DE2250170A1 - Verbesserter zweitaktmotor - Google Patents

Description

DIPL.-ING. C. STOEPEL · DIPL.-ING. W. GOLLWITZER · DIPL.-ING. F. W. MOLL

674 I₁ANSAITAPEAXz · AM SCnÜTZEBTHOF

THL. 0 63 21/3000,6035 · TELEX 453333

12. Oktober 1972 N ATELIERS DE LA M0T03ECANE, Pantin, Frankreich

"Verbesserter Zweitaktmotor"

Die Erfindung hat einen verbesserten Zweitaktmotor mit Direkteinspritzimg zum Gegenstand, mit welchem einerseits eine praktisch vollständige Verbrennung des Brennstoff-Luftgemisches und damit eine nur sehr geringe Verunreinigung der Atmosphäre und andererseits eine sehr starke Verbrauchsreduzierung erreicht worden kann. Die Schmierung erfolgt getrennt.

Das Rpülsystem dieses Motors benutzt bekannte Verfahren nach Schnürle mit einem flachen Tfolben, bei dem die Trennung zwischen dem Frischgas und dem verbrannten Gas während des Spülens nicht über ein statisches Hindernis, welches beispielsweise ein Ableitblech sein könnte, erfolgt, sondern aufgrund der Tatsache, daß die Verbindungskanäle, mindestens z^7fii an der Zahl, ihre Flüsse symmetrisch bezüglich der diametralen Ebene des Zylinders leiten, welche durch die Achse der AuspuffÖffnung verläuft, wobei diese Ebene im folgenden"Zylindersymmetrieflache" genannt wird, so . daß sie an einem Punkt "P" der Evolvente des Zylinders, welche diametral entgegengesetzt zur Evolvente durch das Zentrum des Auspuffs ist, konvergieren. Die Frischkäse strömen dann in den Zylinderkopf und treiben die Altgase vor sich her, wobei eine Schleife analog zu

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derjenigen beschrieben wird, die sie un einen Ableiter herum durchlaufen würden.

Insbesondere bezieht eich die Erfindung auf eine besondere Anordnung der Verbindungskanüle, bei der die Verbindungskanäle klassischer Art mit einem besonderen Ililfs-Einspritz-Verbindungskanal verbunden werden, ^er sich von den anderen unterscheidet und kleineren Durchmesser hat und die Brennstoffeinspritzung in seinem oberen Teil einschließt.

Erfindungsgomäß wird der genannte klein« Ililfs-Verbindungskanal gegenüber der Auspufföffnung angeordnet, wobei diese Anordnung für die Gemischhomogenität günstig ist, welche eine der klassischen notwendigen Bedingungen für eine gute Verbrennung ist, des weiteren im wesentlichen in der Syriuetrieebene des Zylinders. Es ist verständlich, daß, ι:α dieses homogene Gemisch zu erhalten, d. h. ein Gemisch, welches in all seinen Teilen identisch ist und dementsprechend eine Unendlichkeit von Symmetrioebenen aufweist, es am Anfang günstig ist, eine zu groCe IJnSymmetrie in der Architektur des Zylinders zu vermeiden. Die eobildete Anordnung ist derart, daß Verformungen im wesentlichen symmetrischer Art in der gesauten Zylinder-Kolben-Einheit gegeben sind.

Nach einem weiteren Erfindungsmerkmal wird der Ausgang des kloinen HiIfsverbindungükandis schräg zu einem Punkt "p" gelenkt, der vertikal über dem Auspuff liegt.

Unter diesen Bedingungen wird der Kraftstoffst der von der Einspritzpumpe zerstäubt wird, und der von der Luft, aus dem kleinen Ililfsverbindunaskanal umschlossen wird, wobei diese Luft "Primärluft" ge nannt wird, mehr oder weniger senkrecht auf den

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LirftT/croicli treffen, der aus den nornalen Spill— kanälen kommt, wobei man diese Luft "Sekunrlär-InIt" nei.i.cn kann. Der Sokundäi-luitstrom, der rein \y,:r;. brennstoff frei und sehr viel stärker η Ig der Primärluftstrom mit Erennstoff ist, wird clso letzteren zun oben definiei-ten Punkt "P" πιπί c it cn.

Eo wird dor lira ftstöff strahl aus der Einspritzpumpe eine er3tc Verdünnung in der Primärluft erfahren, bei seinen Auftreffen auf die Sekundärluft wird die brennbare Mischung unter bestmöglichen Bedingungen geschaffen.

Außerdem bildet der kleine Hilfsverbindnngskanal einen sekundären Emulsionsverbinaungskanal, der zur Verbesserung der Zerstäubung des flüssigen Kraftstoffes und ziu" Reinigung eier Hase der Einspritzpumpe bostir.11.it ist.

■Erfindungsgßiiii'.C erfolgt das Einspritzen des Kraftstoff es cr^t nach einer gewissen Zeit, nachdem die normalen Gpülkanäle begonnen haben zu arbeiten, so daß die zuta ? unlit ρ hin eingespritzte Kraftstoff menge einen fast senkrechten Vorhang aus roiner Luft antrifft, Uü. dann zuiu Punkt P weitergeleitet zu werden.

Aus dem Vorstehenden ereibt sich, daß erfindunesgomäß das Spülen des Zylinders durch Frischluft nach Zeit und nach Raum einerseits und die Einspritzung von Kraftstoff andererseits getrennt werden.

Diene zeitliche Trennung könnte sich auch dadurch ergeben, uG.; eine Einspritzpumpe in den normalen SpUlkanäleii angeordnet wird. Aber die Zerstäubung der mischung wäre dann nicht gesichert, da die Luft- und IZraftstoffotrörae koaxial und in gleicher Richtung verlaufen, während der kleine Ililfsverbindungskanal für die

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Einspritzung nach der Erfindung die Ausbildung von zwei iu wesentlichen senkrecht zueinander verlaufenden Strömen ermöglicht, d. h." des Priuiirluftstroms mit Kraftstoff einerseits und des SekundärluftStroms andererseits.

Nach einer bevorzugten Ausführungsforui der Erfindung öffnet sich der kleine Eilfseinspritzkanal, (der nach Öffnung des Auspuffes geöffnet wird, was iu übrigen selbstverständlich ist und dann auch noch den Kopf der Einspritzpumpe gegen die Explosionsflamraenfront schützt), bevor sich alle anderen normalen Verbindungslcanäle öffnen.

Bei Anwendung der Erfindung auf einen klassischen Motor uit KolbeneinlaOsteuerung ist die Einlaßöffnung im Zylinder vorgesehen. Sie ist vorzugsweise, wie bereits angegeben, und aus ^yumctriegründen gegenüber der Auslassöffnung angeordnet, d. h. auf der gleichen Evolvente wie dei~ kleine Hilfsverbindungskanal. Aber dann muß sich die untere öffnung dies kleinen Ililfskanals unterhalb der Höhe der Einlaßöffnung, befinden. Uu diese Inlioupatibilität zu vermeiden, wird erfinciungsgcmäß entweder ein kleiner Ililfskanal vorgesehen, der sich in zwei symmetrische Arme unterteilt, welche bcidscits der einzigen Einlaßöffnung angeordnet sind und sich an ihrem oberen Teil wieder vereinigen oder aber zwei symmetrische Einlaßleitungen, die beiderseits des kleinen Ililfsverbindungskanals angeordnet werden und in zwei Einlaßöffnungen Künden. Letztere Anordnung ist vorzuziehen, denn sie sichert eine gute Kühlung der Einspritzpumpe, die so von zwei'Einlaßleitungen eingeschlossen wird. Jedoch wird nach einer bevorzugten Aucführungsvariante dor Ililfsverbindungskanal durch ein einfaches Rohr mit kleinem Querschnitt im wesentlichen in Vertikalrichtung gebildet, welches diametral das Einlaßrohr durchschneidet und den Innenraum des Kurbelgehäuses uit einer Kammer verbindet, in der die Einspritzpumpe liegt.

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Bei einer vereinfachten Auexülirnngsxoriii ist nur eine Einlaßöffnung vorhanden, wobei eier !deine Hilfßverbindungskanal ebenfalls nicht verdoppelt; ist,_: wobei dann Öffnung und Kanal in einem bestimmten Winkel zueinander angeordnet sind.

Ein weiterer Vorteil der Anordnung des kleinen Ililfskanals gegenüber der Auslaßöffnung liegt in den Umstand, daß damit die Herstellung von L'elirzylinderuiotoren mit direkt gegenüberliegenden Zylindern erleichtert wird.

Nur eine elektronische Steuerung gestattet es, ein« genügend kurze Einspritzzeit mit genügender Präzision zu verwirklichen, was für das gute Funktionieren dieses lilotors unerlcißlicli ist. Dei" erfindungsgenllße Motor wird also eine elektronische Einspritzung halben.

T)ie öffnung der Einspritzpumpe liegt in der Kühe des unteren Totpunktes nach der Öffnung der normalen Ver-Miiuungsl:ana.le, wie oereits angegeben. Natürlich wird sich je nach Belastung der SchließBunkt der Einspritzpumpe ändern.

"eitere Merkmale der Erfindung und der durch dioselöe erzielten Vorteile ergeben sich aus der nachstehenden Beschreibung der beigefügten schematischen Zeichnungen. Es sind

Fig. 1-4 Schemata mit vier sukzessiven Phasen

des Arbeitszyklus dea Llotors bei einer bestiiumten Ausfiüu"ungsform,

Fig. 5 ein Axialschnitt mit Zylinderkolbon, und Einspritzpumpe dieses Uotors,

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^vig. G ein Querschnitt durch Fig. ΰ, wobei die Einspritzpumpe schematise!! dargestellt ist,

Pig. 7 eine Abwicklung der Innenwand des

Zylinders bei einer bestimmten Auslühruncsform,

Fig. 0 eine analoge Mnvicklung einer anderen Ausffihrungsioru und

Fig. 9 ein Axialcchnitt eluroh die bevorzugte Aas:iiihrungsform wie oben beschrieben.

In den Figuren ί bis 4 sind uit 1 dor Zylinder, ;,:it 2 die IColbciiobersoite, r.:it ¹Tn die beiden normalen, diametral gegenüberliegenden ICa na !öffnungen, uit Ti die Öffnung des kleinen Hilfscinspritzkanals .naοIi der Erfindung, '.:iit 1 die Einspritzpumpe und ;:;it Ξ die AiiGlalJüXInung bezeichnet .

In Fig. i, die der.i Ende der Ezplosionsphacjc entspricht, überdeckt der herunterkönnende Kolben noch völlig den Schlitz Ti soivie die beiden Schlitze Tn und das Ausblasen der verbrannten Gase G,durch den Schlitz E beginnt, llie noch durch den Kolben abgedeckte Einspritzpumpe I ist vor den heißen Gasen gut geschützt.

In Fig. 2 senkt sich der Kolben weiter und hat den AuslaCschlitz E weiter geöffnet und teilweise die beiden Spiilöffnungcn Tn sowie die üii'nung Ti freigegeben, wonit dos EinstrbV.cn seiner PriuMrluit Ap in den Zylinder möglich wird, deren Strou aufgrund der Ausrichtung des kleinen Ililisvorbindungskanals zu einen l'unk!, ρ geleitet wird, der senkrecht über dcu Auslalisclili i:' E liegt, Jio normalen Verbindungskanillo sind ihrerseits so ausgerichtet, daZ der SokuiidllrlUxtstron As konvor^iert, dor von den Grünlingen Tn einströut und schr.'g zu de;; oben

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Goi'ii:iorLeu punlit P geleitet wird. Der Sekundärluft— ctron Ak Ieniet so den Priaiiriuftc-tron Ap nach, hinten ab und schafft hinter öen verbrannten Gasen G einen Luftschirm aus Ag + Ap₁ wobei dieser Schirm die Trennung vom verbrannten Gas und von der brennbaren Mischung sicherstellt. Diese Phase des Spülans erfolgt also ausschließlich mit reiner Luft, da die Einspritzpumpe I noch geschlossen ist.

Erst, spater, wie Fig. 3 zeigt, beginnt die Einspritzpumpe I mit der Zerstäubung des ILraftstofffes C im PricüirluftGtroji Ap, welcher bereits aufgebaut ist. Die l.rischung trifft den sehr viel größeren Sekundärluftstroia As, der eine Ableitung vorninmt und zua Punl:t P hinleitet, d. h. nach oben itt Zylinder und weg vom Auslaßschlitz E, woiait eine vollständige Füllung des Zylinders nit brennbarer Mischung erfolgt, während die verbrannten Gase weiterhin den Zylinder verlassen.

In Fig. 4 schließt sich die Einspi-Atzpurape I gerade und sämtliche Schlitze Tn und Ti sind noch offen.

Die besten Ergebnisse werden übrigens mit einer Einspritzpumpe erzielt, deren Zerstäubungswinkel in der Größenordnung von 30 ° liest.

Die ^v'ig, 5 und G zeigen eine Ausführungsfora des erfindungsgeitöß verbesserten Zweitaktmotors, Abgesehen von den normalen Spülkanalen Tn, dsm kleinen wilfseinspritzkönal Ti und der AunlaHleitung E werden hier die beiden Luftleitungen A cezeigt, die orfindungsgecuiß bciderf-oilc der Einspritzpumpe I verlaufen und in den Zylinder in ^porr.i von zwei syunetrischen Schlitzen A 1 uiHl A 2 münden.

ⁿcr Schi it ' i-u Kolben 3, '.velclier nit den kleinen Hilfsvoibiiu¹uan"^Qii2l Ti zur ^Abaookun»t bzw. Freilegung desselben ; i::.:n:.iuienv7iri;t, ist nit L bezeichnet.

Die Fi:/,:.jr-.i 7 und 0 stellen GcliO'.iatisch die Abwicklungen el·.;; ''/Jiiiaors u; zwei nöglithen Verianten d«r. BADORIGiNAL

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In diesen Figuren ist eier senkrechte Abstand zv/ischen eier Oberkante der normalen Verbiifjr.ßssclilitze Tii und der oberen IZa nt ο dos Auslaßschiitzos E uit a bezeichnet, der senkrechte Alistand zwischen der oberen Kante des Iiilfsverbindmigsschlitzes Ti und der Oberkante des Auslaßschlitzes E ist mit b eingetragen.

!.lan sieht in der Figur 7, daß dort a^>b, während in der Figur ε a ^b ist.

D ο um nt sprechend wird nach Fig. 7 die Triinärluft Ap vor der Sekundärluft As eingespritzt,und die Einspritzung erfolgt noch der Sekundärluft in Fig. 0.

Es ist dfvon auszugehen, daß iu crsteron Fall die Heranführung der erforderlichen Dosis an zerstäubten kraftstoff au besten durch dnn ^riuiürltiftotron sichergestellt wird, der seit einer beträchtlichen Zeit aufgebaut '.viii-de.

Andererseits ist zu sehen, daß in Fig. 7 die beiden Schlitze A i unC. A 2 beiderseits des kleinen Hilfsverbindungskaiials Ti angeordnet sind. Eine vollständige Synnetrie der Anordnung der Schlitze ist hier sichergestellt und die Einspritzpumpe I kouat in den Genuß einer wirksamen Kühlung.

IJach der Variante in Fig. 3 ist die Anordnung uugekehrt. Der kleine Ililfsverbinduntrskanal Ti wird verdoppelt, uu zwei Abschnitte zu bilden, xvelche den einzigen Einlaßschlitz A umschließen·

V/ie oben schon bemerkt wurde, können bei einer vereinfachten Ausführungsform der kleine «llfsvfirbindungskanal und der Einlaßschlitz zuoaunenfallen, wobei ^cchlitz mid Kanal dann in einen leichten "'inkcl zueinander vorlaufen.

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Bei der bevorzugten, in ^pig. 9 dargestellten Ausfuhr ungs form wird dor Iiilfsverl)indimgs!:«nfll einfach durch Qin «it T 2 bezeichneten Rohr kleinen Durchmessers gebildet, welches diametral das Einlaßrohr A durchquert und das·Innere dos Kurbelgehäuses mit einer Kacraer verbindet, in der die Einspritzpumoo T liegt und die in den Z?/linder nündet. Das Iiohr T 2 kann ganz einfach mit Pressitz in eine ^ohrunc der Zylinderwand eingeschoben werden, wodui'ch die Herstellung sehr wirtschaftlich wird« "s kann vertikal, d. h, parallel zur Zylinderachse oder aber leicht schräg zu dieser Achse verlaufen, wie Fii*, 9 zeigt.

Die beschriebene und dargestellte Anordnung verhindert einerseits die Verunreinigung der Frischgase durch verbrannte Gase und verbessert das Spülen des Zylinders, eine fast vollständige Verbrennung des Gemisches wird sichergestellt. Dies bewirkt einerseits eine beträchtliche Kraftstofferflpanii3 und andererseits eine Verringerung der Verunreinigung der Atmosphäre, die normalerweise durch unvollständig verbrannte Gase entsteht.

Diese entscheidenden ^wrgobnisse wurden durch praktische Versuche belegt, die fo'jger'des Ergebnis gebracht h*»ben: Der Anteil der nicht verbrannten Gase in Auspuff beträgt nur 1 bis 2/1000. Der Anteil an ICohlcnraonoxyd in den Ausüuffgasen liegt in der Größenordnung von 1 $· Der spezifische Verbrauch liegt in der Größenordnung von 200 bis 230 Gramm pro Po-Stunde anstatt von 400 Gramn, d. h., er wird nahezu halbiert.

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Claims (8)

1. Ct " VJ

   ι; t a r« s ■> r ;i c k ο

   Zwoitaktno«or mit zwei norna 1er Cpillkan.lon in symmetrischer Anordnung zur Dia ac trclobono dos Zylindern, welche sich durch die I.Iitto des Ausla.^schlit- · zo π erstreckt und in devi dio Ga s.^r;ti"ör:c an cincu ?unkt ? konvergieren, v/elclior aivZ der diauotral Ontgocon^cGotctcn Evolvente zu derjenigen der Mittellinie dos AuslaijGclilitzos lie^t, d a d ti r ο Ii g c 1: ο η η ζ c i c h not , daß zusätzlich zu dicaen nornalen SpüliianL'.lcn (Tn) ein besonderer Ililiü-Einspritz-Spällianal (Ti) vorgesehen ist, der einen kloineren Querschnitt aufweist, £o&onToor dou *UGlaßüclilitz (E) liegü und seinen Gasstron zu cincu Tunkt (p) loiter, der ungefähr der Evolvcvitc goecniiüorliegt, auf der der Punkt (?) liegt, el. h. senlireclit Ul)or den Ausla^cchlitz (E), wobei der kleine Ililisliar.al (¹Ti) dci\ Kopf einer Uins')ritapur.ipo (l^) aufniiüiut, \7elcho auf der Achse des Punktes (ρ) liegt,
2. 2.) L'otor nach Anspruch 1, dadurch gokoiinaoiohnoi, da:" der Einsatzjeginn der Einspritzpuripo (l) nach dar üffnung suair.dest einiger der' normalen SpülkaiiiLle (Tn) 'liegt.
3. 3.) Motor nach Anspi-«ch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der üffnungszeitpunkt dos kleinen Ililfs-Einspritz-Cpiilkanalß (Ti) zur Lüfteinführunß vor demjenigen aller normalen Spülkanüle (Tn) liegt.
4. 4.) Motor nach Anspruch 1 und 2 uiit eineu zucMtzlickon kolbongesteuerton, lclassischen Luftoinla.i, dadurch gekennzeichnet, da Ti zwei Kinialirohro (A) und zwei UinlaC-Schlitze (Al, A2) vorgesehen sind, welche symmetrisch zur Zylindcrajrialc.jcne liegen und boidßciis dos Schlitzes (Ti) des kleinen Ililfs-Einspritz-Spülkanals angeordnet sind.

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5. 5.) Motor nach Anspruoh 1 und 2 mit einom zusätzlichen kolberigcr;t euer ten, klassischen Lufteinlaß, dadurch gekennzeichnot, daß. dei* kleine Ililfsvorblndungokanol (Ti) in seinen unteren Teil zwei Arme bildet, welche beiclseits dos Einln.'-Schlitzes (A) angeordnet sind, wobei der Kanal nach oben in einen einzigen Schlitz,(Ti) mündet.
6. G.) Motor nach Anspruch 1 und 2 mit vom Kolben gesteuerten klassischen Lufteinlaß, dadurch gekeimzeichnet, daß in Vero?..nfachung der Ausführung sowohl der Einlaßschlitz (A) als auclj der kleine Hi Ii s verbindung ska na 1 (Ti) einfach und nicht verdoppelt ist und der Einla.ßschlitz (A) und der kleine Ililfskanal (Ti) in einem leichten Winkel zueinander angeordnet sind.
7. 7.) Motor nach Anspruch i und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Winkel an der Spitze dee Zerstäbungskonus der Einspritzpumpe ungefähr 30 ^c beträgt.
8. 8.) Motor nach Anspruch 1, 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Ililfskanal auis einem einfachen ^pohr (T2) kleinen Durchmessers gebildet ist, welches im wesentlichen vertikal verläuft, diametral des EinlaDrohr (A) durchquert und den Inr.enraun des Kurbelgehäuses mit einer Knnicor verbindet, in der die Einspritzpumpe liegt.

   0.) Motor nach Anspruch.8, dadurch gekeimzeichnet, daß die Achs ο des Itohrs (T2) leicht schräg zur Zylinderachse verläuft.

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