DE2361177C3 - Zweitakt-Brennkraftmaschine mit Haupt- und mit Hilfsverbrennungskammer - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Zweitakt-Brennkraftmaschine mit Kompression im Kurbelgehäuse und mindestens einem Zylinder, über dessen Kolben eine Hauptverbrennungskammer gebildet ist, die über einen vergleichsweise mageres Kraftstoff-Luft-Gemisch itur Hauptverbrennungskammer leitenden Hauptüberströmkanal mit dem Kurbelgehäuse verbunden ist, mit einer eine Zündeinrichtung enthaltenden Hilfsverbrennungskammer, die mit der Hauptverbrennungskammtr über einen Flammkanal verbunden ist, einem an eine Vorrichtung zur Bildung von vergleichsweise fettem Kraftstoff-Luft-Gemisch angeschlossenen, mit dem Kurbelgehäuse in Verbindung stehenden Hilfsüberströmkanal, der mit einem Ende an den Eintritt der Hilfsverbrennungskammer angeschlossen ist, und einem

ίο diesen Eintritt beherrschenden Hilfseintrittsventil.

Bei einer Brennkraftmaschine dieser Art wird Kraftstoff-Luft-Gemisch in das Kurbelgehäuse eingeführt und bei Abwärtsbewegung des Kolbens komprimiert, so daß es über den jeweiligen Überströmkanal in

die Hauptverbrennungskammsr bzw. die Hilfsverbrennungskammer gedrückt werden kann. Dabei besteht das Problem, insbesondere das der Hilfsverbrennungskammer zugeführte Gemisch genau und wirksam zu steuern. Um einen guten Wirkungsgrad zu verwirklichen, sollte

die Kompression im Kurbelgehäuse, durch die das abgemagerte Gemisch der Hauptverbrennungskammer zugeführt wird, möglichst auch zur Überleitung angereicherten Gemischs in die Hilfsverbrennungskammer ausgenutzt werden. Das im Kurbelgehäuse

vorhandene Gemisch hat aber eine gleichmäßige Zusammensetzung, und das Problem besteht darin, einerseits ein angereichertes Gemisch der Hilfsverbrennungskammer und ein abgemagertes Gemisch der Hauptverbrennungskammer in genauer Bemessung zuzuführen.

Bei der Brennkraftmaschine nach der DT-OS 15 76 028 wird dieses Problem dadurch gelöst, daß nur Luft in das Kurbelgehäuse geführt und dann bei der Bewegung dieser Luft durch die Überströmkanäle zur

Hilfsverbrennungskammer und zur Hauptverbrennungskammer Kraftstoff in die Strömung zur Hilfsverbrennungskammer eingespritzt wird, so daß ein für diese geeignetes Gemisch entsteht. Gleichzeitig wird ein Teil dieses Gemisches zurück in die zur Hauptverbrennungskammer strömende Luft geführt, so daß ein mageres Gemisch für die Hauptverbrennungskammer entsteht. Die Maschine kann hinsichtlich des Zeitpunktes und der Stelle der Kraftstoffeinführung so gesteuert werden, daß der Kraftstoff vor der Luft in die jeweilige Verbrennungskammer eingeführt wird. Ferner ist es möglich, der Hauptverbrennungskammer den Kraftstoff auch nach der durch die Kompression im Kurbelgehäuse transportierten Luft zuzuführen. Diese beiden Arten der Gemischbildung ermöglichen jedoch eine Dosierung und Steuerung der Gemische nur unter erhöhtem mechanischem Aufwand, denn es müssen separate Einstellelemente für die den beiden Verbrennungskammern zugeführten Gemische vorgesehen sein. Die beiden Verbrennungskammern müssen ferner mit sehr unterschiedlichen Gemischmengen gespeist werden, und es kann außerdem erforderlich werden, innerhalb des Betriebsbereichs der Maschine das Verhältnis zwischen diesen Gemischmengen oder die jeweilige Gemischkonzentration zu ändern. Da bei der bekannten Maschine insbesondere in der Hauptverbrennungskammer grundsätzlich eine getrennte Zuführung von Luft und Kraftstoff erfolgt, können die Anforderungen hinsichtlich genauer Dosierung und eingehender Durchmischung der Gemischbestandteile praktisch nicht erfüllt werden, obwohl eine mechanisch aufwendige Steuerung vorgesehen ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Genauigkeit der Steuerung und die Dosierung der

Gemische zu verbessern und eine Verfälschung durch gegenseitige Beeinflussung unterschiedlich angereicherter Gemische vor deren Eintritt in die Verbrennungskammern unter möglichst geringem Aufwand zu vermeiden.

Diese Aufgabe wird für eine Brennkraftmaschine der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das vergleichsweise magere Kraftstoff-Luft-Gemisch dem Kurbelgehäuse zugeführt wird, daß eine Seite einer Druckkammer zum Kurbelgehäuse hin geöffnet und ihre andere Seite mit dem anderen Ende des Hilfsüberströmkanals verbunden ist und daß die Vorrichtung an den Hilfsüberströmkanal an einer Stelle zwischen dem Eintritt der Hilfsverbrennungskammer und der Druckkammer angeschlossen ist.

Durch die Erfindung ist es möglich, die Kompression im Kurbelgehäuse zur Zuführung der Gemische in beide Verbrennungskammern auszunutzen und dabei separate Vergaser einzusetzen. Der eine Vergaser liefert abgemagertes Gemisch in das Kurbelgehäuse, der andere angereichertes Gemisch in einen Kanal, der mit der Hilfsverbrennungskammer in Verbindung steht. Dieser Kanal ist an das Kurbelgehäuse über eine Druckkammer angeschlossen. Wenn sich der Kolben aufwärts bewegt und das abgemagerte Gemisch in das Kurbelgehäuse geführt wird, so wird angereichertes Gemisch in den Kanal für die Hilfsverbrennungskammer geführt. Dieses angereicherte Gemisch gelangt jedoch nicht in das Kurbelgehäuse, da die Druckkammer vorgesehen ist. Wenn der Kolben abwärts bewegt wird und das abgemagerte Gemisch in die Hauptverbrennungskammer gelangt, so wird dann ein angereichertes Gemisch durch den genannten Kanal in die Hilfsverbrennungskammer befördert. Dadurch ist es möglich, die beiden den Verbrennungskammern zügeführten Gemische individuell und genau zu steuern.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden anhand der Figuren beschrieben. Es zeigt

F i g. 1 einen Vertikalschnitt der erfindungswesentlichen Teile einer Zweitaktmaschine und F i g. 2 den Schnitt 2-2 aus F i g. 1.

In den Figuren ist eine Brennkraftmaschine E mit einem Zylinderkopf 1 dargestellt, der teilweise eine Hauptverbrennungskammer 2 bildet. Ein Zylinderblock 5 enthält einen Zylinder 4, in dem ein Kolben 3 angeordnet ist, dessen obere Fläche eine Wandung der Kammer 2 bildet. Im unteren Teil des Zylinderblocks 5 ist ein Kurbelgehäuse 7 vorgesehen, in dem in üblicher Weise eine Kurbelwelle 6 gelagert ist. In dem Zylinderblock ist ein Hauptüberströmkanal i\ angeordnet, der das Kurbelgehäuse 7 mit dem Zylinder verbindet und an seinem oberen Ende eine öffnung bildet, die als Hauptzuführungsöffnung 9 bezeichnet ist. Es sei darauf hingewiesen, daß das öffnen und das Schließen der Hauptzuführungsöifnung 9 durch die Stellung des Kolbens 3 bestimmt ist, so daß der Überströmkanal 8 mit dem Kurbelgehäuse 7 dann in Verbindung tritt, wenn der Kolben 3 sich seiner untersten Stellung nähert. Während dieser Zeit wird auch ein Abgaskanal 10 geöffnet, so daß die verbrannten Gase eines vorherigen Verbrennungsvorganges durch den Abgaskanal 10 austreten und durch einen Auspuff 11 geführt werden können. Das Innere des Zylinders wird durch die Einführung des Kraftstoff-Luftgemischs aus dem Kurbelgehäuse 7 gereinigt. Dieses Gemisch gelangt durch den Kanal 8 in den Zylinder, wenn das Eintrittsventil 9 geöffnet wird. Ein Haupteintrittskanal (Hauptzuführungskanal) 13 ist mit dem Zylinderblock 5 verbunden und steht mit dem Inneren des Kurbelgehäuses 7 über ein Haupteintrittsventil 12 in Verbindung, das als Einwegventil ausgebildet ist. Das andere Ende des Hauptzuführungskanals J3 ist mit einem Hauptvergaser 14 verbunden. Der Hauptvergaser 14 hat ein Drosselklappenventil 23, eine Luftklappe 24 und ein Luftfilter 25.

Der Zylinderkopf 1 enthält eine Hilfsverbrennungskammer 2', die mit der Hauptverbrennungskammer 2 über einen Flammkanal oder eine sogenannte Flammdüse 15 in Verbindung steht. Die Zündkerze 16 ragt mit ihren Elektroden nicht in die Hauptverbrennungskammer 2, sondern sie ist in der Hilfsverbrennungskammer 2' angeordnet. Ein Hilfsüberströmkanal 8' verläuft durch den Zylinderkopf 1 und steht mit einem Ende mit der Hilfsverbrennungskammer 2' in Verbindung. Ein Hilfseintrittsventil 9' ist an der Stelle vorgesehen wo der Kanal 8' in die Kammer 2' eintritt. Das Ventil 9' wird durch einen Nocken 17 betätigt, der durch die Kurbelwelle 6 angetrieben wird. Das Ventil wird während der Spülungshübe der Maschine geöffnet. Ein Einwegventil 18 ist im Kana! 8' angeordnet und verhindert eine Rückströmung in diesen Kanal zu einem noch zu beschreibenden Zweck. Im Zylinderblock 5 verläuft der Hilfsüberströmkanal 8' zum Kurbelgehäuse 7 über eine Druckkammer 19, die einen vergrößerten Durchmesser und ein Volumen hat, das größer als das Volumen der Hilfsverbrennungskammer 2' ist. Zwischen der Druckkammer 19 und dem Einwegventil 18 ist ein Hilfszuführungskanal 13' an den Kanal 8' über ein Einwegventil 12' angeschlossen. Der Zuführungskanal t3' ist mit einem Hilfsvergaser 14' verbunden, der eine Drosselklappe 23' enthält. Der Hauptvergaser 14 und der Hilfsvergaser 14' sind als eine Einheit ausgebildet und so aufgebaut, daß der Hauptvergaser 14 ein relativ mageres Kraftstoff-Luftgemisch erzeugt, während der Hilfsvergaser 14' ein relativ fettes Kraftstoff-Luftgemisch erzeugt. Die Druckkammer 19 ist in mehrere kleine Kanäle 22 aufgeteilt, die durch ein flaches Element 20 und ein gewelltes oder zickzackförmiges Element 21 gebildet sind. Diese beiden Elemente sind aneinandergelegt und zu einer Spirale aufgerollt, wie es in F i g. 2 dargestellt ist. Die Funktion dieser Vielzahl kleiner Kanäle 22 wird noch beschrieben.

Während des Betriebs der Maschine bewegt sich beim Kompressionshub der Kolben 3 aufwärts, und der Druck in dem Kurbelgehäuse 7 und in der Druckkammer 19 wird verringert. Dabei wird in das Kurbelgehäuse 7 über den Hauptzuführungskanal 13 das relativ magere Kraftstoff-Luftgemisch des Hauptvergasers 14 eingeführt. Gleichzeitig verursacht der abnehmende Druck im Kurbelgehäuse 7 eine Einführung des relativ fetten Kraftstoff-Luftgemischs des Hilfsvergasers 14' über den Eintrittskanal 13' in die Druckkammer 19 an dem Einwegventil 12' vorbei. Wegen des größeren Volumens der Kammer 19 und des in dem Eintrittskanal 13' vorhandenen Strömungswiderstands sowie wegen der begrenzten Menge fetten Gemischs, das durch den Hilfsvergaser 14' erzeugt wird, fließt das Gemisch in die Kammer 19 und in die Kanäle 22, jedoch nicht weiter in das Kurbelgehäuse 7. Durch das relativ große Volumen des in das Kurbelgehäuse 7 über den Hauptkanal 13 eingeführten Gemischs tritt ein Teil des mageren Gernischs in den unteren Teil der Kammer 19 ein. Die Trennplatten 20 und 21, die die kleinen Kanäle 22 bilden, begünstigen die Trennung der beiden Gemische voneinander, so daß sie nicht wesentlich miteinander vermischt werden.

Bei der Verbrennung, durch die der Kolben 3 seine Abwärtsbewegung beginnt, komprimiert er das Gemisch im Kurbelgehäuse. Wenn er eine untere Position erreicht, so wird das Haupteintnttsventil 9 und der Abgaskanal 10 geöffnet, und das komprimierte Gemisch des Kurbelgehäuses 7 tritt in den Zylinder über den Überströmkanal 8 ein. Dadurch werden die verbrannten Gase der vorherigen Verbrennung durch den Abgaskanal 10.herausgedrückt. Gleichzeitig wirkt der Kompressionsdruck im Kurbelgehäuse auf die Kammer 19 ein, und das Hilfseintrittsventil 9' wird geöffnet, so daß das fette Gemisch der Kammer 19 in die Hilfsverbrennungskammer 2' gedrückt wird. Es wird dabei über das Einwegventil 18 geleitet, so daß die restlichen verbrannten Gase in der Hilfsverbrennungskammer 2' in den Zylinder durch den Flammkanal 15 befördert werden.

Wenn die Maschine unter geringer Belastung läuft und daher die Spülwirkung nicht zur Entfernung aller verbrannten Gase ausreicht, so treten Zeitpunkte auf, zu denen ein frisches Gemisch in beide Kammern eingeführt wird und das Haupteintnttsventil 9 sowie das Hilfseintrittsventil 9' noch geöffnet sind. In diesem Fall kann der Gegendruck aus den pulsierenden Wellen in den Abgasen im Abgaskanal 10 einen Teil des mageren Gemischs im Zylinder in die Hilfsverbrennungskammer 2' drücken und somit das fette Gemisch aus der Verbrennungskammer 2' zurück durch den Überströmkanal 8' befördern. Hier verhindert jedoch das Einwegventil 18 derartige Vorgänge, so daß das gewünschte fette Gemisch in der Hilfsverbrennungskammer nicht übermäßig mit dem mageren Gemisch aus der Hauptverbrennungskammer verdünnt wird. Wenn der Kolben 3 seine Aufwärtsbewegung wieder beginnt und das Haupteintrittsventil 9 geschlossen ist, so ist auch das Hilfseintrittsventil 9' geschlossen. Wenn der Kolben seinen oberen Totpunkt erreicht, wird die Zündkerze 16 angesteuert, so daß das Gemisch in der Hilfsverbrennungskammer gezündet wird. Die Flamme wird dabei durch die Flammdüse 15 in die Hauptverbrennungskammer 2 geführt. Ein breiter Flammenkonus wird in die Hauptverbrennungskammer gerichtet und zündet dort das relativ magere Gemisch. Auf diese Weise erfolgt eine leichtere Verbrennung als mit der Zündkerze in den herkömmlichen Verbrennungsmaschinen.

Durch die Anwendung des erfindungsgemäßen Prinzips kann ein mageres Gemisch in die Hatlptverbrennungskammer eingeführt und dort nicht durch den Funken einer Zündkerze, sondern durch eine Flamme gezündet werden die sich aus der Zündung eines fetten Gemischs in der Hilfsverbrennungskammer ergibt. Auch wenn das magere Gemisch in der Hauptverbrennungskammer durch restliche verbrannte Gase des vorherigen Zyklus, die nicht ausreichend aus der Kammer entfernt wurden, verdünnt werden kann — dieser Zustand tritt im allgemeinen bei niedrigen Drehzahlen auf — so wird das Gemisch in der Hauptverbrennungskammer leichter bei niedrigen Drehzahlen gezündet, so daß eine unregelmäßige Verbrennung der bisher üblichen Zweitaktmaschinen vermieden oder wesentlich reduziert wird. Dieser Vorteil des Maschinenbetriebs wird noch durch den zusätzlichen Vorteil ergänzt, daß es durch die Erfindung möglich ist, ein mageres Gemisch in der Hauptverbrennungskammer zu verwenden und gleichzeitig eine wesentliche Verringerung der Menge unverbrannter Gase innerhalb der Abgase zu erzielen. Die Erfindung führt also zu einem wirtschaftlicheren Kraftstoffverbrauch für Zweitaktmaschinen und verringert zugleich die Luftverschmutzung. Das Einwegventil 18 verhindert die Rückströmung von Gas im Überströmkanal 8', so daß auch bei niedrigen Drehzahlen der pulsierende Gegendruck der Abgase nicht das fette Gemisch aus der Hilfsverbrennungskammer herausbefördert, so daß sichergestellt ist, daß die Hilfsverbrennungskammer immer mit fettem Gemisch versorgt wird und somit zum jeweils vorgegebenen Zeitpunkt eine Zündung gewährleistet. Ein weiterer Vorteil der Verwendung des Einwegventils 18 besteht darin, daß man die Größe des Hilfseintrittsventils 9' gegenüber bisher üblichen Maschinen erhöhen kann, so daß das der Hilfsverbrennungskammer zugeführte Gemisch deren Innenraum leichter reinigt und verbrannte Gase auch bei Betrieb mit niedrigen Drehzahlen oder geringer Belastung und damit verbundener Zuführung geringer Kraftstoffmengen wirksam entfernt.

Es sei noch darauf hingewiesen, daß die Erfindung nicht auf das beschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt ist, sondern in gleicher Weise auch auf Zweitaktmaschinen mit zwei oder mehr Zylindern angewendet werden kann.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Zweitakt-Brennkraftmaschine mit Kompression im Kurbelgehäuse und mindestens einem Zylinder, über dessen Kolben eine Hauptverbrennungskammer gebildet ist, die über einen vergleichsweise mageres Kraftstoff-Luft-Gemisch zur Hauptverbrennungskammer leitenden Hauptüberströmkanal mit dem Kurbelgehäuse verbunden ist, mit einer eine Zündeinrichtung enthaltenden Hilfsverbrennungskammer, die mit der Hauptverbrennungskammer über einen Flammkanal verbunden ist, einem an eine Vorrichtung zur Bildung von vergleichsweise fettem Kraftstoff-Luft-Gemisch angeschlossenen, mit dem Kurbelgehäuse in Verbindung stehenden Hilfsüberströmkanal, der mit einem Ende an den Eintritt der Hilfsverbrennungskammer angeschlossen ist, und einem diesen Eintritt beherrschenden Hilfseintrittsventil, dadurch gekennzeichnet, daß das vergleichsweise magere Kraftstoff-Luft-Gemisch dem Kurbelgehäuse zugeführt wird, daß eine Seite einer Druckkammer (19) zum Kurbelgehäuse (7) hin geöffnet und ihre andere Seite mit dem anderen Ende des Hilfsüberströmkanals (8') verbunden ist und daß die Vorrichtung (13') an den Hilfsüberströmkanal an einer Stelle zwischen dem Eintritt (9') der Hilfsverbrennungskammer (2') und der Druckkammer angeschlossen ist.

2. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckkammer (19) zylindrisch ausgeführt ist und einen gegenüber dem Durchmesser des Hilfsüberströmkanals (8') größeren Durchmesser hat und daß mehrere Trenriplatten (20, 21) in der Druckkammer (19) angeordnet sind, die mehrere Längskanäle (22) in Richtung der Hauptachse der Druckkammer (19) bilden.

3. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Vchimen der Druckkammer (19) größer als das Volumen der Hilfsverbrennungskammer (2') ist.

4. Brennkraftmaschine nach Anspruch !, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung zur Zuführung eines angereicherten Gemischs in den Hilfsüberströmkanal (8') ein Hilfszuführungskanal (13') ist, der mit einem Ende an einen Hilfsvergaser (14') und mit dem anderen Ende an den Hilfsüberströmkanal (8') nahe der Druckkammer (19) angeschlossen ist.

5. Brennkraftmaschine nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß in einem Hauptzuführungskanal (13) zum Kurbelgehäuse (7) und in dem Hilfszuführungskanal (13') jeweils ein Rückschlagventil (12,12') angeordnet ist.

6. Brennkraftmaschine nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Hilfsüberströmkanal (8') zwischen der Hilfsverbrennungskammer (2') und dem Hilfszuführungskanal (13') ein Ventil (18) angeordnet ist.