DE10203340A1

DE10203340A1 - Two-stroke internal combustion engine has freely adjustable opening and closing time point for gas changing valve for closing fresh gas inlet opening in cylinder head

Info

Publication number: DE10203340A1
Application number: DE10203340A
Authority: DE
Inventors: Gerd Mueller-Alander; Christian Schwarz
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2002-01-29
Filing date: 2002-01-29
Publication date: 2003-07-31

Abstract

The engine has at least one combustion chamber (2) with at least one fresh gas inlet opening (3,3') in the cylinder head and at least one gas outlet opening in the base of the cylinder. The inlet opening can be closed by a gas changing valve (6,6'), interacts with a charging pump and injects fuel directly into the combustion chamber. The opening and closing time point for the gas changing valve can be freely adjusted.

Description

Die Erfindung betrifft eine Zweitaktbrennkraftmaschine gemäß der Merkmale im Oberbegriff des Patentanspruchs 1. The invention relates to a two-stroke internal combustion engine according to the features in Preamble of claim 1.

Sie geht aus von der deutschen Offenlegungsschrift 42 25 396. In dieser Offenlegungsschrift ist ein Gaswechselverfahren für eine Zweitaktbrennkraftmaschine beschrieben. Die Zweitaktbrennkraftmaschine weist eine Kopfspülung (top-down- Spülung) auf, d. h. eine Frischgasöffnung befindet sich im Zylinderkopf und ein Auslassschlitz für die Abgase befindet sich in der Zylinderwand, nahe dem unteren Totpunkt des Kolbens. Die Verbrennungsluft wird nach ihrer Vorverdichtung durch eine Pumpe in den Brennraum eingeblasen und der Brennstoff wird mit einem Einspritzventil ebenfalls direkt in den Brennraum eingespritzt. Um die Spülung im Brennraum zu verbessern sowie Zündaussetzer zu minimieren, bei gleichzeitig geringem HC- und NOx-Ausstoß und geringerem Verbrauch bei gleichzeitig verbessertem Drehmoment, verfügt die Zweitaktbrennkraftmaschine über eine zweite Frischluftzuführöffnung, die ebenfalls am Zylinderfuß nahe dem unteren Totpunkt des Kolbens angeordnet ist. Die Aufteilung bzw. Regelung der Frischluftzufuhr zwischen der Frischluftzufuhröffnung im Zylinderkopf und der Frischluftzufuhröffnung im Zylinderfuß erfolgt durch eine Drosselklappe. It is based on the German patent application 42 25 396. In this Laid-open specification is a gas exchange process for a two-stroke internal combustion engine described. The two-stroke internal combustion engine has a head flush (top-down Flush), d. H. there is a fresh gas opening in the cylinder head and a The exhaust slot for the exhaust gases is in the cylinder wall, near the lower one Dead center of the piston. The combustion air is compressed by a Pump is blown into the combustion chamber and the fuel is mixed with a Injector valve also injected directly into the combustion chamber. To flush the Improve combustion chamber and minimize misfires, at the same time low HC and NOx emissions and lower consumption at the same time improved torque, the two-stroke internal combustion engine has a second Fresh air supply opening, which is also at the cylinder base near the bottom dead center the piston is arranged. The division or regulation of the fresh air supply between the fresh air supply opening in the cylinder head and the fresh air supply opening in the The cylinder base is made by a throttle valve.

Ferner ist aus der DE 37 12 750 eine Zweitaktbrennkraftmaschine bekannt, die über zumindest einen Frischlufteinlassschlitz und einen Auslassschlitz im Zylinderfuß nahe des unteren Totpunktes verfügt. Am Auslassschlitz ist ein Walzendrehschieber angeordnet, mit dem ebenfalls der Ladungswechsel der Zweitaktbrennkraftmaschine beeinflusst wird. Durch das kurbelwinkelabhängige Zusammenspiel zwischen Walzendrehschieber und dem Auslassschlitz in Verbindung mit den Frischlufteinlassschlitzen, wird ein einlassseitiges Nachladen zur Leistungssteigerung erreicht. Neben der erhöhten Leistungsabgabe führt diese Maßnahme auch zu einer verbesserten Drehmomententfaltung, sowie mit einer damit verbundenen Verbrauchssenkung durch die verringerten Spülverluste. Furthermore, a two-stroke internal combustion engine is known from DE 37 12 750, which at least one fresh air inlet slot and one outlet slot in the cylinder base near bottom dead center. At the outlet slot there is a roller valve arranged with which the charge change of the Two-stroke internal combustion engine is affected. Due to the interaction between the crank angle Rotary rotary valve and the outlet slot in connection with the Fresh air inlet slots, an inlet-side reloading is achieved to increase performance. In addition to the increased power output, this measure also leads to a improved torque development, as well as with an associated Reduced consumption due to reduced flushing losses.

Nachteilig an den dargestellten Maßnahmen zur Leistungs- bzw. Drehmomentsteigerung bei gleichzeitiger Verbrauchsverminderung, ist die relativ starre kurbelwellenwinkelabhängige Zuordnung der Ladungsbewegungsbeeinflussung. A disadvantage of the measures shown for performance or Torque increase while reducing consumption is the relatively rigid Crankshaft angle-dependent assignment of the charge movement influence.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine von der Kurbelwellenwinkellage unabhängige Beeinflussung des Ladungswechsels für eine gattungsgemäße Zweitaktbrennkraftmaschine darzustellen. The object of the present invention is one of the crankshaft angular position independent influencing of the charge change for a generic To represent two-stroke internal combustion engine.

Diese Aufgabe wird durch das Merkmal im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 gelöst. This task is characterized by the characteristic in the characterizing part of the Claim 1 solved.

Aufgrund der erfindungsgemäßen Ausgestaltung ist eine drosselfreie Füllungsregelung möglich. Ein später Schließzeitpunkt des Gaswechselventils wird bevorzugt, um die bei der top-down-Spülung erreichbare Ladungsschichtung bis zur Zündung beizubehalten. Darüber hinaus wird durch das späte Gaswechselventilschließen bei Volllast das effektive Verdichtungsverhältnis reduziert, da ein Teil der in den Zylinder angesaugten bzw. eingepumpten Frischluft wieder in den Saugtrakt der Zweitaktbrennkraftmaschine ausgeschoben wird. Durch die Reduzierung des effektiven Verdichtungsverhältnisses wird das Expansionsverhältnis in vorteilhafter Weise nicht beeinträchtigt. Ferner ist es durch die frei einstellbaren Öffnungs- und Schließzeitpunkte des Gaswechselventils möglich, mit Spülluft (Frischgas) das Abgas zu kühlen. Durch diese Betriebsweise kann das sonst bei Brennkraftmaschinen übliche "Anfetten", d. h. der Betrieb der Brennkraftmaschine mit einem Brennstoffüberschuss zur Kühlung, entfallen. Durch diese Kühlungsmaßnahme werden der Brennstoffverbrauch und die Kohlenwasserstoffemissionen, insbesondere bei Volllast, reduziert. Because of the configuration according to the invention, a throttle-free one Filling regulation possible. A late closing time of the gas exchange valve is preferred around the charge stratification that can be achieved with top-down flushing up to ignition maintain. In addition, the late gas exchange valve closes at Full load reduces the effective compression ratio as part of the Fresh air drawn or pumped back into the suction tract of the cylinder Two-stroke internal combustion engine is pushed out. By reducing the effective compression ratio, the expansion ratio becomes more advantageous Way not affected. Furthermore, it is due to the freely adjustable opening and Closing times of the gas exchange valve possible with purge air (fresh gas) Cool exhaust gas. This mode of operation can otherwise apply to internal combustion engines usual "greasing", i.e. H. the operation of the internal combustion engine with one Excess fuel for cooling is eliminated. Through this cooling measure Fuel consumption and hydrocarbon emissions, especially at Full load, reduced.

Als weiterer Vorteil ist die Beeinflussung der internen Abgasrückführung (AGR) zu nennen. Durch die Variation des Restgasanteils (Inertgas) im Brennraum, d. h. dem Anteil von bereits verbrannten Gasen anstelle von Frischluft, ist eine ständige Volldruckcharakteristik des Brennverfahrens möglich. Der Restgasgehalt kann somit komplementär zur Füllungsregelung eingesetzt werden. Durch die Beeinflussung des Restgasgehaltes im Brennraum ist darüber hinaus wahlweise entweder eine Hoch-AGR (hoher rückgeführter Abgasanteil) oder der Betrieb als HCCI- Brennverfahren (homogeneous charge compression ignition), Selbstzündung mit homogenem Gemisch für Otto-Motoren, in der Teillast möglich. Another advantage is the influence on the internal exhaust gas recirculation (EGR) call. By varying the amount of residual gas (inert gas) in the combustion chamber, i.e. H. the Proportion of gases already burned instead of fresh air is a constant Full pressure characteristics of the combustion process possible. The residual gas content can thus complementary to the filling control. By influencing the residual gas content in the combustion chamber is either either one High EGR (high recirculated exhaust gas content) or operation as an HCCI Combustion process (homogeneous charge compression ignition), auto-ignition with homogeneous mixture for Otto engines, possible in partial load.

Eine weitere Brennstoffersparnis ist insbesondere im Teillastbetrieb durch die intermittierende Zylinderabschaltung im "Quasi"-Viertaktbetrieb möglich. Diese Betriebsweise dient neben einer Brennstoffersparnis insbesondere zur Warmhaltung der teilstillgelegten Zylinder. Another fuel saving is in particular in part-load operation by the intermittent cylinder deactivation possible in "quasi" four-stroke mode. This In addition to saving fuel, the mode of operation serves in particular to keep the partially decommissioned cylinder.

Durch das späte Einlassschließen, auch als Miller-Cycle bekannt, ist bei Volllast trotz reduzierten effektiven Verdichtungsverhältnis ein ungeschmälertes Expansionsverhältnis möglich, woraus ein günstiger Wirkungsgrad sowohl bei Teil- als auch Volllast resultiert. Due to the late intake closing, also known as the Miller cycle, is at full load despite the reduced effective compression ratio, an undiminished one Expansion ratio possible, which results in a favorable efficiency for both partial and Full load results.

Je nach mechanischer Grundauslegung der Zweitaktbrennkraftmaschine entsprechend dem Patentanspruch 2, können die Stellglieder für die Gaswechselventile unterschiedlich betrieben sein, wobei jedoch in einer Brennkraftmaschine vorzugsweise nur ein Betriebsverfahren eingesetzt wird. Mit jeder der genannten Ausführungsformen ist sowohl eine drehzahlabhängige als auch eine lastabhängige, von dem momentanen Kurbelwellenwinkel unabhängige Einstellung der Gaswechselöffnungs- und Schließzeitpunkte möglich. Des weiteren erlaubt die erfindungsgemäße Ausgestaltung sehr schnelle Gaswechselventilöffnungszeiten, da nur Einlassventile vorhanden sind, die entgegen den Auslassventilen bei einer Viertakt- Brennkraftmaschine, nicht gegen Hochdruck im Brennraum nach der Verbrennung geöffnet werden müssen. Depending on the basic mechanical design of the two-stroke internal combustion engine according to claim 2, the actuators for the gas exchange valves be operated differently, but in an internal combustion engine preferably only one operating method is used. With any of the above Embodiments is both a speed-dependent and a load-dependent, of the current crankshaft angle independent adjustment of the Gas exchange opening and closing times possible. Furthermore, the invention allows Design of very fast gas exchange valve opening times, since only intake valves are present, which are contrary to the exhaust valves in a four-stroke Internal combustion engine, not against high pressure in the combustion chamber after combustion must be opened.

Gemäß der Patentansprüche 3 und 4 ist eine weitere Steigerung der Leistungs- und Drehmomentwerte möglich. Insbesondere durch die Ausgestaltung gemäß Patentanspruch 4 ist eine drehzahlabhängige Leistungs- bzw. Drehmomentanpassung möglich. Darüber hinaus ist ein günstiger Hochdruckwirkungsgrad durch die Volldruckcharakteristik (mit Restgasüberschuss statt Luftüberschuss) erzielbar. Das Restgas hat als Inertgas darüber hinaus noch einen positiven Einfluss auf die Abgasgastemperatur beim Teillastbetrieb der Zweitaktbrennkraftmaschine. Die Aufheizzeit des Abgasstranges wird bei Erhöhung des heißen Restgasanteils als Inertgas wesentlich verkürzt. Hierdurch wird auch die sog. light-off-Zeit, die Zeit, die der Katalysator benötigt, um auf Betriebstemperatur zu kommen, wesentlich verkürzt. According to claims 3 and 4 is a further increase in performance and Torque values possible. In particular through the design according to Claim 4 is a speed-dependent power or torque adjustment possible. In addition, a high pressure efficiency is due to the Full pressure characteristics (with excess gas instead of excess air) can be achieved. The Residual gas as an inert gas also has a positive influence on the Exhaust gas temperature during part-load operation of the two-stroke internal combustion engine. The The heating-up time of the exhaust line is increased when the hot residual gas content is increased Inert gas significantly shortened. This also means the so-called light-off time, the time that the The catalyst needed to reach operating temperature, significantly shortened.

Hierdurch werden die Schadstoffemissionen insbesondere nach einem Kaltstart der Zweitaktbrennkraftmaschine deutlich gesenkt. Als weiteren Vorteil sind die verringerten Verbrennungsspitzentemperaturen gegenüber einem Betrieb mit Frischluftüberschuss zu nennen, da das Abgas im Vergleich zur Frischluft eine wesentlich geringere spezifische Wärmekapazität aufweist. Diese Maßnahme führt wiederum zu niedrigeren NOx-Rohemissionen. As a result, the pollutant emissions are particularly after a cold start Two-stroke internal combustion engine significantly reduced. Another advantage is that reduced combustion peak temperatures compared to an operation with Fresh air surplus should be mentioned, since the exhaust gas is a significant compared to fresh air has lower specific heat capacity. This measure leads in turn to lower raw NOx emissions.

Durch die Ausgestaltung gemäß der Ansprüche 5 und 6 wird das "Turboloch", wie es von Brennkraftmaschinen mit Abgasturbolader knapp oberhalb der Leerlaufdrehzahl bekannt ist, fast vollständig vermieden. Ab der Leerlaufdrehzahl steht sofort eine hohe Leistungs- bzw. Drehmomentabgabe der Zweitaktbrennkraftmaschine zur Verfügung. Due to the configuration according to claims 5 and 6, the "turbo lag" as it from internal combustion engines with exhaust gas turbochargers just above the Idle speed is known, almost completely avoided. From the idle speed it is immediately a high power or torque output of the two-stroke internal combustion engine Available.

Durch die Anordnung gemäß Patentanspruch 7 wird der Füllgrad der Zweitaktbrennkraftmaschine nochmals verbessert. Ein höherer Wirkungsgrad sowie verbesserte Drehmoment- und Leistungsabgabe sind die Folge. By the arrangement according to claim 7, the degree of filling Two-stroke internal combustion engine further improved. A higher efficiency as well improved torque and power output are the result.

In vorteilhafter Weise ist die erfindungsgemäße Ausgestaltung sowohl für das Otto- Brennverfahren als auch das Diesel-Brennverfahren gemäß der Patentansprüche 8 und 9 einsetzbar. The embodiment according to the invention is advantageous both for the Otto Combustion process as well as the diesel combustion process according to patent claims 8 and 9 can be used.

Im Folgenden ist die Erfindung anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispieles in einer einzigen Figur näher erläutert. In the following, the invention is shown in FIG a single figure explained.

In Fig. 1 ist ein schematischer Schnitt durch eine Zweitaktbrennkraftmaschine 1 dargestellt. Diese besteht im Wesentlichen aus mindestens einem Zylinder 12, in dem ein Kolben 10 von einem Pleuel 11 in Richtung der Zylinderachse periodisch hin- und herbewegt wird. Auf dem Zylinder 12 ist ein Zylinderkopf 5 montiert. Der Zylinderkopf 5, der Zylinder 12 und der Kolben 10 schließen einen Brennraum 2 miteinander ein. Im Zylinderkopf 5 befindet sich eine Frischgasleitung 14", die sich im Zylinderkopf 5 teilt und mit zwei Frischgaseinlassöffnungen 3, 3' in den Brennraum einmündet. Verschlossen werden diese Frischgaseinlassöffnungen 3, 3' jeweils von einem Gaswechselventil 6, 6'. Die Gaswechselventile 6, 6' werden von je einem Stellglied 15, 15' betätigt. Zwischen den Gaswechselventilen 6, 6' ist eine Zündkerze 9 angeordnet, die mit ihren nicht näher beschriebenen Elektroden in den Brennraum 2 hineinragt. Stromauf des Zylinderkopfes 5 mündet die Frischgasleitung 14" in eine Ausgangsseite 8' eines Ladeluftkühlers 8. Eine Eingangsseite 8" des Ladeluftkühlers 8 steht über eine Frischgasleitung 14' mit einer Ladepumpe 7 in Wirkverbindung. Das Frischgas wird von der Ladepumpe 7 durch eine Frischgasleitung 14 angesaugt. In der Darstellung befindet sich der Kolben 10 kurz hinter seinem unteren Totpunkt im Zylinder 12. Wird der Kolben 10 vom Pleuel 11 in Richtung unteren Totpunkt gezogen, so gibt der Kolben eine Gasauslassöffnung 4 frei, die im geöffneten Zustand in Wirkverbindung mit dem Brennraum 2 steht. Aus dieser Gasauslassöffnung 4 gelangt das Abgas durch eine Abgasleitung 13 in eine Antriebsseite des Turboladers 7, um dann durch eine Abgasleitung 13' in Richtung Auspuff geleitet zu werden. Neben dem Einlassventil 6 ist im Zylinderkopf 5 ein Brennstoff- Injektor 16 verbaut, der einen Brennstoff zur Gemischbildung direkt in den Brennraum 2 einspritzt. In Fig. 1 is a schematic section through a two-stroke internal combustion engine 1. This essentially consists of at least one cylinder 12 , in which a piston 10 is periodically moved back and forth by a connecting rod 11 in the direction of the cylinder axis. A cylinder head 5 is mounted on the cylinder 12 . The cylinder head 5 , the cylinder 12 and the piston 10 enclose a combustion chamber 2 with one another. In the cylinder head 5 there is a fresh gas line 14 ″, which divides in the cylinder head 5 and opens into the combustion chamber with two fresh gas inlet openings 3 , 3 ′. These fresh gas inlet openings 3 , 3 ′ are each closed by a gas exchange valve 6 , 6 ′. The gas exchange valves 6 , 6 'are actuated by an actuator 15 , 15 ' in each case. Between the gas exchange valves 6 , 6 'there is a spark plug 9 , which projects into the combustion chamber 2 with its electrodes, which are not described in detail. Upstream of the cylinder head 5 , the fresh gas line 14 "opens into one Output side 8 'of an intercooler 8 . An inlet side 8 ″ of the charge air cooler 8 is operatively connected to a charge pump 7 via a fresh gas line 14 ′. The fresh gas is drawn in by the charge pump 7 through a fresh gas line 14. In the illustration, the piston 10 is located just behind its bottom dead center in the cylinder 12 . If the piston 10 is pulled by the connecting rod 11 towards the bottom dead center, the piston opens a gas outlet opening 4 which, in the open state, is operatively connected to the combustion chamber 2. From this gas outlet opening 4 , the exhaust gas passes through an exhaust pipe 13 into a drive side of the turbocharger 7, to be led then through an exhaust pipe 13 'in the direction of exhaust. in addition to the inlet valve 6, a fuel injector 16 is installed in the cylinder head 5, which injects fuel for forming the mixture directly into the combustion chamber 2.

Beim Start der Zweitaktbrennkraftmaschine wird der Kolben 10 von dem Pleuel 11, welches von einer nicht dargestellten Kurbelwelle angetrieben wird, in Richtung unterer Totpunkt gezogen. Nach dem Öffnen der Gasauslassöffnung 4 werden die Gaswechselventile 6, 6' durch die Stellglieder 15, 15' geöffnet. Die Stellglieder 15, 15' sind vorzugsweise elektromagnetische Aktoren, die unabhängig von der Kurbelwinkelstellung geöffnet oder geschlossen werden können. In weiteren Ausführungsvarianten können auch hydraulische oder pneumatische Aktoren eingesetzt werden. Durch die Ladepumpe 7, den Ladeluftkühler 8 und die Frischgasleitungen 14, 14', 14" wird Frischgas in den Brennraum 2 eingebracht und die Gasauslassöffnung 4, sowie die Gaswechselventile 6, 6' werden beim Weiterdrehen der Kurbelwelle wieder geschlossen, während der Kolben 10 in Richtung oberer Totpunkt geschoben wird. Durch den Brennstoff-Injektor 16 wird Brennstoff nach Schließen der Gasauslassöffnung 4 in den Brennraum 2 eingespritzt und anschließend wird das Brennstoff-Luftgemisch von der Zündkerze 9 gezündet. Durch die Expansion des Gases wird der Kolben 10 in Richtung unterer Totpunkt geschoben und das expandierte Abgas tritt durch die Gasauslassöffnung 4 aus. Dieses treibt nun, bei Verwendung eines Abgasturboladers als Ladepumpe 7, dessen Turbine an, wodurch Frischgas in Richtung Brennraum 2 gepumpt wird. When the two-stroke internal combustion engine starts, the piston 10 is pulled towards the bottom dead center by the connecting rod 11 , which is driven by a crankshaft, not shown. After opening the gas outlet opening 4 , the gas exchange valves 6 , 6 'are opened by the actuators 15 , 15 '. The actuators 15 , 15 'are preferably electromagnetic actuators which can be opened or closed independently of the crank angle position. In further design variants, hydraulic or pneumatic actuators can also be used. Fresh gas is introduced into the combustion chamber 2 through the charge pump 7 , the charge air cooler 8 and the fresh gas lines 14 , 14 ', 14 "and the gas outlet opening 4 and the gas exchange valves 6 , 6 ' are closed again when the crankshaft continues to rotate, while the piston 10 in After the gas outlet opening 4 has been closed, fuel is injected into the combustion chamber 2 through the fuel injector 16 and then the fuel-air mixture is ignited by the spark plug 9. The piston 10 is expanded towards the bottom dead center by the expansion of the gas pushed and the expanded exhaust gas exits through the gas outlet opening 4. When an exhaust gas turbocharger is used as the charge pump 7 , this now drives the turbine, whereby fresh gas is pumped in the direction of the combustion chamber 2 .

Dieser gleichzeitige Gasaustausch (top-down-Spülung) von Frischgas und Abgas ermöglicht in einfacher Art und Weise eine Ladungsschichtung. Im unteren Teil des Brennraums 2, nahe der Gasauslassöffnung 4, befindet sich ein, durch die frei einstellbaren Gaswechselventil Öffnungs- und Schließzeiten, sowie durch den Ladedruck beliebig steuerbarer Anteil an Restgas als Inertgas, während im zylinderkopfnahen oberen Bereich vorwiegend Frischgas für eine neue Gemischbildung und Verbrennung vorliegt. This simultaneous gas exchange (top-down purging) of fresh gas and exhaust gas enables charge stratification in a simple manner. In the lower part of the combustion chamber 2 , near the gas outlet opening 4 , there is an opening and closing time that can be freely controlled by the freely adjustable gas exchange valve, as well as any proportion of residual gas as inert gas by the boost pressure, while in the upper area near the cylinder head, mainly fresh gas for a new mixture formation and There is combustion.

Durch die Verwendung eines Abgasturboladers als Ladepumpe 7 wird von einer nicht dargestellten Abgasturbine, gegebenenfalls unterstützt durch eine ebenfalls nicht dargestellte elektromotorische Pumpe, der zur Aufladung erforderliche Abgasgegendruck erzeugt. Die Ladepumpe 7 kann in anderen Ausführungsvarianten auch ein mechanischer Lader sein, jedoch sind die Wirkungsgradvorteile denen eines Abgasturboladers unterlegen; dies in Anbetracht der Tatsache, dass für die gewünschte Aufladung auch bei einem mechanischen Lader ein entsprechender Abgasgegendruck benötigt wird. By using an exhaust gas turbocharger as a charging pump 7 , an exhaust gas turbine, not shown, optionally supported by an electromotive pump, also not shown, generates the exhaust gas back pressure required for charging. The charge pump 7 can also be a mechanical charger in other design variants, but the efficiency advantages are inferior to those of an exhaust gas turbocharger; this in view of the fact that a corresponding exhaust gas back pressure is also required for the desired supercharging with a mechanical supercharger.

Die Ausgestaltung der Zweitaktbrennkraftmaschine mit einer Brennstoffdirekteinspritzung führt zur Vermeidung von Brennstoffspülverlusten, sowie zu einer Füllgradsteigerung durch eine Zylinderinnenkühlung. Abweichend von der dargestellten Ausführungsvariante kann der Brennstoff-Injektor 16 auch an anderen Orten in den Brennraum 2 appliziert werden. The design of the two-stroke internal combustion engine with direct fuel injection leads to the avoidance of fuel flushing losses and to an increase in the degree of filling by means of internal cylinder cooling. In a departure from the embodiment variant shown, the fuel injector 16 can also be applied to the combustion chamber 2 at other locations.

Entgegen dem Ausführungsbeispiel können statt zwei Frischgasleitungen 14" und Frischgaseinlassöffnungen 3, 3' auch nur eine oder mehr als zwei vorgesehen werden. Da die Gaswechselventile 6, 6' nur als Einlassventile fungieren, die gegen keinen erhöhten Zylinderinnendruck geöffnet werden müssen, sind sehr kurze Gaswechselöffnungszeiten möglich. Ferner werden Drosselverluste durch den Einsatz z. B. eines elektromagnetischen Aktors für den Betrieb der Gaswechselventile in Verbindung mit der drosselfreien Ladedruckregelung vermieden. Die voll variablen Einlassventilsteuerzeiten in Verbindung mit einem späten Einlassventilschließen ermöglicht auch bei Volllast trotz reduziertem effektiven Verdichtungsverhältnis ein ungeschmälertes Expansionsverhältnis, woraus ein günstiger Wirkungsgrad bei Teil- und Volllast resultiert. Selbst bei erhöhtem Ladedruck und spätem Einlassschließen (Miller cycle) ist kein Anfettungsbedarf bei Volllast nötig, da die Abgaskühlung durch Frischgas erfolgen kann. Die vollvariablen Einlassventilöffnungs- und Einlassventilschließzeiten gestatten auch eine intermittierende Zylinderabschaltung, die im Teillastbetrieb Brennstoff eingespart. Die erfindungsgemäße Zweitaktbrennkraftmaschine weist durch ihre Volldruckcharakteristik einen sehr guten Hochdruckwirkungsgrad (hoher Abgasanteil) auf. Durch die Verwendung von Abgas als Inertgas sind die Abgastemperaturen insbesondere im Teillastbetrieb relativ hoch, wodurch die light-off-Zeit des Katalysators verkürzt wird, während gleichzeitig die Verbrennungsspitzentemperaturen verringert werden, da Restgas im Vergleich zu Frischgas eine niedrigere spezifische Wärmekapazität aufweist. Dies führt zu niedrigeren NOx-Rohemissionen. Contrary to the exemplary embodiment, instead of two fresh gas lines 14 ″ and fresh gas inlet openings 3 , 3 ′, only one or more than two can be provided. Since the gas exchange valves 6 , 6 ′ only act as inlet valves that do not have to be opened against increased internal cylinder pressure, the gas exchange opening times are very short Throttle losses are also avoided through the use of, for example, an electromagnetic actuator for operating the gas exchange valves in connection with the throttle-free boost pressure control. which results in a favorable efficiency at partial and full load Even with increased boost pressure and late intake closing (Miller cycle), no need for enrichment at full load is necessary because the exhaust gas cooling by Fr Ischgas can be done. The fully variable intake valve opening and intake valve closing times also allow intermittent cylinder deactivation, which saves fuel in part-load operation. The full-pressure characteristic of the two-stroke internal combustion engine according to the invention has a very good high-pressure efficiency (high exhaust gas content). By using exhaust gas as the inert gas, the exhaust gas temperatures are relatively high, especially in part-load operation, which shortens the light-off time of the catalytic converter, while at the same time reducing the combustion peak temperatures, since residual gas has a lower specific heat capacity than fresh gas. This leads to lower raw NOx emissions.

Die top-down-Spülung bietet günstige Voraussetzungen für eine Hoch-AGR durch die natürliche Abgasschichtung. Ferner sind sehr gute Voraussetzungen für HCCI aufgrund der verkürzten Zeitspanne (Zweitaktbetrieb) zwischen zwei aufeinanderfolgenden Verbrennungszyklen gegeben, eine Schichtladung ist bei dieser Betriebsart nicht erforderlich. Weiter weist die Zweitaktbrennkraftmaschine eine klopfgünstige Brennraumform auf, da keine heißen Auslassventile und somit keine Hot Spots (heiße Bauteile, die das Brennstoff-Frischgasgemisch als zweite Zündstelle zünden können) vorhanden sind. The top-down purging offers favorable conditions for high EGR the natural exhaust stratification. There are also very good prerequisites for HCCI due to the shortened time span (two-stroke operation) between two successive combustion cycles, there is a stratified charge with this Operating mode not required. The two-stroke internal combustion engine also has a Knock-favorable combustion chamber shape, because there are no hot exhaust valves and therefore no hot spots (hot components that ignite the fuel-fresh gas mixture as a second ignition point can) exist.

Der Abgasturbolader kann auch durch eine mechanische Ladepumpe ergänzt oder ersetzt werden, um bereits bei Startdrehzahl für den erforderlichen Spüldruck zu sorgen. An deren Stelle ist zur Erzielung des gleichen Effekts auch eine elektromotorische Unterstützung des Abgasturboladers möglich. Bezugszeichenliste 1 Zweitaktbrennkraftmaschine
2 Brennraum
3, 3' Frischgaseinlassöffnung
4 Gasauslassöffnung
5 Zylinderkopf
6, 6' Gaswechselventil
7 Ladepumpe
8 Ladeluftkühler
8' Ausgangsseite Ladeluftkühler
8" Eingangsseite Ladeluftkühler
9 Zündkerze
10 Kolben
11 Pleuel
12 Zylinder
13, 13' Abgasleitung
14, 14', 14" Frischgasleitung
15, 15' Stellglied
16 Brennstoff-Injektor
The exhaust gas turbocharger can also be supplemented or replaced by a mechanical charge pump in order to ensure the required purge pressure even at the starting speed. Instead of this, electromotive support of the exhaust gas turbocharger is also possible to achieve the same effect. 1 2- stroke internal combustion engine
2 combustion chamber
3 , 3 'fresh gas inlet opening
4 gas outlet opening
5 cylinder head
6 , 6 'gas exchange valve
7 charge pump
8 intercoolers
8 'Intercooler outlet side
8 "inlet side intercooler
9 spark plug
10 pistons
11 connecting rods
12 cylinders
13 , 13 'exhaust pipe
14 , 14 ', 14 "fresh gas line
15 , 15 'actuator
16 fuel injector

Claims

1. Two-stroke internal combustion engine with at least one combustion chamber which has at least one fresh gas inlet opening and at least one gas outlet opening on the cylinder base, the fresh gas inlet opening being arranged in a cylinder head and closable by at least one gas exchange valve and being operatively connected to a charge pump and a fuel directly can be injected into the combustion chamber, characterized in that an opening and closing time of the gas exchange valve ( 6 , 6 ') can be freely set in time.

2. Two-stroke internal combustion engine according to claim 1, characterized in that the gas exchange valve ( 6 , 6 ') can be actuated electromagnetically or hydraulically or pneumatically.

3. Two-stroke internal combustion engine according to claim 1 and 2, characterized in that the charge pump ( 7 ) is an exhaust gas turbocharger or a mechanical charge pump.

4. Two-stroke internal combustion engine according to claim 3, characterized in that the charge pump ( 7 ) has a variable turbine geometry and / or a by-pass.

5. Two-stroke internal combustion engine according to claims 3 and 4, characterized in that an additional charge pump is arranged on the charge pump ( 7 ).

6. two-stroke internal combustion engine according to claim 5, characterized in that the auxiliary charge pump is electrically operated.

7. Two-stroke internal combustion engine according to one of the aforementioned claims, wherein the fresh gas can be cooled by a charge air cooler, characterized in that the charge air cooler ( 8 ) is arranged downstream of the charge pump ( 7 ).

8. Two-stroke internal combustion engine according to claim 1, characterized in that a fuel-fresh gas mixture in the combustion chamber ( 2 ) is spark-ignited.

9. Two-stroke internal combustion engine according to claim 1, characterized in that the fuel-fresh gas mixture is self-igniting by the compression pressure in the combustion chamber ( 2 ).