DE102004002160A1 - Zweitakt-Motor mit einem Einspritzelement - Google Patents

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Abstract

Um ein Verfahren zur Einspritzung eines Kraftstoff/Schmieröl-Gemischvolumens mittels mindestens eines Einspritzelementes (14, 14a, 14b) in den Ansaugbereich eines Zweitaktmotors mit mindestens einem Zylinder (10) und einem im Zylinder (10) bewegbaren Kolben (11), der mit einer in einer Kurbelkammer (12) drehbar gelagerten Kurbelwelle (13) verbunden ist, und mit mindestens einem Überströmkanal (15), der zwischen der Kurbelkammer (12) und einem Verbrennungsraum (16) ausgebildet ist, zu schaffen, mit dem eine Verringerung des Abgasausstoßes möglich ist, wird vorgeschlagen, dass das pro Arbeitsspiel einzuspritzende Kraftstoff/Schmieröl-Gemischvolumen (V) über mindestens zwei Einspritzvorgänge (S1, S2) zu mindestens zwei unterschiedlichen Einspritzzeitpunkten (T1, T2) durchgeführt wird.

Description

  • Diese Erfindung betrifft ein Verfahren zur Einspritzung eines Kraftstoff/Schmieröl-Gemischvolumens mittels mindestens eines Einspritzelementes in den Ansaugbereich eines Zweitaktmotors mit mindestens einem Zylinder und einem im Zylinder bewegbaren Kolben, der mit einer in einer Kurbelkammer drehbar gelagerten Kurbelwelle verbunden ist und mit mindestens einem Überströmkanal, der zwischen der Kurbelkammer und einem Verbrennungsraum ausgebildet ist, und einen Zweitaktmotor, insbesondere zur Durchführung des Verfahrens.
  • Zweitakt-Motoren sind dem Fachmann seit langem bekannt und allgemein gebräuchlich. Sie bestehen im wesentlichen aus einem Zylinder, in dem ein Verbrennungsraum für die Verbrennung eines Kraftstoff/Luftgemisches ausgebildet ist. Mit dieser Verbrennung wird ein im Zylinder auf und ab bewegbarer Kolben angetrieben, der seinerseits über eine Pleuelstange auf eine Kurbelwelle einwirkt, die in einer Kurbelkammer des Zweitakt-Motors drehbar gelagert ist. Ein aus den Vorgängen Ansaugen, Verdichten, Arbeiten und Ausstoßen bestehendes Arbeitsspiel des Zweitakt-Motors wird während eines vollständigen Auf- und Ab-Hubs des Kolbens bzw. einer vollen Umdrehung der Kurbelwelle ausgeführt im Gegensatz zum Viertakt-Motor, bei dem der Zylinder zwei vollständige Hübe ausführt.
  • Die DE 195 12 566 C2 offenbart einen Zweitakt-Motor mit mehreren Überströmkanälen, die zwischen der Kurbelkammer, in der sich die Kurbelwelle dreht, und dem Verbrennungsraum, in dem die eigentliche Verbrennung stattfindet, ausgebildet sind. Durch die Überströmkanäle strömt ein Kraftstoff/Luft-Gemisch, das durch die Bewegung des Kolbens im Zylinder angetrieben ist, um den Verbrennungsraum zu spülen. Z.B. entsteht durch eine Aufwärtsbewegung des Kolbens in der Kurbelkammer ein Unterdruck, so dass bei dieser Aufwärtsbewegung ein Kraftstoff/Luft-Gemisch bzw. bloße Luft in die Kurbelkammer eingesaugt wird, während gleichzeitig im Verbrennungsraum ein Kraftstoff/Luft-Gemisch verdichtet und mit einer Zündkerze gezündet wird.
  • Konventionelle 2-Takt-Motoren weisen prinzipbedingt hohe HC-Emissionen auf. Diese werden hauptsächlich durch Kurzschlussströmungen zwischen den beim Spülvorgang gleichzeitig offenen (Überström)Einlass- und Auslassquerschnitten verursacht. Durch eine geschickte Ladungsschichtung ist es jedoch möglich, diese Spülverluste zu minimieren. Dabei wird die Kurzschlussströmung als unvermeidbar angesehen und auch versucht, diesen Volumenanteil an der Ladung durch reine Luft oder durch ein sehr mageres Gemisch mit geringen HC-Anteilen zu ersetzen.
  • Wird als Gemischbilder eine Einspritzdüse verwendet, so kann gezielt der Kraftstoff direkt in den Brennraum oder in die Überströmkanäle eingespritzt werden. Bei richtiger zeitlicher Abstimmung des Einspritzvorgangs wird dadurch erreicht, dass der Volumenanteil der Frischladung, welcher aus dem Brennraum beim Spülvorgang unverbrannt entweicht, nur aus reiner Luft oder sehr magerem Gemisch besteht.
  • Nachteilig ist bei der obengenannten Anordnung, dass die in der Kurbelwellenkammer angeordnete Kurbelwelle und die Lager häufig nicht ausreichend geschmiert werden.
  • In Anbetracht der obigen Ausführungen liegt der Erfindung die allgemeine Aufgabe zugrunde, einen Zweitakt-Motor zu schaffen, der weniger unerwünschte Abgase ausstößt.
  • Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruches 1 und durch einen Zweitaktmotor mit den Merkmalen des Anspruchs 7 oder 9 gelöst.
  • Die Verfahrensmaßnahme zur Erzeugung eines geschichteten Kraftstoff-Luftgemischs ist die Verwendung einer getakteten Einspritzung. Dabei wird eine oder mehrere Einspritzdüsen (es können auch Mehrstrahldüsen sein) während eines Arbeitspiels mehrfach angesteuert und so jeweils Teilmengen des benötigten Kraftstoff/Schmieröl-Gemischs eingespritzt. Zur Schmierung des Laufzeugs wird eine erste Teilmenge in den Ansaugtrakt oder Ansaugbereich oder direkt in die Kurbelkammer eingespritzt. Dies kann durch einen direkt gerichteten Strahl oder durch Fensteröffnungen im Kolben bzw. Zylinder realisiert werden. Der oder die weiteren Anteile werden zeitlich versetzt während des Spülvorgangs eingespritzt. Die genauen Zeitpunkte können motorspezifisch unterschiedlich sein und werden in der Applikation jeweils optimal gewählt.
  • Hierbei kann man sich die Druckschwankungen im Kurbelgehäuse zu Nutze machen. Im Falle eines geringen oder negativen Druckes im Kurbelgehäuse wird der Kraftstoff in Richtung Kurbelgehäuse gesogen, im umgekehrten Falle Richtung Brennraum gefördert.
  • Bei der Realisierung des Verfahrens erfolgt die Kraftstoffeinbringung durch Einspritzung/Einspritzventile. Es können sowohl Einloch-, als auch Mehrlochdüsen Verwendung finden, und es sind auch Kombinationen möglich. Die Einspritzung zu unterschiedlichen Einspritzzeitpunkten geschieht dadurch, dass die Ventile getaktet angesteuert werden. Das bedeutet, dass sowohl Zeitpunkt als auch Menge des eingespritzten Kraftstoffes beeinflusst werden können.
  • Während des Ladungswechsels, wenn also die Überströmkanäle zum Brennraum hin geöffnet werden, wird eine größere Menge Kraftstoff eingespritzt und damit in den Brennraum eingebracht. Geeigneterweise erfolgt die Einspritzung leicht zeitversetzt zum Öffnungszeitpunkt der Überströmkanäle. Somit wird erreicht, dass sich zu Beginn der Spülung nur reine Luft oder ein sehr mageres Gemisch im Brennraum befindet Durch geeignete Fenster in Kolben und Zylinder ist bei entsprechender Positionierung der Einspritzdüse zu einem gewissen Zeitpunkt eine zusätzliche direkte Schmierung des Kolbenbolzens möglich. Auch eine direkte Kühlung des Kolbenbodens durch Anspritzen mit Kraftstoff ist damit realisierbar.
  • Als Kerngedanke der vorliegenden Erfindung weist der Zweitakt-Motor im Idealfall ein einziges Einspritzelementauf, das das Kraftstoff/Schmieröl-Gemisch zu mindestens zwei unterschiedlichen Einspritzzeitpunkten in einen Überströmkanal des Zweitakt-Motors einspritzt. Bei geeigneter Wahl des Einspritzzeitpunktes und -ortes in Abhängigkeit der Strömungsrichtung der den Überströmkanal während eines Arbeitsspiels in unterschied lichen Richtungen durchströmenden Luft kann mit diesem einzigen Einspritzelement sowohl die Kurbelkammer als auch der Verbrennungsraum mit ausreichend Kraftstoff/Schmieröl-Gemisch versorgt werden. Hierbei sorgen die im Zweitakt-Motor herrschenden Druckverhältnisse dafür, dass zu einem bestimmten Zeitpunkt, nämlich wenn sich der Kolben nach oben in Richtung auf seinen oberen Totpunkt bewegt, in der Kurbelkammer ein Unterdruck herrscht, und in den Überströmkanal eingespritzter Kraftstoff oder Kraftstoff/Schmieröl-Gemisch in Richtung Kurbelkammer gesaugt und transportiert wird, um dort der Schmierung zu dienen. Zum Zeitpunkt eines Gaswechsels, wenn der Überströmkanal durch den Kolben in seinem oberen Bereich freigegeben wird, kann in den Überströmkanal zusätzlich eingebrachter Kraftstoff in den Brennraum gefördert werden.
  • Die Einspritzung in verschiedene Kanäle kann durch die Verwendung mehrerer Einspritzventile erfolgen. Durch geschickte Wahl des Einspritzortes ist aber auch die Verwendung einer Mehrstrahldüse denkbar, welche gleichzeitig mehrere Kanäle mit Kraftstoff/Schmieröl-Gemisch versorgt.
  • Im Idealfall läst sich bei entsprechender Anordnung auch auf eine separate Einspritzdüse zur Schmierölversorgung der Kurbelkammer verzichten. Dies kann zum Beispiel durch die gezielte Ausrichtung eines Strahls in Richtung Kurbelkammer oder durch Fensteröffnungen im Kolben bzw. Zylinder realisiert werden.
  • Es kann dabei eine Mehrstrahldüse verwendet werden, deren mindestens einer Strahl zur Schmierölversorgung der in der Kurbelkammer befindlichen und zu schmierenden Teile verwendet wird, entweder direkt in die Kurbelkammer oder durch Fensteröffnungen in Kolben oder Zylinder spritzend, und wobei mindestens ein Strahl oder andere Strahlen in den oder die Überströmkanäle spritzen. Hier ist auch denkbar, einen Strahl in einen Kanal spritzen zu lassen, der sich verzweigend dann zwei oder mehrere Überströmkanäle mit Kraftstoff-Luft-Gemisch bedient.
  • Eine weitere Lösung besteht in der Verwendung einer zweiten Einspritzdüse, welche eine kleine Teilmenge des Kraftstoff/Schmieröl-Gemischs direkt in die Kurbelkammer oder den Ansaugtrakt spritzt. Der Hauptanteil des Kraftstoff/Schmieröl-Gemischs wird dann direkt in den oder die Überströmkanäle oder direkt in den Brennraum gespritzt. Dabei ist denkbar, dass je nach Anzahl der Überströmkanäle nur in einen Kanal (z.B. mittig angeordneter Aufrichterkanal oder nur ein Überströmer asymmetrisch auf einer Seite) oder in mehrere Kanäle eingespritzt wird. Der Beginn der Einspritzung kann dabei für alle Düsen zu unterschiedlichen Zeiten während eines Arbeitsspiels erfolgen. Die genauen Zeitpunkte können motorspezifisch unterschiedlich sein und werden in der Applikation jeweils optimal gewählt. Ebenso lassen sich optimiert unterschiedliche Einspritzvolumina wählen. Mit dieser Maßnahme wird ein geringerer Kraftstoffverbrauch und geringe Hc-Emission erreicht. In die Kurbelkammer wird von dem zusätzlichen Einspritzelement nur so viel Kraftstoff eingespritzt, dass eine ausreichende Schmierung erzielt wird. Die Hauptmenge des zur Verbrennung notwendigen Kraftstoffs wird weiterhin in bekannter Weise von dem im Verbrennungsraum oder Überströmkanal angeordneten Einspritzelement eingespritzt.
  • Mit einer Ladungsschichtung mit unterschiedlichen Mengenverhältnissen Luft/Kraftstoff, wie in Anspruch 5 angegeben, kann in dem Verbrennungsraum des Zweitakt-Motors in unterschiedlichen Bereichen des Verbrennungsraums eine unterschiedliche Kraftstoffkonzentration erreicht werden, so dass bei geeigneter Wahl der Anordnung einer Zündkerze im Verbrennungsraum eine verbesserte Verbrennung bzw. ein erhöhter Wirkungsgrad bezüglich der Ausnutzung des Kraftstoffes erzielbar ist. Hierzu werden vom Einspritzelement im Bereich des Verbrennungsraums sowie von dem weiteren Einspritzelement im Bereich der Kurbelkammer jeweils in Abhängigkeit der Strömungsrichtungen der angesaugten und/oder ausgestoßenen Luft in der Kurbelkammer bzw. in den Überströmkanälen und im Verbrennungsraum die gewünschten Kraftstoffmengen eingespritzt, um die jeweils optimale Ladungsschichtung im Verbrennungsraum zu erhalten.
  • Ein Zweitaktmotor, der das erfindungsgemäße Verfahren verwirklicht und die dargestellten Vorteile erreicht, ist in den Ansprüchen 7 und 9 angegeben. Gemäß Anspruch 7 ist dabei vorgesehen, dass das Einspritzelement im Überströmkanal oder in einem dem Überströmkanal nahen Bereich in der Kurbelkammer angeordnet ist und zur Einspritzung des pro Arbeitstakt einspritzenden Kraftstoff/Schmieröl-Gemischvolumens über mindestens zwei Einspritzvorgänge ausgebildet ist, wobei die mindestens zwei Einspritzvorgänge zu mindestens zwei unterschiedlichen Einspritzzeitpunkten stattfinden. Entsprechend dem Anspruch 7 wird eines oder mehrere der Einspritzelemente, die entweder im Verbrennungsraum, im Überströmkanal oder in der Kurbelkammer angeordnet sind, getaktet angesteuert. Das bedeutet, dass der Einspritzvorgang in Abhängigkeit der Stellung des Kolbens im Zweitakt-Motor zeitlich gesteuert ist, um stets unter Berücksichtigung der Strömungsverhältnisse im Überströmkanal bzw. in der Kurbelkammer oder im Verbrennungsraum die gewünschte Verteilung des Kraftstoff-/Luftgemisches zu erhalten. So kann z.B. ein in der Kurbelkammer angeordnetes Einspritzelement derart getaktet sein, dass es nur dann in die Kurbelkammer einspritzt, wenn dort Unterdruck herrscht. Mit einem im Überströmkanal angeordneten Einspritzelement kann beispielsweise das Einspritzen nur dann erfolgen, wenn aufgrund der Kolbenbewegung ein Luftstrom sich in Richtung auf den Verbrennungsraum oder in Richtung auf die Kurbelkammer bewegt. Bei dieser Ausgestaltung kann der Zweitakt-Motor auch ein Einspritzelement in Form einer Mehrlochdüse aufweisen. Bei einer Mehrlochdüse können z.B. bis zu acht Düsenöffnungen symmetrisch am Düsenkörper angeordnet sein, wobei die mehreren Düsen einen Öffnungswinkel bis zu 160° umschreiben können. Mit diesen Mehrlochdüsen ist es möglich, mit einem einzigen Einspritzelement den Kraftstoff bzw. das Kraftstoff/Schmieröl-Gemisch in mehreren Richtungen im Zylinder an gewünschter Stelle einzuspritzen, so dass eine bessere Verteilung des Kraftstoffs in der angesaugten Luft erreicht wird. Mit einer Mehrlochdüse können die Vorteile von zwei oder mehr Düsen, die an unterschiedlichen Orten im Zweitakt-Motor angeordnet sind, mit nur einem Einspritzelement erreicht werden, wobei der konstruktive und der steuerungstechnische Aufwand gegenüber mehreren Einspritzelementen deutlich verringert ist.
  • Bei der in Anspruch 9 angegebenen Ausführungsform des Zweitaktmotors ist vorgesehen, dass ein zweites Einspritzelement in der Kurbelkammer angeordnet ist und die Einspritzung des pro Arbeitstakt einzuspritzenden Kraftstoff/Schmieröl-Gemischvolumens über mindestens zwei Einspritzsstrahlen erfolgt, wobei die mindestens zwei Einspritzvorgänge zu mindestens zwei unterschiedlichen Einspritzzeitpunkten erfolgen. Hierdurch kann eine zusätzliche Schmierung der Lagerstellen durch eingespritzten Kraftstoff in der Kurbelkammer erreicht werden. Dabei wird vorzugsweise von dem weiteren Einspritzelement, das in der Kurbelkammer angeordnet ist, nur eine geringe Kraftstoffmenge eingespritzt, die notwendig ist, um die Lagerstellen ausreichend zu schmieren. Das Einspritzen in die Kurbelkammer erfolgt insbesondere während einer Aufwärtsbewegung des Kolbens im Zylinder, so dass in die Kurbelkammer durch den entstehenden Unterdruck Luft mit dem eingespritzten Kraftstoff eingesaugt und vorhandene Restgase ausgespült werden.
  • Mit der im Anspruch 11 angegebenen Maßnahme ist erreicht, dass bei einem Zweitakt-Motor mit vier Überströmkanälen eine bestmögliche Spülung des Verbrennungsraums mit frischem Kraftstoff/Luft-Gemisch erreichbar ist, da in den beiden Überströmkanälen, die dem Ansaugrohr des Zweitakt-Motors benachbart sind, stets ein höherer Luftdurchfluss herrscht, als in den beiden weiter entfernt liegenden Überströmkanälen. Hierbei ist es auch möglich, dass lediglich ein Einspritzelement vorgese hen ist, das über eine Verteilungsleitung mit zwei Ausgängen den Kraftstoff in beide Überströmkanäle gleichzeitig einspritzt.
  • Mit einer Ausgestaltung des Zweitakt-Motors, die in Anspruch 13 angegeben ist, kann das Einspritzelement bzw. die Mehrlochdüse den Kraftstoff an beliebigen Stellen im Zweitakt-Motor einspritzen, um jeweils die gewünschte Konzentration des Kraftstoffs in der angesaugten Luft zu erhalten. Der Kraftstoff kann hierzu von der Mehrlochdüse direkt in den Verbrennungsraum, die Kurbelkammer, das Ansaugrohr oder in den Überströmkanal eingespritzt werden, wobei bevorzugt die Mehrwegdüse derart angeordnet ist, dass Kraftstoff sowohl in den Überströmkanal als auch in die Kurbelkammer eingespritzt wird. Dabei kann das Einspritzen in unterschiedliche Bereiche gleichzeitig oder zeitversetzt erfolgen, um den Kraftstoff in vorteilhafter Weise zu verteilen. Ebenso ist es möglich, dass in verschiedene Bereiche jeweils unterschiedliche Kraftstoffmengen eingespritzt werden. Prinzipiell ist es auch möglich, dass nur in einen der mehreren Überströmkanäle Kraftstoff eingespritzt wird, wenn eine entsprechend unsymmetrische Verteilung des Kraftstoffs bzw. des Kraftstoff/Luft-Gemischs gewünscht ist.
  • Die Ausführungsform gemäß Anspruch 14 ist für beide Erfindungsgedanken realisierbar.
  • Durch das Einspritzen in den Überströmkanal bzw. das Einspritzen mit einer Mehrlochdüse kann insbesondere im Verbrennungsraum eine Ladungsschichtung erzielt werden. Das bedeutet, dass aus dem zeitversetzten Einspritzen jeweils unterschiedlicher Kraftstoffmengen in die angesaugte Luft unterschiedliche Kraftstoffkonzentrationen resultieren, so dass im Verbrennungsraum vor dem Verdichten und Zünden Bereiche mit fetterem und magererem Gemisch vorliegen. Bei geeigneter Wahl der Einspritzzeitpunkte und der Einspritzmengen kann dadurch die Spülung des Verbrennungsraums und die Neubefüllung mit frischem Kraftstoff/Luft-Gemisch verbessert werden.
  • Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind jeweils in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
  • Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen in rein schematischen Darstellungen:
  • 1: in einem senkrechten Schnitt einen Zweitakt-Motor mit einem Einspritzelement,
  • 2: in einem senkrechten Schnitt einen Zweitakt-Motor mit zwei Einspritzelementen,
  • 3: in einem senkrechten Schnitt einen Zweitakt-Motor mit einem Kolben in Aufwärtsbewegung,
  • 4: in einem senkrechten Schnitt einen Zweitakt-Motor mit einem Kolben in Abwärtsbewegung,
  • 5 in einem waagerechten Schnitt einen Zweitakt-Motor mit drei Einspritzelementen.
  • In den 1 und 2 ist anhand eines Zweitaktmotors das erfindungsgemäße Verfahren beschrieben. Der Zweitaktmotor 100 weist einen Kolben 11 auf der sich im Zylinder 10 des Zweitaktmotors 100 auf und ab bewegt. Dabei treibt der Kolben 11 eine Kurbelwelle 13 an, die drehbar in einer Kurbelkammer 12 des Zweitaktmotors 100 gelagert ist. Zwischen einem Verbrennungsraum 16, in dem die eigentliche Verbrennung des Kraftstoff/Schmierstoff/Luftgemisches stattfindet und der Kurbelkammer 12 sind in bekannter Weise ein oder mehrere Überströmkanäle 15 ausgebildet. Die Luft wird dem Zweitaktmotor 100 über ein hier nicht dargestelltes Ansaugrohr zugeführt. Mit dem Einspritzelement 14 wird das pro Arbeitstakt einzuspritzende Kraftstoff/Schmieröl/Gemischvolumen V über die zwei Einspritzvorgänge S1, S2 eingespritzt, von denen der Einspritzvorgang S1 in den Überströmkanal 15 gerichtet ist. Der zweite Einspritzvorgang S2 ist in die Kurbelkammer 12, insbesondere auf das Kurbelwellenlager gerichtet. Es ist dabei vorgesehen, dass die Einspritzvorgänge S1, S2 zu unterschiedlichen Zeitpunkten gespritzt werden und unterschiedliche Einspritzvolumina einspritzen, um einerseits eine Schmierölversorgung bei möglichst geringer Abgasbelastung und andererseits eine optimale Verbrennung zu realisieren. Als Einspritzvorgang ist hierbei bevorzugterweise die Einspritzung eines Einspritzstrahles zu verstehen. Es können aber auch mehrere Strahlen (z.B. über eine Mehrlochdüse) oder mehrere Einzelstrahlen in einen Vorgang abgegeben werden.
  • Bei der in 2 dargestellten Ausführungsform des Zweitaktmotors 100 handelt es sich um eine zu 1 im Prinzip baugleiche Ausführungsform, jedoch wird hier ein zweites Einspritzelement 14b vorgesehen, wobei der erste Einspritzvorgang des Einspritzelementes 14a in den Überströmkanal 15 und der zweite Einspritzvorgang S2 des Einspritzelementes 14b in die Kurbelkammer 12 gerichtet ist. Um eine zusätzliche Schmierung der Kolbenlagerung am Pleuel zu ermöglichen und/oder um eine zusätzliche Kolbenbodenkühlung zu bewirken, wird ein weiterer Einspritzstrahl 53 durch ein im Kolben 11 ausgebildetes Fenster 24 gespritzt, wodurch vorteilhafterweise eine Schmierung und Kühlung ohne diesen zusätzlichen Einspritzstrahl nur schwer zu erreichende Stellen bewirkt Wird nur ein Einspritzelement 14 verwendet, so wird das Einspritzelement 14 zum Einspritzen des Kraftstoffes in den Überströmkanal 15 im Zylinder 10 des Zweitaktmotors 100 oder in einen dem Überströmkanal nahen Bereich der Kurbelkammer angeordnet. Die hiermit verbundene Arbeitsweise ist in den 3 und 4 dargestellt.
  • Bewegt sich der Kolben 11 wie in 3 nach oben so wird im Verbrennungsraum 16 ein Kraftstoff/Luft-Gemisch verdichtet und mit einer hier nicht dargestellten Zündkerze gezündet. Durch die Aufwärtsbewegung des Kolbens 11 entsteht in der Kurbelkammer 12 ein Unterdruck, so dass im Überströmkanal 15 vorhandene Luft in Richtung der Kurbelkammer 12 gesaugt wird, wie durch den Pfeil L angedeutet. Dadurch wird die Kurbelkammer 12 gespült und die Lagerstellen z. B. der Kurbelwelle 13 mit dem Schmieröl, das dem Kraftstoff zugegeben ist, geschmiert.
  • Das Einspritzelement 14, mit dem Kraftstoff oder ein Kraftstoff/Schmieröl-Gemisch in den Zweitakt-Motor 100 eingespritzt wird, ist in den 3 und 4 derart angeordnet, dass es den Kraftstoff in den Überströmkanal 15 einspritzt. Dies ist mit einer stilisierten Wolke W des in der Luft fein verteilten Kraftstoffs dargestellt. Gemäß der 3 wird eine geringe Menge Kraftstoff während der Aufwärtsbewegung des Kolbens 11 in den Überströmkanal 15 eingespritzt, so dass das somit erhaltene Kraftstoff/Luft-Gemisch in die Kurbelkammer 12 gesaugt wird. Das in dem Kraftstoff/Luft-Gemisch enthaltene Schmieröl kann sich daher unmittelbar in der Kurbelkammer 12 auf den Lagerstellen der Kurbelwelle 13, des Kolbens 11 und einer Pleuelstange abscheiden, so dass die Schmierung dieser Lagerstellen mit einem geringen Kraftstoffverbrauch gewährleistet ist.
  • In einem weiteren Einspritzvorgang wird, wie in 4 mit der größeren Kraftstoff-Wolke W dargestellt, eine größere Menge an Kraftstoff während der Abwärtsbewegung des Kolbens 11 in den Überströmkanal 15 eingespritzt. Somit wird dem Verbrennungsraum 16 durch den dort entstehenden Unterdruck ein Kraftstoff/Luft-Gemisch im gewünschten Verhältnis zugeführt, ohne dass dieses Gemisch vorher zur Spülung der Kurbelkammer 12 benötigt wird, so dass die Spülverluste verringert sind. Mit dem im Überströmkanal 15 angeordneten Einspritzelement 14 ist eine Ladungsschichtung im Verbrennungsraum 16 erreichbar, d. h., dass durch das aufeinanderfolgende Einspritzen unterschiedlicher Kraftstoffmengen in die vom Zweitakt-Motor 100 angesaugte Luft im Verbrennungsraum 16 das Kraftstoff/Luftgemisch in unterschiedlichen Konzentrationen vorliegt.
  • Das Einspritzen kann derart gesteuert erfolgen, dass der Verbrennungsraum 16 ausreichend gespült wird, wobei zur Verdrängung der Restluft vom letzten Zündvorgang ein möglichst mageres Kraftstoff/Luft-Gemisch eingesetzt wird und zur Neubefüllung mit frischem Kraftstoff/Luft-Gemisch ein möglichst fettes.
  • Die entsprechende Ansteuerung des Einspritzelements 14 hinsichtlich der Einspritzzeitpunkte und der Einspritzmengen kann von einer Steuerelektronik für den Zweitakt-Motor 100 geleistet werden.
  • Für die in 1 prinzipiell beschriebene Ausführungsform ist der Zweitakt-Motor 100 mit einem Einspritzelement 14 versehen, das ebenfalls im Überströmkanal 15 angeordnet ist. Das Einspritzelement 14 ist hier eine Mehrlochdüse, d. h., dass der Kraftstoff an mehreren, z. B. bis zu acht, Düsenöffnungen an dem Einspritzelement 14 in unterschiedlichen Richtungen austritt. Dabei ist die Mehrlochdüse derart ausgerichtet, dass ein Teil des Kraftstoffs bzw. Kraftstoff/Schmieröl-Gemischs in die Kurbelkammer 12 eingespritzt wird und ein vorzugsweise größerer Teil in den Überströmkanal 15 wie durch die Kraftstoff-Wolken W in 3 verdeutlicht. Somit ist die Verwendung eines weiteren Einspritzelements 14, das nur in die Kurbelkammer 12 einspritzt, vermieden und der bauliche und steuerungstechnische Aufwand verringert. Die in die Kurbelkammer 12 eingespritzte Menge ist ausreichend genug gewählt, um die Schmierung der Lagerstellen zu gewährleisten. Die Mehrlochdüse kann auch derart angesteuert sein, dass nur eine Düse oder ein Teil der mehreren Düsen in einem Einspritzvorgang Kraftstoff einspritzt und eine andere oder weitere Düsen den Kraftstoff in einem zweiten Einspritzvorgang. Auch mit der Mehrlochdüse ist eine anhand von 3 und 4 beschriebene Ladungsschichtung erreichbar.
  • Bei der weiteren, in 5 dargestellten Ausführungsform sind bei dem Zweitakt-Motor 100 vier Überströmkanäle 20, 21, 22, 23 vorgesehen.
  • Hierbei sind zwei Einspritzelemente 14 in den dem Einlasskanal 18 benachbarte Überströmkanäle 20, 21 angeordnet. Zusätzlich ist eine Mehrlochdüse 14 im Einlasskanal 18 (Ansaugrohr) angeordnet, die eine optimale Ladungsschichtung sichert.
  • 10
    Zylinder
    11
    Kolben
    12
    Kurbelkammer
    13
    Kurbelwelle
    14, 14a,
    14b
    Einspritzelement
    15
    Überströmkanal
    16
    Verbrennungsraum
    18
    Einlasskanal/Ansaugrohr
    20, 21
    22, 23
    Überströmkanal
    100
    Zweitakt-Motor
    K
    Bewegungsrichtung des Kolbens
    L
    Strömungsrichtung der Luft
    W
    Kraftstoff-Wolke
    S1,
    S2, S3
    Einspritzvorgang

Claims (17)

  1. Verfahren zur Einspritzung eines Kraftstoff/Schmieröl-Gemischvolumens mittels mindestens eines Einspritzelementes (14, 14a, 14b) in den Ansaugbereich eines Zweitaktmotors mit mindestens einem Zylinder (10) und einem im Zylinder (10) bewegbaren Kolben (11), der mit einer in einer Kurbelkammer (12) drehbar gelagerten Kurbelwelle (13) verbunden ist und mit mindestens einem Überströmkanal (15), der zwischen der Kurbelkammer (12) und einem Verbrennungsraum (16) ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass das pro Arbeitsspiel einzuspritzende Kraftstoff/Schmieröl-Gemischvolumen über mindestens zwei Einspritzvorgänge zu mindestens zwei unterschiedlichen Einspritzzeitpunkten (T1, T2) eingespritzt wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein erster Einspritzvorgang (S1) zur Versorgung des Überströmkanals (15) oder des Verbrennungsraumes (16) eingespritzt wird und mindestens ein zweiter Einspritzvorgang (S2) zur Versorgung der Kurbelkammer (12) insbesondere der Kurbelwellenlager durchgeführt wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Einspritzvorgang (S1) über ein erstes Einspritzelement (14a) und der zweite Einspritzvorgang (S2) über ein zweites Einspritzelement (14b) durchgeführt werden.
  4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Einspritzvorgang (S1) und der zweite Einspritz vorgang (S2) über ein gemeinsames Einspritzelement (14) durchgeführt werden.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass mit dem ersten Einspritzvorgang (S1) und mit dem zweiten Einspritzvorgang (S2) voneinander unterschiedliche Kraftstoff/Schmieröl-Gemischvolumina durchgeführt werden.
  6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Einspritzvorgang (S3) durch eine Öffnung (24) im Kolben (11) und/oder in der Zylinderwand auf dahinter befindliche, insbesondere zu schmierende, Bauteile wie Kolbenboden oder Kolben-Pleuel-Lager durchgeführt wird.
  7. Zweitaktmotor (100) mit mindestens einem Zylinder (10) und einem im Zylinder (10) bewegbaren Kolben (11), der mit einer in der Kurbelkammer (12) drehbar gelagerten Kurbelwelle (13) verbunden ist, mit mindestens einem Einspritzelement (14) zum Einspritzen von Kraftstoff/Schmierölgemisch und mit mindestens einem Überströmkanal (15), der zwischen der Kurbelkammer (12) und einem Verbrennungsraum (16) ausgebildet ist, insbesondere zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Einspritzelement (14) im Überströmkanal (15) oder in einem dem Überströmkanal (15) nahen Bereich in der Kurbelkammer (12) angeordnet ist und zur Einspritzung des pro Arbeitstakt einspritzenden Kraftstoff/Schmieröl-Gemischvolumens (V) über mindestens zwei Einspritzvorgänge geeignet ausgebildet ist, wobei die mindestens zwei Einspritzvorgänge (S1, S2) zu mindestens zwei unterschiedlichen Einspritzzeitpunkten (T1, T2) durchführbar sind.
  8. Zweitaktmotor nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein erster Einspritzvorgang (S1) in den Überströmkanal (15) oder in den Verbrennungsraum (16) gerichtet erfolgt und mindestens ein zweiter Einspritzvorgang (S2) in die Kurbelkammer (12), insbesondere auf die Kurbelwellenlager, gerichtet erfolgt.
  9. Zweitaktmotor (100) mit mindestens einem Zylinder (10) und einem im Zylinder (10) bewegbaren Kolben (11) der mit einer in einer Kurbelkammer (12) drehbar gelagerten Kurbelwelle (13) verbunden ist, mit mindestens einem Einspritzelement (14a) zum Einspritzen von Kraftstoff/Schmierölgemisch und mit mindestens einem Überströmkanal (15), der zwischen der Kurbelkammer (12) und einem Verbrennungsraum (16) ausgebildet ist, insbesondere zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein zweites Einspritzelement (14b) in der Kurbelkammer (12) angeordnet ist und die Einspritzung des pro Arbeitstakt einzuspritzenden Kraftstoff/Schmieröl-Gemischvolumens (V) über mindestens zwei Einspritzsvorgänge erfolgt, wobei die mindestens zwei Einspritzvorgänge (S1, S2) zu mindestens zwei unterschiedlichen Einspritzzeitpunkten (T1, T2) durchführbar sind.
  10. Zweitaktmotor nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein erster Einspritzvorgang (S1) über das erste Einspritzelement (14a) in den Überströmkanal (15) oder in den Verbrennungsraum (16) gerichtet ist und ein zweiter Einspritzvorgang (S2) über das zweite Einspritzelement (14b) in die Kurbelkammer (12), insbesondere auf die Kurbelwellenlager durchführbar ist.
  11. Zweitaktmotor nach Anspruch 7 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass bei vier Überströmkanälen (15; 20-23) zwei erste Einspritzele mente (14, 14a) in den beiden einem Ansaugrohr (18) benachbarten Überströmkanälen (20, 21) angeordnet sind.
  12. Zweitaktmotor nach einem der Ansprüche 7 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Einspritzelement (14, 14a, 14b) eine Mehrlochdüse ist.
  13. Zweitaktmotor nach einem der Ansprüche 7 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Einspritzelement (14, 14a, 14b) in die Kurbelkammer (12) und/oder den Überströmkanal (15) und/oder den Verbrennungsraum (16) und/oder in das Ansaugrohr (18) einspritzt.
  14. Zweitaktmotor nach einem der Ansprüche 7 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass eine Ladungsschichtung im Verbrennungsraum (16) erzielbar ist.
  15. Zweitaktmotor nach einem der Ansprüche 7 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Einspritzvorgang (S1) und der zweite Einspritzvorgang (S2) zu unterschiedlichen Einspritzzeitpunkten eingespritzt werden.
  16. Zweitaktmotor nach einem der Ansprüche 7 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass mit dem ersten Einspritzvorgang (S1) und mit dem zweiten Einspritzvorgang (S2) voneinander unterschiedliche Kraftstoff/Schmieröl-Gemischvolumina durchgeführt werden.
  17. Zweitaktmotor nach einem der Ansprüche 7 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Einspritzvorgang (S3) durch eine Öffnung (24) im Kolben (11) und/oder in der Zylinderwand auf dahinter befindliche, insbesondere zu schmierende, Bauteile wie Kolbenboden oder Kolben-Pleuel-Lager gerichtet ist.
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