DE19857738A1

DE19857738A1 - Two-stroke internal combustion engine

Info

Publication number: DE19857738A1
Application number: DE19857738A
Authority: DE
Inventors: Herbert Dipl Ing Kern
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1998-12-15
Filing date: 1998-12-15
Publication date: 1999-07-01

Abstract

The pump effect of the piston in the crankcase, i.e. the active piston under side, acts indirectly via an impulse channel on the inlet system comprising a suction channel (8) and connecting inflow channel (6), without fresh gas being conducted through the crankcase. There is a check valve (9) in the suction channel at its cylinder-side end, which prevents back flow of the aspirated fresh gas into the suction channel. In addition to the inlet system with crankcase pump a charger is incorporated, series-connected to the inlet system with crankcase pump. The charger is parallel to the inlet system and delivers fresh gas via separate inlet channels and inlet slots and partly via the inlet system to the cylinder (series - parallel connection).

Description

Die Erfindung betrifft eine Zweitakt-Brennkraftmaschine mit Kurbelgehäusepumpe mit mindestens einer Zylindereinheit gemäß Oberbegriff des Anspruches 1.The invention relates to a two-stroke internal combustion engine with a crankcase pump at least one cylinder unit according to the preamble of claim 1.

Es ist bekannt, daß bei Zweitakt-Brennkraftmaschinen mit Kurbelgehäusepumpe als Lade- und Spülpumpe, d. h. mit aktiven Kolbenunterseiten zur Vorverdichtung des Frischgases im Kurbelgehäuse, Schmieröl aus dem Kurbelgehäuse vom Frischgas in den Zylinder und infolge der Spülverluste auch teilweise in das Abgassystem befördert wird, wo es insbesondere bei kleiner Last nur unvollständig verbrannt wird und dadurch die Abgasqualität verschlechtert und zur Entstehung des bekannten Blaurauchs beiträgt. Das Schmieröl im Kurbelgehäuse muß deshalb laufend ersetzt werden, so daß eine Frischölschmierung erforderlich ist, die praktisch aber eine Verlustschmierung darstellt und einen deutlich höheren Schmierölverbrauch als bei Viertaktmotoren zur Folge hat. Da diese Motoren auch nicht mit Drucköl geschmiert werden können, müssen Wälzlager zur Lagerung der Kurbelwelle verwendet werden.It is known that in two-stroke internal combustion engines with crankcase pumps as charging and irrigation pump, d. H. with active piston undersides for pre-compression of the fresh gas in the Crankcase, lubricating oil from the crankcase from the fresh gas into the cylinder and due to the purge losses is also partially transported into the exhaust system, where it is burned only incompletely, especially at low loads, and thus the Exhaust gas quality deteriorates and contributes to the development of the well-known blue smoke. The Lubricating oil in the crankcase must therefore be constantly replaced so that one Fresh oil lubrication is required, which is practically a loss lubrication and results in a significantly higher consumption of lubricating oil than in four-stroke engines. This one Engines cannot be lubricated with pressure oil either Crankshaft bearings can be used.

Bei einer aus der US-PS 3,195,526 bekannten Ausführung ist zwischen dem Kurbelgehäuse und der Ansaugleitung eine zylindrische Ladekammer (charging chamber) mit einem darin frei beweglichen Kolben angeordnet, um den ölhaltigen Inhalt des Kurbelgehäuses vom angesaugten Frischgas zu trennen. Die Ladekammer ist mit zusätzlichen Rückschlagventilen ausgerüstet, um trotz "blow by" im Zylinder eine korrekte Position bezüglich Arbeitskolbens des Motors zu erreichen, wofür ein erheblicher Bauaufwand erforderlich ist. Durch die Vergrößerung des Schadvolumens um das Volumen der Ladekammer wird auch die Wirkung der Kurbelgehäusepumpe verschlechtert.In an embodiment known from US Pat. No. 3,195,526 there is between the crankcase and the suction pipe has a cylindrical charging chamber with one therein freely movable pistons arranged to the oil content of the crankcase from separate fresh gas drawn in. The loading chamber is equipped with additional check valves equipped to maintain a correct position in relation to the working piston despite "blow by" in the cylinder to achieve the engine, for which a considerable amount of construction is required. Through the The increase in the volume of damage by the volume of the loading chamber is also the Impact of the crankcase pump deteriorated.

Aus der US-PS 2,745,390 sowie der EP A 0 065 297 A2 und der EP A 0 065 315 A2 sind Ausführungen von Zweitaktmotoren mit Kurbelgehäusepumpe bekannt, wo mit Hilfe von Membranen (Diaphragma) in einer zusätzlichen Ansaugluftkammer (intake plenum chamber) zwischen Einlaßkanälen und Kurbelkammer eine Trennung von Frischgas und dem Ölnebel in der Kurbelkammer erfolgt. Diese Anordnungen erfordern nicht nur einen relativ großen Bauaufwand und stellen große Anforderungen an die Werkstoffqualität der Membranen, sondern durch das zusätzliche Volumen der Ansaugluftkammer wird auch die Wirkung der Kurbelgehäusepumpe infolge der Vergrößerung des sogenannten Schadvolumens geringer.From US-PS 2,745,390 as well as EP A 0 065 297 A2 and EP A 0 065 315 A2 Designs of two-stroke engines with crankcase pumps are known, where with the help of membranes (diaphragm) in an additional intake air chamber (intake plenum chamber) between inlet channels and crank chamber a separation of fresh gas and the Oil mist occurs in the crank chamber. These arrangements do not only require one relative great construction effort and make great demands on the material quality of the Diaphragms, but through the additional volume of the intake air chamber is also the Effect of the crankcase pump due to the enlargement of the so-called Damage volume less.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Nachteile der bekannten Ausführungen zu beseitigen und ein einfaches Einlaßsystem ohne zusätzliche bewegte Teile für Zweitakt- Brennkraftmaschinen mit Kurbelgehäusepumpe, d. h. mit aktiven Kolbenunterseiten zu schaffen, wobei die Pumpwirkung des Arbeitskolbens im Kurbelgehäuse für den Ladungswechsel- und Spülvorgang genutzt werden soll, ohne Schmieröl aus dem Kurbelgehäuse in den Zylinder oder den Auslaß und das Abgassystem zu befördern. Das Problem wird dadurch gelöst, daß die Pumpwirkung des Kolbens bzw. der aktiven Kolbenunterseite im Kurbelgehäuse indirekt über einen sogenannten Impulskanal auf das eigentliche Einlaßsystem, bestehend aus einem Ansaug- und einem Einströmkanal oder mehreren Einströmkanälen übertragen und das Frischgas nicht durch das Kurbelgehäuse geleitet wird. Im Ansaugkanal ist an dessen zylinderseitigem Ende, vor der Einmündung in den Einström- und den Impulskanal, ein Rückschlagventil angeordnet, das ein Rückströmen des Frischgases in diesen verhindert, wofür vorzugsweise ein dachförmig angeordnetes Zungenventil verwendet wird. Unmittelbar nach dem Rückschlagventil in Richtung Zylinder ist der Einströmkanal angeordnet, der zum Einlaßschlitz oder über entsprechende Verzweigungen zu mehreren Einlaßschlitzen führt. An der gleichen Stelle nach dem Rückschlagventil zweigt auch der vorgenannte Impulskanal ab, der Ansaug- und Einströmkanal mit dem Kurbelgehäuse verbindet und dessen Volumen etwa dem Hubvolumen des Zylinders entspricht. Wenn sich der Kolben aufwärts vom unteren Totpunkt UT zum oberen Totpunkt OT bewegt, wird der Inhalt des Impulskanals in das Kurbelgehäuse und Frischgas in den Impulskanal gesaugt. Da dessen Volumen so bemessen ist, daß er die angesaugte Frischgasmenge aufnehmen kann, wird vermieden, daß Frischgas in das Kurbelgehäuse gelangt. Bewegt sich der Kolben von OT nach UT wird eine, dem Hubvolumen des Zylinders entsprechende Menge des Kurbelgehäuseinhalts in den Impulskanal gedrückt und das vorher angesaugte Frischgas aus diesem in Richtung Zylinder verdrängt, und da das Rückschlagventil ein Rückströmen in den Ansaugkanal verhindert, solange verdichtet wie der Einlaßschlitz oder die Einlaßschlitze durch den Kolben noch nicht freigegeben sind. Wenn der Kolben im Bereich von UT den Einlaßschlitz oder die Einlaßschlitze freigibt, wird das vorverdichtete Frischgas in den Zylinder strömen und den Spülvorgang bewirken. Da nur der Impulskanal und nicht das Kurbelgehäuse alternierend mit Frischgas und ölhaltigem Kurbelgehäuseinhalt beaufschlagt wird, und somit der Inhalt des Kurbelgehäuses mit Ölnebel und Spritzöl immer der gleiche bleibt, können keine oder zumindest keine nennenswerten Mengen von Frischgas in das Kurbelgehäuse und somit auch kein Schmieröl mit dem Frischgas in den Zylinder gelangen. Das Volumen des Impulskanals verringert zwar die Verdichterwirkung, denn das zusätzliche Volumen bedeutet für den Verdichtungsvorgang eine Vergrößerung des sogenannten Schadvolumens, aber die Erfindung ermöglicht auch eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung zur Verbesserung der Zylinderfüllung durch gasdynamische Abstimmung der Längen von Ansaug-, Impuls- und Einströmkanal oder Einströmkanälen, womit durch Massenwirkungen, Druckschwingungen und Resonanzen des Frischgases in diesen Kanälen, die durch die periodischen Volumenänderungen infolge der Bewegung des Kolbens im Kurbelgehäuse angeregt werden, ein Aufladeeffekt erreicht wird. Dazu werden Länge und Querschnitt des Impulskanals so gewählt, daß beim Ansaugvorgang d. h. der Bewegung des Kolbens von UT nach OT das im Impulskanal befindliche Frischgas soweit beschleunigt wird, das dessen Geschwindigkeit und kinetische Energie ausreicht um einen deutlichen Druckanstieg und damit einen Nachladeeffekt im Kurbelgehäuse und eine Verstärkung der Pumpwirkung des Kolbens zu erreichen, wenn der Kolben OT erreicht und seine Bewegungsrichtung umkehrt, wobei die Saugarbeit des Kolbens zunächst in kinetische Energie des Frischgases, und beim Abstoppen in Verdichtungsarbeit umgewandelt wird. Die beim Ansaugvorgang und der Beschleunigung des Frischgases im Impulskanal entstehende Sogwelle wird mit der dem Frischgaszustand entsprechenden Schallgeschwindigkeit vom Kurbelgehäuse weg laufen und sich sowohl im Ansaug- als auch im Einströmkanal bzw. den Einströmkanälen fortpflanzen. Die Gesamtlänge aus Impuls- und Ansaugkanal sowie das Verhältnis der Längen dieser beiden Kanäle (Impulskanal länger als Ansaugkanal) ist so gewählt, daß die Druckwelle, die durch negative Reflexion am offenen Ende (Saugmund) des Ansaugkanals entsteht, an der Einmündung des Ansaugkanals in den Einström- und Impulskanal bzw. beim Rückschlagventil vor der durch den abwärtsgehenden Kolben erzeugten Druckwelle, die vom Kurbelgehäuse weg Richtung Zylinder läuft, dort eintrifft. Dadurch wird das Rückschlagventil (Membran-Zungenventil) nochmals geöffnet und Frischgas in den Impuls- und Einströmkanal strömen, womit ein weiterer zusätzlicher Nachladeeffekt und eine Verbesserung der Füllung des Einlaßsystems und des Zylinders erreicht wird. Da die vorgenannte Sogwelle auch in den Einströmkanal bzw. in die Einströmkanäle läuft und zunächst noch auf durch den Kolben verschlossenen Einlaßschlitz oder Einlaßschlitze trifft und deshalb positiv, d. h. wiederum als Sogwelle reflektiert wird, wird bei gleicher oder annähernd gleicher Länge von Ansaug- und Einströmkanal die reflektierte Sogwelle im Einströmkanal etwa gleichzeitig mit der Druckwelle im Ansaugkanal an der Einmündung des Ansaugkanals in den Impuls- und Einströmkanal eintreffen und die Druckdifferenz am Rückschlagventil und damit den Frischgasstrom in den Einström- und Impulskanal zusätzlich erhöhen, wodurch der Nachladeeffekt verstärkt und auch die Füllung des Zylinders nochmals verbessert wird.The invention has for its object to the disadvantages of the known designs eliminate and a simple intake system without additional moving parts for two-stroke Internal combustion engines with crankcase pumps, d. H. with active piston undersides create, the pumping action of the working piston in the crankcase for the Charge change and flushing process should be used without lubricating oil from the To convey the crankcase in the cylinder or the exhaust and the exhaust system. The problem is solved in that the pumping action of the piston or the active one Piston underside in the crankcase indirectly via a so-called impulse channel actual intake system, consisting of an intake and an inflow or transferred several inflow channels and the fresh gas not through the crankcase is directed. In the intake duct is at its cylinder-side end, before the confluence with the inflow and the impulse channel, a check valve arranged that a backflow of the fresh gas prevented in this, for which preferably a roof-shaped arrangement Tongue valve is used. Immediately after the check valve towards the cylinder the inflow channel is arranged, which leads to the inlet slot or via corresponding Branches leads to multiple inlet slots. In the same place after the Check valve also branches off the aforementioned impulse channel, the intake and Inflow channel connects to the crankcase and its volume approximately that Stroke volume of the cylinder corresponds. When the piston moves up from the bottom Dead center UT moves to top dead center OT, the content of the impulse channel is in the The crankcase and fresh gas are sucked into the impulse channel. Because its volume is so measured is that he can absorb the amount of fresh gas drawn in, fresh gas is avoided gets into the crankcase. If the piston moves from OT to UT, one becomes the Stroke volume of the cylinder corresponding amount of crankcase content in the Impulse channel pressed and the fresh gas previously sucked in from it towards the cylinder displaced, and since the check valve prevents backflow into the intake duct, not compressed as long as the inlet slot or the inlet slots by the piston are released. If the piston in the area of UT the inlet slot or the Releases inlet slots, the pre-compressed fresh gas will flow into the cylinder and the Effect rinsing. Since only the impulse channel and not the crankcase alternate with fresh gas and oil-containing crankcase content, and thus the content the crankcase with oil mist and spray oil always remains the same, none or at least no significant amounts of fresh gas in the crankcase and thus also no lubricating oil with fresh gas can get into the cylinder. The volume of the Impulse channel reduces the compressor effect, because the additional volume means an increase in the so-called damage volume for the compression process, but the invention also enables a particularly advantageous embodiment for Improvement of the cylinder filling through gas dynamic adjustment of the lengths of Intake, impulse and inflow channels or inflow channels, with what Mass effects, pressure vibrations and resonances of the fresh gas in these channels, caused by the periodic volume changes due to the movement of the piston in the Crankcase are excited, a charging effect is achieved. For this, length and Cross section of the impulse channel selected so that during the suction process d. H. the movement of the Piston from UT to OT accelerates the fresh gas in the impulse channel so far that its speed and kinetic energy is sufficient for a clear Pressure increase and thus a reloading effect in the crankcase and an increase in To achieve pumping action of the piston when the piston reaches and its TDC Reverses direction of movement, whereby the suction work of the piston first in kinetic Energy of the fresh gas, and is converted into compression work when stopped. The one during the intake process and the acceleration of the fresh gas in the impulse channel The resulting suction wave is associated with the fresh gas state Speed of sound away from the crankcase and in the intake as well propagate in the inflow channel or channels. The total length of impulse and Intake duct and the ratio of the lengths of these two ducts (impulse duct longer than Intake channel) is selected so that the pressure wave caused by negative reflection on the open End (suction mouth) of the intake duct arises at the mouth of the intake duct in the Inflow and impulse channel or in the case of the check valve in front of the through the downward Pistons generated pressure wave, which runs away from the crankcase towards the cylinder, there arrives. This will open the check valve (reed valve) again and fresh gas flow into the impulse and inflow channel, which is another additional Reloading effect and an improvement in the filling of the intake system and the cylinder is achieved. Since the aforementioned suction wave also in the inflow channel or in the Inflow channels run and initially still on the inlet slot closed by the piston or inlet slots and therefore positive, d. H. is again reflected as a suction wave, is the same or approximately the same length of intake and inflow reflected suction wave in the inflow channel at about the same time as the pressure wave in Intake channel at the mouth of the intake channel in the impulse and inflow channel arrive and the pressure difference at the check valve and thus the fresh gas flow in the Additionally increase the inflow and impulse channel, which increases the reloading effect and the filling of the cylinder is further improved.

Die Längen von Ansaug-, Einström- und Impulskanälen für die angestrebte Resonanzdrehzahl, die für das Füllungsmaximum und damit das Drehmomentmaximum maßgebend ist, kann entsprechend den aus der Literatur bekannten Formeln und Erfahrungswerten bestimmt werden [Bönsch,H W.: Der schnellaufende Zweitaktmotor. Mototuch Verlag Stuttgart 3. Aufl. 1986 S. 20-26 # Küntschler, V.: Kraftfahrzeugmotoren. Verlag Technik Berlin 3.Aufl. 1995 S. 483-492 und 501-508].The lengths of intake, inflow and impulse channels for the targeted Resonance speed, which is for the filling maximum and thus the torque maximum is decisive, can according to the formulas and known from the literature Experience values are determined [Bönsch, H W .: The high-speed two-stroke engine. Mototuch Verlag Stuttgart 3rd ed. 1986 pp. 20-26 # Küntschler, V .: automobile engines. Verlag Technik Berlin 3rd ed. 1995 pp. 483-492 and 501-508].

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung bei Zweitakt-Brennkraftmaschinen ergibt sich durch die Anordnung eines an sich bekannten abgestimmten Abgassystems mit Diffusor und Gegenkonus oder Blende, da insbesondere die im Diffusor entstehende, zum Zylinder zurücklaufende Sogwelle kurz nach dem Öffnen der Einlaßschlitze auch in das Einlaßsystem läuft und ein weiteres Öffnen des Rückschlagventils bewirkt, wodurch zusätzlich Frischgas in das Einlaßsystem strömt und die Füllung weiter verbessert wird. Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung ist auch dadurch möglich, daß anstelle des Rückschlagventils im Ansaugkanal, an der Zusammenführung von Ansaug-, Einström- und Impulskanal ein Zellrad mit Rücklaufsperre angeordnet wird, mit dem nicht nur ein Rückströmen von Frischgas in den Ansaugkanal, sondern auch ein Rückströmen vom Einström- in den Impulskanal verhindert wird, da durch das nur in einer Richtung laufende Zellrad auch nur eine Strömung von Ansaug- in den Einström- oder Impulskanal sowie vom Impuls- in den Einströmkanal möglich ist.Another advantageous embodiment of the invention in two-stroke internal combustion engines results from the arrangement of a known exhaust system with known Diffuser and counter-cone or screen, as in particular the one that arises in the diffuser, for Cylinder returning suction wave shortly after opening the inlet slots also in the Intake system runs and causes the check valve to open further, causing fresh gas also flows into the intake system and the filling is further improved. A further embodiment of the invention is also possible in that instead of Check valve in the intake duct, at the junction of intake, inflow and Impulse channel a cellular wheel with backstop is arranged with which not only one Backflow of fresh gas into the intake duct, but also backflow from Inflow into the impulse channel is prevented because it only runs in one direction Cell wheel also only a flow from intake into the inflow or impulse channel and from Impulse into the inflow channel is possible.

Eine weitere besonders vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist die zusätzliche Anordnung eines Laders, wozu Abgasturbolader, Druckwellenlader und mechanisch oder elektrisch angetriebene Verdichter verwendet werden können. Bei dieser kombinierten Aufladung kann der Lader dem erfindungsgemaßen System aus abgestimmten Ansaug-, Impuls- und Einströmkanälen vorgeschaltet (Serienschaltung) oder teilweise parallel geschaltet sein (Serien-Parallelschaltunug) und das Frischgas über getrennte Einlaßschlitze in den Zylinder fördern. Bei Verwendung eines Abgasturboladers kann das erfindungsgemäße System mit gasdynamisch abgestimmten Ansaug-, Impuls- und Einströmkanälen dahingehend optimiert werden, daß dieses insbesondere bei niedriger Drehzahl wirksam ist, wo der Abgasturbolader noch nicht ausreichend Ladedruck erzeugt und Ladeluft liefert. Bei hohen Aufladedrücken und hohen Temperaturen des vorverdichteten Frischgases ist es vorteilhaft, in bekannter Weise nach dem Lader einen Ladeluftkühler anzuordnen. Die erfindungsgemäße Ausführung von schnellaufenden Zweitakt-Brennkraftmaschinen mit Kurbelgehäusepumpe und abgestimmten Ansaug-, Einström- und Impulskanälen, d. h. einer dynamischen Aufladung durch Druckschwingungen und Massenwirkungen, kann ohne Lader vorzugsweise für kleinere Motoren mit Quer-, Umkehr-, Drall-Umkehr- und Kopfspülung sowie Längs- oder Gleichstromspülung mit Auslaßventil(en) eingesetzt werden, wo wegen zu geringer Leistung ein Lader, beispielsweise eine Abgasturboaufladung nicht möglich oder eine Aufladung mit einem Lader zu aufwendig ist. Bei der kombinierten Aufladung, insbesondere mit Abgasturboaufladung, ist es vorteilhaft Ansaug-, Einström- und Impulskanäle so abzustimmen, daß die Füllung und damit das Drehmoment in bestimmen Drehzahlbereichen verbessert oder bei Leerlauf und sehr kleiner Last der Lader unterstützt wird, wenn dieser noch zuwenig Ladedruck erzeugt und einen zu geringem Durchsatz hat. Die erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß mit einem sehr einfachen Einlaßsystem ohne zusätzliche bewegte Teile, die Pumpwirkung des Kolbens im Kurbelgehäuse zur Vorverdichtung des Frischgases genutzt werden kann, ohne daß ein Transport von Schmieröl in den Zylinder und das Abgassystem durch das Frischgas erfolgt. Dadurch werden nicht nur die Frischölschmierung und der damit verbundene erhöhte Schmierölmehrverbrauch im Vergleich zu Viertaktmotoren, sondern auch die durch das Schmieröl im Zylinder und im Abgassystem verursachten Emissionsprobleme vermieden. Damit ist auch bei Anordnung eines nachgeschalteten Abgaskatalysators keine Gefahr, daß dieser durch Ölablagerungen unwirksam wird. Ein ganz wesentlicher Vorteil ist auch die Möglichkeit, den Kolben mit Schmieröl, vorzugsweise durch eine einfache Ölanspritzung wirksam zu kühlen sowie das Triebwerk mit Gleitlagern auszuführen und mit Drucköl zu schmieren. Another particularly advantageous embodiment of the invention is the additional one Arrangement of a charger, including exhaust gas turbochargers, pressure wave superchargers and mechanical or electrically driven compressors can be used. In this combined The charger can charge the system according to the invention from coordinated intake, Pulse and inflow channels upstream (series connection) or partially parallel be switched (series parallel connection) and the fresh gas via separate inlet slots in convey the cylinder. When using an exhaust gas turbocharger, the invention System with gas dynamically coordinated intake, impulse and inflow channels be optimized so that this is particularly effective at low speed, where the exhaust gas turbocharger does not yet generate sufficient boost pressure and delivers charge air. At high boost pressures and high temperatures of the pre-compressed fresh gas, it is advantageous to arrange a charge air cooler in a known manner after the charger. The inventive design of high-speed two-stroke internal combustion engines with Crankcase pump and matched intake, inflow and pulse channels, d. H. one dynamic charging through pressure vibrations and mass effects, can be done without a charger preferably for smaller engines with cross, reverse, swirl reverse and head flushing as well as longitudinal or direct current flushing with outlet valve (s) are used, where because a charger, for example exhaust gas turbocharging, is not possible if the output is too low or charging with a charger is too expensive. With combined charging, especially with exhaust gas turbocharging, it is advantageous intake, inflow and Adjust pulse channels so that the filling and thus the torque determine Improved speed ranges or supported the loader at idle and very low load if the boost pressure is still too low and the throughput is too low. The advantages achieved are in particular that with a very simple Intake system without additional moving parts, the pumping action of the piston in the Crankcase for pre-compression of the fresh gas can be used without a Lube oil is transported into the cylinder and the exhaust system through the fresh gas. This not only increases the fresh oil lubrication and the associated oil Lubrication oil consumption in comparison to four-stroke engines, but also by that Lubricating oil in the cylinder and in the exhaust system prevents emissions problems. This means that even if a downstream catalytic converter is arranged, there is no danger of that this becomes ineffective due to oil deposits. It is also a very important advantage the ability to lubricate the piston, preferably through a simple Effective cooling of oil spill and to run the engine with plain bearings and with Lubricate pressure oil.

Weitere Einzelheiten und die Wirkungsweise werden anhand der schematischen Zeichnungen von Ausführungsbeispielen näher erläutertFurther details and the mode of operation are based on the schematic drawings of exemplary embodiments explained in more detail

Es zeigen in einfacher schematischer Darstellung:In a simple schematic representation:

Fig. 1 eine Zylindereinheit einer schlitzgespülten Zweitakt-Brennkraftmaschine mit Kurbelgehäusepumpe und die grundsätzliche Anordnung von Ansaugkanal, Impulskanal und Einströmkanal, Fig. 1 a cylinder unit of a slot-type scavenging two-stroke internal combustion engine having a crankcase pump, and the basic arrangement of the intake duct, and inlet channel impulse channel,

Fig. 2 eine Zweitakt-Brennkraftmaschine mit Schlitzspülung und kombinierter Aufladung aus Kurbelgehäusepumpe mit Ansaug-, Impuls- und Einströmkanal nach Fig. 1 und Abgasturboaufladung mit Ladeluftkühler in Serien-Parallelschaltung und getrennten Einströmkanälen und Einlaßschlitzen, Fig. 2 is a two-stroke internal combustion engine with slot rinsing and combined charge from crankcase pump with suction, pulse and inflow of FIG. 1 and exhaust gas turbocharger with charge air cooler in series-parallel circuit and separated inlet channels and inlet slots,

Fig. 3 eine Zusammenführung von Ansaug-, Impuls- und Einströmkanal und die Anordnung eines Zellrades mit Rücklaufsperre. Fig. 3 is a merge of intake, impulse and inflow and the arrangement of a cellular wheel with backstop.

Bei der in Fig. 1 in schematischer Schnittdarstellung gezeigten Zylindereinheit einer Zweitakt-Brennkraftmaschine mit aktiver Kolbenunterseite, Spülschlitzen und einer erfindungsgemäßen Anordnung von Impulskanal 7, Ansaugkanal 8 und Einströmkanal 6 ist der Impulskanal 7, der das Kurbelgehause mit dem zugehörigen Ansaugkanal 8 und dem Einströmkanal 6 verbindet und die Pumpwirkung des Kolbens 3 im Kurbelgehäuse 2 auf das eigentliche Einlaßsystem aus Ansaugkanal 8 und Einströmkanal 6 überträgt, unmittelbar am Kurbelgehäuse 2 angeordnet, um eine kompakte Bauweise zu erreichen. Da von einer Direkteinspritzung des Kraftstoffes ausgegangen wird, ist der Ansaugkanal 8 ohne sprunghafte Querschnittsänderungen ausgeführt, wie sie bei Anordnung eines Vergasers erforderlich sind. Am zylinderseitigem Ende des Ansaugkanals 8 ist ein strömungsgünstiges, dachförmiges Zungenventil als Rückschlagventil 9 angeordnet, das nur eine Strömung des Frischgases 4, durch einen offenen Pfeil dargestellt, in Richtung Zylinder zuläßt und somit ein Rückströmen verhindert. Der Einströmkanal 6 mündet schräg nach oben gerichtet in den Zylinder 1 bzw. den Einlaßschlitz 6' in der Zylinderbuchse. Mit dieser Anordnung von Ansaug-, Einström- und Impulskanal ergibt sich folgender Ablauf des Ansaug- und Ladevorganges: Bewegt sich der Kolben 3 von unterem Totpunkt UT zum oberen Totpunkt OT, wird eine etwa dem Hubvolumen des Zylinders 1 entsprechende Menge Gas aus dem Impulskanal 7 in das Kurbelgehäuse 2 und etwa die gleiche Menge Frischgas 4 in den Impulskanal 7 gesaugt. Durch den anschließend von OT nach UT laufenden Kolben wird die gleiche Menge Gas aus dem Kurbelgehäuse 2 in den Impulskanal 7 geschoben und das Frischgas 4' aus diesem verdrängt und verdichtet, solange der Einlaßschlitz 6' noch durch den Kolben 3 verschlossen ist, da das Rückschlagventil 9 das Rückströmen des Frischgases in den Ansaugkanal 8 verhindert. Nach Freigabe des Einlaßschlitzes 6' kann mit dem vorverdichteten Frischgas 4'' der Spülvorgang im Zylinder 1 in der bekannten Weise, beispielsweise als sogenannte Quer-, Umkehr-, Drall-Umkehr-, Kopf- oder Gleichstromspülung ablaufen. Durch den wieder von UT nach OT gehenden Kolben wird der nächste Ansaugvorgang dadurch, daß die vorher aus dem Kurbelgehäuse 2 ausgeschobene Gasmenge erneut angesaugt wird. Das Volumen des Impulskanals 7 ist dabei so ausgelegt, daß er nach dem Saugvorgang weitgehend mit Frischgas 4 gefüllt ist und anschließend die gesamte durch die Abwärtsbewegung des Kolbens von OT nach UT aus dem Kurbelgehäuse 2 ausgeschobene Gasmenge aufzunehmen kann und dabei das vorher angesaugte Frischgas 4 vollständig oder zumindest nahezu vollständig verdrängt wird. Das Volumen des Impulskanals 7, der alternierend vollständig mit Gas aus dem Kurbelgehäuse 2 oder Frischgas 4 gefüllt wird, muß deshalb angenähert dem Hubvolumen des Zylinders 1 entsprechen. Dadurch wird erreicht, daß keine oder zumindest keine nennenswerten Mengen Frischgas 4 in das Kurbelgehäuse 2 und dementsprechend kein oder keine nennenswerten Mengen mit Schmierölnebel durchsetztes Gas aus dem Kurbelgehäuse 2 in den Zylinder 1 und das Abgas 5 gelangen kann.In the cylinder unit shown in FIG. 1 in a schematic sectional view of a two-stroke internal combustion engine with an active piston underside, flushing slots and an arrangement according to the invention of impulse channel 7 , intake channel 8 and inflow channel 6 , the impulse channel 7 is the crankcase with the associated intake channel 8 and the inflow channel 6 connects and transfers the pumping action of the piston 3 in the crankcase 2 to the actual intake system of intake duct 8 and inflow duct 6 , arranged directly on the crankcase 2 in order to achieve a compact design. Since direct injection of the fuel is assumed, the intake duct 8 is designed without sudden cross-sectional changes, as are required when a carburetor is arranged. At the end of the intake duct 8 on the cylinder side, a streamlined, roof-shaped tongue valve is arranged as a check valve 9 , which only allows a flow of the fresh gas 4 , shown by an open arrow, in the direction of the cylinder and thus prevents backflow. The inflow channel 6 opens obliquely upwards into the cylinder 1 or the inlet slot 6 'in the cylinder liner. With this arrangement of intake, inflow and impulse channel, the following sequence of the intake and charging process results: If the piston 3 moves from bottom dead center UT to top dead center OT, an amount of gas corresponding to the stroke volume of cylinder 1 is released from the impulse channel 7 sucked into the crankcase 2 and about the same amount of fresh gas 4 in the impulse channel 7 . Due to the piston then running from TDC to TDC, the same amount of gas is pushed out of the crankcase 2 into the impulse channel 7 and the fresh gas 4 'is displaced and compressed from it as long as the inlet slot 6 ' is still closed by the piston 3 , since the check valve 9 prevents the fresh gas from flowing back into the intake duct 8 . After the inlet slot 6 'has been released, the purging process in the cylinder 1 can take place in the known manner with the precompressed fresh gas 4 '', for example as a so-called cross-flow, reverse, swirl-reverse, head or direct-current purging. Due to the piston going from TDC to TDC, the next intake process is that the gas quantity previously pushed out of the crankcase 2 is drawn in again. The volume of the impulse channel 7 is designed so that it is largely filled with fresh gas 4 after the suction process and can then take up the entire amount of gas expelled from the crankcase 2 by the downward movement of the piston from TDC to BDC, and the fresh gas 4 previously sucked in completely or at least almost completely displaced. The volume of the impulse channel 7 , which is alternately completely filled with gas from the crankcase 2 or fresh gas 4 , must therefore correspond approximately to the stroke volume of the cylinder 1 . This ensures that no or at least no significant amounts of fresh gas 4 can get into the crankcase 2 and accordingly no or no significant amounts of gas permeated with lubricating oil mist from the crankcase 2 into the cylinder 1 and the exhaust gas 5 .

Die durch das zusätzliche Volumen des Impulskanals 7 bedingte Vergrößerung des sogenannten Schadvolumens beim Verdichtungsvorgang kann durch eine Minimierung des Kurbelgehäusevolumens 2 zumindest zum Teil kompensiert werden. Darüber hinaus wird mit gasdynamisch abgestimmten Längen von Ansaugkanal 8, Einströmkanal 6 und Impulskanal 7 durch Massenwirkung und Schwingungen der Einströmvorgang in das Kurbelgehäuse 2 und den Einströmkanal 6 und damit die Füllung des Zylinders 1 entscheidend verbessert. Dazu ist die Länge und der Querschnitt des Impulskanals 7 so abgestimmt, daß durch die Saugwirkung des von UT nach OT gehenden Kolbens 3 die Gassäule im Impulskanal 7 beschleunigt, wobei die Saugarbeit in kinetische Energie und am Ende des Saugvorganges, wenn der Kolben 3 stoppt und seine Bewegungsrichtung umkehrt, diese in Verdichtungsarbeit umgesetzt und dadurch die Füllung des Kurbelgehäuses 2 und die Pumpwirkung der aktiven Kolbenunterseite entscheidend verbessert wird. Durch den Saugvorgang und die Beschleunigung der Gassäule im Impulskanal 7 wird auch eine Sogwelle entstehen, die vom Kurbelgehäuse 2 wegläuft und sich sowohl im Ansaugkanal 8 als auch im Einströmkanal 6 fortpflanzt. Die Sogwelle im Ansaugkanal 8 wird am Saugmund 8' negativ, d. h. als Druckwelle reflektiert, die Richtung Rückschlagventil 9 läuft. Da die Länge des Einströmkanals 6 entsprechend kürzer ist als die des Impulskanals 7, wird diese Druckwelle am Rückschlagventil 9 eintreffen, bevor die durch den abwärts von OT nach UT laufenden Kolben 3 und den damit eingeleiteten Verdichtungsvorgang entstehende Druckwelle dort eintrifft, und das Rückschlagventil 9 öffnen, wodurch Frischgas 4 in den Einströmkanal 6 und Impulskanal 7 strömen und die Füllung des Systems und damit des Zylinders 1 erhöhen wird.The increase in the so-called damaging volume during the compression process due to the additional volume of the impulse channel 7 can be at least partially compensated for by minimizing the crankcase volume 2 . In addition, with gas-dynamically coordinated lengths of intake duct 8 , inflow duct 6 and impulse duct 7, the inflow process into the crankcase 2 and the inflow duct 6, and thus the filling of the cylinder 1, is decisively improved by mass action and vibrations. For this purpose, the length and the cross section of the impulse channel 7 are adjusted so that the gas column in the impulse channel 7 is accelerated by the suction effect of the piston 3 going from UT to TDC, the suction work in kinetic energy and at the end of the suction process when the piston 3 stops and reverses its direction of movement, this is converted into compression work and thereby the filling of the crankcase 2 and the pumping action of the active piston underside is decisively improved. The suction process and the acceleration of the gas column in the impulse channel 7 will also result in a suction wave which runs away from the crankcase 2 and propagates both in the intake channel 8 and in the inflow channel 6 . The suction wave in the intake duct 8 becomes negative at the suction mouth 8 ', ie reflected as a pressure wave which runs in the direction of the check valve 9 . Since the length of the inflow channel 6 is correspondingly shorter than that of the impulse channel 7 , this pressure wave will arrive at the check valve 9 before the pressure wave resulting from the piston 3 running down from TDC to TDC and the compression process thus initiated arrives there and open the check valve 9 , whereby fresh gas 4 will flow into the inflow channel 6 and impulse channel 7 and increase the filling of the system and thus of the cylinder 1 .

Die Sogwelle im Einströmkanal 6 wird an dem durch den Kolben 3 verschlossenen Einlaßschlitz 6' positiv, d. h. als Sogwelle reflektiert, die Richtung Impulskanal 7 läuft und bei etwa gleicher Länge von Einström- und Saugkanal gleichzeitig mit der vorgenannten Druckwelle, die durch Reflexion der Sogwelle am Saugmund 8' entsteht, beim Rückschlagventil 9 eintreffen. Da die Sogwelle nicht wie die Druckwelle in der durch einen Pfeil angedeutete Strömungsrichtung des Frischgases 4 vor, sondern nach dem Rückschlagventil 9 anliegt, wird dadurch die Strömung des Frischgases 4 Richtung Zylinder 1 und damit dessen Füllung weiter verbessert. Durch die vorgenannten Nachladeeffekte im Kurbelgehäuse 2 sowie der Reflexionen der beim Ansaugvorgang entstehenden Sogwelle im Ansaug- und Einströmkanal wird insgesamt eine dynamische Aufladung erreicht und die Füllung des Zylinders 1 entscheidend verbessert.The suction wave in the inlet channel 6 is positive at the closed by the piston 3 inlet slit 6 ', that is as a suction wave reflected, the direction of pulse channel runs 7 and at about the same length of inflow and suction simultaneously with the above-mentioned pressure wave generated by reflection of the suction wave on Suction mouth 8 'arises, arrive at the check valve 9 . Since the suction wave is not present like the pressure wave in the flow direction of the fresh gas 4 indicated by an arrow, but after the check valve 9 , the flow of the fresh gas 4 in the direction of the cylinder 1 and thus its filling is further improved. As a result of the aforementioned reloading effects in the crankcase 2 and the reflections of the suction wave arising during the intake process in the intake and inflow channels, dynamic charging is achieved overall and the filling of the cylinder 1 is decisively improved.

Die in Fig. 2 schematisch dargestellte Ausführung zeigt eine Kombination der in Fig. 1 dargestellten Anordnung mit gasdynamisch abgestimmten Ansaug-, Einström- und Impulskanal und einem Abgasturbolader 10 mit Abgasturbine 11 und Kreiselverdichter 12 Das im Verdichter 12 verdichtete Frischgas 4 wird dabei im wesentlichen durch einen getrennten Einlaßschlitz oder mehrere getrennte Einlaßschlitze in den Zylinder 1 geführt und zu einem geringen Teil über das System mit Ansaugkanal 8, Einströmkanal 6 und Impulskanal 7 geleitet, damit dieses auch bei steigendem Ladedruck wirksam bleibt. Dabei wird dieses System so abgestimmt, daß es besonders bei niedrigen Drehzahlen und kleiner Last wirksam ist, wenn der Abgasturbolader 10 noch nicht genügend Ladedruck bzw. Frischgas 4 liefert. Zwischen dem Verdichter 12 des Abgasturboladers 10 und den direkten Einlaß in den Zylinder 1 ist in bekannter Weise ein Ladeluftkühler 13 angeordnet. Die Fig. 4 zeigt schematisch die Abzweigung des Einströmkanals 6 und des Impulskanals 7 vom Ansaugkanal 8 in der ein freilaufendes Zellrad 14 angeordnet ist, das eine Rücklaufsperre aufweist und sich nur im Uhrzeigersinn drehen kann. Damit ist eine Frischgasströmung nur vom Ansaugkanal 8 in den Impulskanal 7 und den Einströmkanal 6 sowie vom Impulskanal 7 in den Einströmkanal 6 möglich. Das Zellrad 14 erfüllt damit nicht nur die Funktion eines Rückschlagventils im Ansaugkanal 8, sondern die gleiche Funktion auch für den Impulskanal 7.The embodiment shown schematically in Fig. 2 shows a combination of the arrangement shown in Fig. 1 with gas-dynamically tuned intake, inflow and pulse channel and a turbocharger 10 having exhaust gas turbine 11 and a centrifugal compressor 12. The compressed in the compressor 12 of fresh gas 4 is in this case substantially by a separate inlet slot or several separate inlet slots in the cylinder 1 and to a small extent via the system with intake duct 8 , inflow duct 6 and impulse duct 7 , so that this remains effective even with increasing boost pressure. This system is tuned so that it is particularly effective at low speeds and low loads when the exhaust gas turbocharger 10 does not yet supply sufficient boost pressure or fresh gas 4 . A charge air cooler 13 is arranged between the compressor 12 of the exhaust gas turbocharger 10 and the direct inlet into the cylinder 1 in a known manner. Fig. 4 shows schematically the junction of the inflow channel 6 and the impulse channel 7 from the intake channel 8 in which a free-running cellular wheel 14 is arranged, which has a backstop and can only rotate clockwise. Fresh gas flow is thus only possible from the intake duct 8 into the impulse duct 7 and the inflow duct 6 and from the impulse duct 7 into the inflow duct 6 . The cellular wheel 14 thus not only fulfills the function of a check valve in the intake duct 8 , but also the same function for the impulse duct 7 .

Claims

1. Two-stroke internal combustion engine with crankcase pump with at least one cylinder unit, characterized by the combination of the following, partly known features:

a) the pumping action of the piston in the crankcase, ie the active piston underside, acts indirectly via a so-called impulse channel ( 7 ) on the actual intake system consisting of an intake channel ( 8 ) and subsequent inflow channel ( 6 ) without fresh gas being passed through the crankcase,
b) a check valve ( 9 ) is arranged in the intake duct ( 8 ) at its cylinder-side end, which prevents the fresh gas sucked back from flowing back into the intake duct.
c) the impulse channel ( 7 ) branches off in the direction of the cylinder immediately after the check valve ( 9 ),
d) the volume of the impulse channel ( 7 ) corresponds approximately to 0.8 to 1 times the stroke volume of the working cylinder in order to be able to take up the entire amount of fresh gas drawn in by the upward piston;
e) intake duct ( 8 ) and impulse duct ( 7 ) as well as the inflow duct ( 6 ) or the inflow ducts are designed as smooth ducts without abrupt changes in cross-section

2. Two-stroke internal combustion engine according to claim 1, characterized in that the lengths of the intake duct ( 8 ), impulse duct ( 7 ) and inflow duct ( 6 ) are matched in a known manner so that the periodic pumping action of the piston ( 3 ) in the crankcase ( 2 ) excited vibrations and mass effects of the fresh gas therein ( 4 ) support the inflow process into the cylinder ( 1 ) and bring about a significant improvement in the filling of the cylinder, for which purpose the impulse channel ( 7 ) is designed so that the mass effect of the is sucking the upgoing from BDC to TDC piston (3) accommodated in motion fresh gas mass in the impulse channel (7) reaches a recharging effect in the crankcase (2) and enhances the pumping action of the piston (3) after the movement direction of the piston in OT reverses, wherein first the suction work of the piston ( 3 ) into kinetic energy of the fresh gas ( 4 ) and this when stopping and moving gsum reversal of the piston is converted into compression work, and the lengths of the intake and inflow channels are coordinated so that, on the one hand, the portion of the suction wave that runs through the cylinder and runs into the inflow channel ( 6 ) reflects positively on the inlet slot still closed by the piston and the returning suction wave arrives at the non-return valve ( 9 ) at about the same time as the pressure wave that arises at the suction mouth ( 8 ') of the suction channel ( 8 ) due to negative reflection of the partial suction wave and this occurs due to the pressure difference, i.e. pressure wave in the flow direction before and suction wave after Check valve, opens and fresh gas also flows into the impulse and inflow channel before the pressure wave generated by the piston descending from TDC to TDC arrives, thereby reloading and charging and improving the filling of the cylinder.

3. Two-stroke internal combustion engine according to claim 1 or 2, characterized in that for Cylinder with two or more inlet slots on the inflow channel via aerodynamic Branches without significant cross-sectional jumps divided into corresponding subchannels becomes.

4. Two-stroke internal combustion engine according to one of claims 1 to 3, characterized characterized in that the intake duct is designed as a so-called intake manifold, with what can be varied during operation between at least two different lengths of the suction channel can,

5. Two-stroke internal combustion engine according to one of claims 1 to 4, characterized characterized in that the exhaust system in a known manner with diffuser and counter cone or Aperture designed and tuned for an optimal torque curve, so that by the suction wave arising in the diffuser and returning to the cylinder is the check valve opens again and thus fresh gas flows into the inlet system and the filling is improved.

6. Two-stroke internal combustion engine according to one of claims 1 to 5, characterized characterized in that the engine, in particular crankshaft bearings, crank bearings and Piston pin bearing is carried out with plain bearings and is lubricated with pressure oil.

7. Two-stroke internal combustion engine according to one of claims 1 to 6, characterized characterized that the piston is cooled with lubricating oil.

8. Two-stroke internal combustion engine according to one or more of claims 1 to 7, characterized in that in addition to the intake system with a crankcase pump Loader is arranged.

9. Two-stroke internal combustion engine according to claim 8, characterized in that the additional supercharger is connected upstream of the intake system with crankcase pump (Series connection).

10. Two-stroke internal combustion engine according to claim 8, characterized in that the additional superchargers parallel to the intake system with crankcase pump and the fresh gas partly via separate inflow channels and inlet slots and partly via the Intake system according to one of claims 1 to 3 in the cylinder (series Parallel connection).

11. Two-stroke internal combustion engine according to one of claims 8 to 10, characterized characterized in that an exhaust gas turbocharger is used as an additional charger.

12. Two-stroke internal combustion engine according to one of claims 8 to 10, characterized characterized in that a pressure wave charger is used as an additional charger.

13. Two-stroke internal combustion engine according to one of claims 8 to 10, characterized characterized in that a mechanically or electrically driven as an additional charger Compressor is used.

14. Two-stroke internal combustion engine according to one of claims 1 to 13, characterized in that as a protection against backflow of fresh gas ( 4 ) in the intake duct ( 8 ) at the merging of intake, pulse and inflow channel a free-running, equipped with a backstop Cell wheel ( 14 ) is arranged so that only a flow of intake into the impulse or inflow channel and from the impulse channel into the inflow channel permits and thus also prevents a backflow of fresh gas from the inlet into the impulse channel.

15. Two-stroke internal combustion engine according to one of claims 8 to 14, characterized in that a so-called charge air cooler ( 13 ) is arranged after the charger and before the entry of the pre-compressed fresh gas into the cylinder.