbelgehäuse 7 hersteilen. Dabei ist die Lage der Schlitze 2a, 4a so gewählt, dass der eine Ansaugschlitz 2a den Luftansaugkanal 2 dann frei gibt wenn sich der Kolben nach oben bewegt und der andere Druckluftschlitz 4a den Druckluftkanal 4 frei gibt, wenn sich der Kolben nach unten bewegt. Bewegt sich der Kolben 19 nach unten, wird im Kurbelgehäuse 7 Druck aufgebaut, der sich in den Druckluftkanal 4 fortsetzt, bewegt sich der Kolben 19 nach oben, entsteht im Kurbelgehäuse 7 Unterdrück und Luft wird durch den Luftansaugkanal 2 angesaugt. Die unter Druck stehende Luft gelangt über den Druckluftkanal 4 zurück in das 4/2-Wegeventil 10 und öffnet dabei die Ventilklappe 6 auf der Seite, auf welcher der Druckluftkanal 4 und der Verteilerkanal 3 liegen. Die Luftansaugleitung 1 und der Luftansaugkanal 2 werden dadurch verschlossen.

Die Luft wird dadurch durch das 4/2-Wegeventil 10 hindurch weiter in 6 den Verteilerkanal 3 gedrückt. Von dort aus kann sie entweder über ein Druckluftventil 11, wenn dieses geöffnet ist, in eine Druckluftleitung 16 gelangen, die dann in die Brennkammer 18 mündet, oder wird über ein Ejektorventil 13 in einen Ejektorkanal 14 geleitet, wenn das Ejektorventil 13 geöffnet ist. In den Ejektorkanal 14 mündet ein von der Brennkammer 18 kommender Abluftkanal 17. Der Ejektorkanal 14 und der Abluftkanal 17 sind so zueinander angeordnet, dass sie eine Strahlpumpe bilden. Dabei entsteht im Abluftkanal 17 ein Unterdrück, durch welchen die Brennkammer 18 von unerwünschten und leistungsmindernden Verbrennungsgasen befreit wird. Der Ejektorkanal 14 mündet in einen Auspuff 23.

Es besteht eine mechanische oder steuerungstechnische Verbindung {nicht dargestellt) zwischen Druckluftventil 9, Ejektorventil 13 und Zuluftventil 11, die dafür sorgt, dass das Zuluftventil 9 und das Ejektorventil 13 immer gleichzeitig geöffnet bzw. geschlossen sind und das Druckluftventil 11 immer genau komplementär geschlossen bzw. geöffnet ist.

Dabei ist die Stellung gemäß Fig. 1, in der das Zuluftventil 9 und das Ejektorventil 13 geöffnet sind und das Druckluftventil 11 geschlossen ist, die Normalbetriebsstellung und die komplementäre Stellung gemäß Fig. 2 die Leistungsbetriebsstellung.

Da beim erfindungsgemäßen Motor die durch das Kurbelgehäuse zugeführte Luft keine Schmierstoffe enthält, weil diese ja durch den Ejektorkanal 14 auch direkt in die Umwelt gelangen kann, ist eine separate Schmierung des Kolbens erforderlich. Dies wird bewerkstelligt indem über einen Kanal in einer Pleuelstange Öl zu einer Nut 21 im Kolben gebracht wird, welches in der Folge über Auffangrillen wieder gesammelt und zurück geleitet wird.

Fig. 3 zeigt einen Schnitt durch den Motor. Die Ventilklappe 6 befindet sich dabei in der Druckluftstellung.

Fig. 4 zeigt eine Draufsicht auf den Motor. Man kann gut sehen, dass die Ventile 9, 11, 13 so angeordnet sind dass sie sich leicht koppeln lassen um die Umschaltung der Ventile 9, 11, 13 von der Normalbetriebstellung in die Leistungsbetriebsstellung mit nur einer Schaltbewegung über einen einfachen Mechanismus, der an allen Ventilen 7 9, 11, 13 angreift (in den Zeichnungen nicht dargestellt), zu bewerkstelligen.

Fig. 5 zeigt einen Schnitt durch den Motor mit den Ventilen in der Leistungsbetriebsstellung. Dabei wird die Druckluft über die Druckluftleitung 16 in die Brennkammer 18 geleitet.

Fig. 6 zeigt einen Schnitt durch den Motor mit den Ventilen 9, 11, 13 in der Normalbetriebsstellung. Die Luft gelangt direkt vom Luftfilter 8 über die Direktleitung 12 in die Brennkammer 18.

Fig. 8 zeigt die Ventilklappe 6 in isometrischer Ansicht. Dabei.sieht man neben den beiden Ventilflügeln 10a, 10b, welche Teil des 4/2-Wegeventils 10 sind, Ventilteller 18a, 18b, 18c, welche so an der Ventil klappe 6 angeordnet sind, dass sie die Brennkammer 18 bei einer Aufwärtsbewegung des Kolbens verschließen, um so ein Komprimieren der Luft der Brennkammer 18 zu ermöglichen.

Bezugszeichenliste: 1 Luftansaugleitung 2 Luftansaugkanal 2a Luftansaugschlitz 3 Verteilerkanal 4 Druckluftkanal 4a Druckluftschlitz 5 Rotationsfläche 6 Ventilklappe 7 Kurbelgehäuse 8 Luftfilter 9 Zuluftventil 10 4/2-Wegeventil 10a erster Ventilflügel des 4/2-Wegeventils 10b zweiter Ventilflügel des 4/2-Wegeventils 10c Trennwand 11 Druckluftventil 12 Direktleitung 13 Ejektorventil 14 Ejektorkanal 15 Kurbelwelle 16 Druckluftleitung 17 Abluftkanal 18 Brennkammer 18a erster Ventilteller 18b zweiter Ventilteller 18c dritter Ventilteller 19 Kolben 20 Zündkerze(n) 21 Nut (in Kolben) 22 Treibstoffeinspritzung 23 Auspuff

Claims

9 Patentansprüche : 1. Zweitaktmotor mit wenigstens einem Zylinder mit Direkteinspritzung, mit einem Kurbelgehäuse (7), mit einer Druckluftleitung (12), welche durch das Kurbelgehäuse (7) in die Brennkammer (18) führt, und mit einem Luftfilter (8) gekennzeichnet durch wenigstens eine Direktleitung (12), welche direkt vom Luftfilter (8) in die Brennkammer (18) führt.
2. Zweitaktmotor nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Luftansaugleitung (1), von welcher die Direktleitung (12) über ein Zuluftventil (9) abzweigt.
3. Zweitaktmotor nach einem der Ansprüche 1 und 2, gekennzeichnet durch ein 4/2-Wegeventil (10), welches mit der Luftansaugleitung (1) , einem Luftansaugkanal (2), einem Verteilerkanal (3) und einem Druckluftkanal (4) verbunden ist und eine Luftansaug- und eine Druckluftstellung hat, wobei das 2/4-Wegeventil (10) in der Luftansaugstellung die Luftansaugleitung (1) und den Luftansaugkanal (2) öffnet und den Verteilerkanal (3) und den Druckluftkanal (4) verschließt und in der in der Druckluftstellung, den Verteilerkanal (3) und den Druckluftkanal (4) öffnet und die Luftansaugleitung (1) und den Luftansaugkanal (2) verschließt.
4. Zweitaktmotor nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch eine Feder oder dergleichen, welche das 2/4-Wegeventil (10) in die Luftansaugstellung belastet.
5. Zweitaktmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Luftansaugkanal (2) und der Druckluftkanal (4) in das Kurbelgehäuse (7) münden.
6. Zweitaktmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch eine Scheibe (5), welche sich im Kurbelgehäuse (7) befindet und mit der Kurbelwelle (15) gekoppelt ist.
7. Zweitaktmotor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Scheibe (5), an den Mündungen des Luftansaugkanals (2) und des Druckluftkanals (4), welche in das Kurbelgehäuse (7) münden, 10 dicht anliegt.
8. Zweitaktmotor nach den Ansprüchen 6 und 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Scheibe (5), zwei halbkreisförmige konzentrische Schlitze (2a, 4a) aufweist, die in Drehrichtung der Scheibe (5) zueinander versetzt sind und unterschiedliche Radien aufweisen.
9. Zweitaktmotor nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Scheibe (5) , eine Luftansaug- und eine Druckluftstellung hat, wobei sich in der Luftansaugstellung ein Luftansaugschlitz (2a) über der Mündung des Luftansaugkanals (2) befindet und diesen zum Kurbelgehäuse (7) hin öffnet und sich in der Druckluftstellung eine Druckluftschlitz (4a) über der Mündung des Druckluftkanals (4) befindet und diesen zum Kurbelgehäuse (7) hin öffnet.
10. Zweitaktmotor nach den Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Schlitze (2a, 4a) auf der Scheibe (5) so angeordnet sind, dass sie bei einer Aufwärtsbewegung des Kolbens (19) die Luftansaugstellung einnehmen und bei einer Abwärtsbewegung des Kolbens (19) die Druckluftstellung einnehmen.
11. Zweitaktmotor nach einem der Ansprüche 3 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Verteilerkanal (3) über ein T-Stück in die Druckluftleitung (16) , in welcher ein Druckluftventil (11) angebracht ist, und in einen Ejektorkanal (14), in welchem ein Ejektorventil· (13) angebracht ist, aufteilt.
12. Zweitaktmotor nach Anspruch 11, gekennzeichnet durch einen Abluftkanal (17), welcher von der Brennkammer (18) zum Ejektorkanal (14) führt, wobei der Abluftkanal (17) und der Ejektorkanal (14) so zueinander angeordnet sind, dass der Ejektorkanal (14) und der Abluftkanal (17) eine Ejektorpumpe bilden.
13. Zweitaktmotor nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Zuluft-, das Druckluft- und das Ejektorventil (9, 11, 13) miteinander gekoppelt sind, so dass Zuluft- und Ejektorventil (9, 13) immer gleichzeitig geöffnet oder geschlossen sind und das Druckluftventil (11) immer genau komplementär geöffnet oder 11 geschlossen ist.