DE2453193A1 - Zweitakt-mehrzylinderverbrennungsmotor mit pumpenloser kraftstoffeinspritzung und funkenzuendung - Google Patents

Zweitakt-mehrzylinderverbrennungsmotor mit pumpenloser kraftstoffeinspritzung und funkenzuendung

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DE2453193A1 DE19742453193 DE2453193A DE2453193A1 DE 2453193 A1 DE2453193 A1 DE 2453193A1 DE 19742453193 DE19742453193 DE 19742453193 DE 2453193 A DE2453193 A DE 2453193A DE 2453193 A1 DE2453193 A1 DE 2453193A1
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Description

ZEL LE H ϊ!U
■ρ a .ν-ί-r.c.·:-ρ '>«:
Politechnika Krakowska 9. November 1974
Krakow / Polen m^Bxi
PL 2213
Zweitakt-Mehrzylinderverbrennungsmotor mit pumpenloser Kraftstoffeinspritzung und Funkenzündung
Die Erfindung betrifft einen Zweitakt-Verbrennungsmotor mit Funkenzündung mit zwei, drei, vier oder sechs Zylindern mit pumpenloser Kraftstoffeinspritzung durch Abgase.
Es sind Einspritzmotoren mit zwei Zylindern mit pumpenloser Einspritzung bekannt, in denen die Arbeitsräume mit Gasleitungen verbunden sind. Diese Motoren erlauben es nicht, schwere Kraftstoffe zu verwenden und deren Abgase weisen eine höhere Giftigkeit auf. Außerdem ist das Prinzip dieser Motoren nicht auf Motore mit drei oder mehr Zylindern anwendbar.
Aufgabe der Erfindung ist es, Zweitakt- Drei-, Vier- oder Sechszylindermotoren mit pumpenloser Kraftstoffeinspritzung unter Vermeidung von selbsttätigen Ventilen mit einem einfachen und billigen Einspritzsystem anzugeben, welches eine optimale Verbrennung sichert, einen kleinen spezifischen Kraftstoffverbrauch
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garantiert und es ermöglicht, schwere Kraftstoffe zu verwenden und die Giftigkeit der Abgase herabzusetzen.
Bei derartigen Motoren sind die Arbeitsräume der Zylinder durch Leitungen miteinander derart verbunden, daß während des Arbeitshubs die Verbrennungsgase mit hohem Druck nach Öffnung der Leitungsöffnung durch den Kolben in geringer Menge in den Arbeitsraum eindringen, wobei sie unterwegs den in dosierter Menge gelieferten Kraftstoff mitreißen und die Einspritzung ausführen.
Die erfindungsgemäße ;-Äu,fgäbe wird bei einem Dreizylinder-Zweitaktmotor mit pumpenloser Kraftstoffeinspritzung mit einem Kurbelverse tsungsx'jiiik©! von 120° dadurch erreicht, daß der Arbeitsraum jedes Zylinders mit zwei Leitungen von kleinem Durchmesser mit den übrigen Zylindern verbunden ist, ttfobei jede dieser Leitungen die Eintrittsöffnung inker Laufbahn eines Zylinders oberhalb der Kolbenhubmitte und die Einspritzöffnung in der Laufbahn eines anderen Zylinders unterhalb der Kolbenhubmitte aufweist. Die pumpenlose Kraftstoffeinspritzung im Vierzylinder-Zweitaktmotor mit Reihen- oder V-Anordnung der Zylinder nach der Erfindung erfolgt derart, daß die Arbeitsräume der Zylinder mit einer Zündfolge von jeweils 180° miteinander durch Gasleitungen verbunden sind8 denen Kraftstoff in regelbarer Menge derart zugeführt' wird$ daß die Verbrennungsgase eines Zylinders den Kraftstoff mitreißen und die Einspritzung in einem i.anderen Zylinder ausführen, in dem die Zündung später nach einer halben Umdrehung der Kurbelwelle erfolgt» Die Verbrennungsgase dieses OS822/Ö2®4
Zylinders führen nunmehr die Einspritzung in den ersten Zylinder nach 3iner weiteren Drehung der Kurbelwelle um 180° aus.
Die pumpenlose Einspritzung in Sechszylinder-Zweitaktmotoren mit Keinen- oder V-Anordnung der Zylinder erfolgt erfindungsgemäß dadurch, daß den mit Gasleitungen verbundenen Arbeitsräumen der Zylinder Kraftstoff in bestimmter Menge derart zugeleitet wird, daß jedes Zylinderpaar, in dem die Zündung nach 180° der Kurbelwellenumdrehung erfolgt, miteinander verbunden ist, oder daß jede drei Zylinder, in denen die Zündung nach 120° erfolgt, miteinander derart verbunden sind, daß der Arbeitsraum jedes Zylinders durch zwei Leitungen mit Arbeitsräumen der übrigen Zylinder verbunden ist, wobei jede dieser Leitungen ihre Eintrittsöffnung in der Laufbahn eines Zylinders oberhalb der Mitte des Kolbenhubs und die Einspritzöffnung in einem anderen Zylinder unterhalb der Mitte des Kolbenhubs aufweist.
Vorzugsweise sind bei den Motoren die Achsen der Einspritzöffnungen auf die Eintrittsöffnungen der Vorkammern gerichtet, die Zündkerzen in den Vorkammern im Bereich der durch den Einspritzstrahl überdeckten Kegelfläche angeordnet und am Ort der Kraftstoff zufuhr in die Gasleitungen offene Kraftstoffdosierer angeordnet, die aus einer Dosierkammer und einem Eingangs- und Ausgangskanal bestehen, wobei das Volumen der Dosierkammer größer als die maximale Kraftstoff menge für einen Arbeitszyklus ist und wobei die Durchmesser der Eingangs- und Ausgangskanäle kleiner als 0,5 des Gasleitungsdurchmessers sind.
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An der Stelle von Kraftstoffdosierern kann auch ein Kraftstoffmagnetventil eingesetzt werden.
Es ist vorteilhaft, die Leitungen. . die Kraftstoff den Dosierern zuführen, mit heißen Abgasen anzuwärmen.
Eine weitere vorzugsweise Ausführungsform ist dadurch gekennzeichnet, daß sich die Gasleitungen in der Nähe der Zylinderlaufbahn sprungartig erweitern.
Durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen wird die pumpenlose Kraftstoffeinspritzung für Drei-, Vier- oder Sechszylindermotoren anwendbar und es werden offene Kraftstoffdosierer eingesetzt, wodurch die in der Arbeit unsicheren selbsttätigen Ventile vermieden werden. Durch die Vorwärmung der Kraftstoffleitung mit heißen Abgasen und die Einspritzung in die Vorkammer im Bereich der Zündkerze wird die Verbrennung verbessert. Durch die Erweiterung der Einspritzöffnungen der Gasleitungen in der Nähe der Zylinderlaufbahn wird der Ablagerung von Ölkohle am Auslauf der öffnung vorgebeugt. Durch die Summe der erfindungsgemäßen Maßnahmen ist es möglich, ein einfaches und billiges Einspritzsystem in allen bekannten Mehrzylinder-Zweitaktmotoren einzusetzen, wodurch ein kleiner spezifischer Kraftstoffverbrauch, die Möglichkeit der Verwendung von schweren Kraftstoffen und die Verminderung der Giftigkeit der Abgase erreicht wird.
Nachstehend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezug auf die Zeichnung näher erläutert. Es zeigt
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Fig. 1,2 und 3 schematische Darstellung eines Drei zylinder-
motors, bei dem der Reihe nach die Wirkung der Einspritzung in einzelne Zylinder wieder- · gegeben ist;
Fig. 4- schematische Darstellung der Anordnung der
Leitungen im einem Vierzylindermotor;
Fig. 5 und 6 die Leitungsanordnung in einem Sechszylindermotor;
Fig. 7 in schematischer Darstellung einen Zweiiylinder-
Zweitaktmotor, in dem die Richtung der Einspritzung in die Vorkammer, die Anordnung der Zündkerzen, der Kraftstoffdosierer und der Kraftstoffanwärmer dargestellt ist;
Fig. 8 eine Eintrittsöffnung der Gasleitung in die
Laufbuchse.
Die Wirkungsweise eines erfindungsgemäßen Dreizylinderverbrennungsmotors ist· folgende:
In der Zeichnung Fig. 1 ist der Motor schematisch in dem Moment gezeigt, in dem der Kolben im Zylinder 2 nach der Zündung die Eintrittsöffnung 8 der Gasleitung 5 geöffnet hat. Dadurch strömt in diesem Moment eine gewisse Menge an Abgasen mifc großer Geschwindigkeit und großem Druck in den Raum des Zylinders 3, wobei der Kraftstoff, der zu einem Dosierer 15 «on der Pumpe 19
mit veränderlicher Fördermenge geliefert wird, mitgerissen und unterwegs zerstäubt wird. Dieser Kraftstoff wird in die Vorkammer 20 eingespritzt.
509822/0264 &
In Fig«, 2 ist der gleiche Motor dargestellt, aber nach Drehung der Kurbelwelle um 120°? wobei die Abgase aus dem Zylinder 3 k stammen und die Einspritzung in den Zylinder 1 bewirken. In Fig. 3 erfolgt die Einspritzung in den Zylinder 2? und die Abgase stammen aus dem Zylinder 1«, Die Einspritzung in die einzelnen Zylinder erfolgt in dem Moment, in dem sich der Kolben in der Nähe des unteren Totpunktes befindet', was den Vorteil hat, daß die Gemischbildung im Zylinder langer andauern kann, d.h. fast während des gesamten Verdichtungshubes.
Der Einspritzmoment selbst xtfird durch die Lage der Eintrittsöffnungen 7* 8g 9 der Leitungen 4S 5? 6 im Verhältnis zu den oberen Totpunkten der Kolben bestimmt^ dabei müssen sich diese Öffnungen in der Zylinderlaufbahn oberhalb der Mitte des Kolbenhubs befinden® Mit Rücksicht auf die für eine Einspritzung erforderliche Druckdifferenz müssen die Einspritzöffnungen 1O9 11, 12 in der Zylinderlaufbahn unterhalb der Mitte des Kolbenhubs angeordnet sein.
Die Wirkungsweise eines erfindungsgemäßen Vierzylinder-Zweitaktmotors mit pumpenloser Kraftstoffeinspritzung ist schematisch in Fig. 4· dargestellt, wobei sich auf die Darstellung des Verbindung sSchemas der Gasleitungen der einzelnen Zylinder beschränkt wurde» Dabei sind die Zylinder paarweise miteinader verbunden^ ' . deren Kurbelarm© um 18Q° gegeneinander versetzt sind. In der Zeichnung sind es die Zylinder 1 und 3 sowie 2 und 4·. Auf diese Weise erhält man zwei Anordnungen wie in einem Zweizylindermotor9 wie er in Fig. 7 dargestellt ist, wobei die
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-F-
τ-
Zylinder mit einer Gasleitung 4 und 5 paarweise verbunden sind und die Eintritts- und Austrittsöffnungen der Leitung in der Zylinderlaufbahn oberhalb der Mitte des Kolbenhubs in gleicher Entfernung vom oberen.Kolbentotpunkt angeordnet sind.
Die Wirkungsweise eines erfindungsgemäßen Sechszylindermotors ist schematisch in Fig. 6 dargestellt, wobei sich auf die schematische Darstellung der .Verbindungen der einzelnen Zylinder durch Gasleitungen beschränkt wurde. Es sind die Zylinder paarweise miteinander verbunden, deren Kurbelarme um 180° gegenein- · ander versetzt sind. (Fig. 5)· Es werden drei Zylinderpaare gebildet, die mit §asleitungen 4, 5» 6 verbunden sind, welche, wie im Zweizylindermotor, oberhalb der Mitte des Kolbenhubs und in gleicher Entfernung vom oberen Kolbentotpunkt angeordnet sind. Eine andere Verbindungsweise der Zylinder besteht darin, (Fig.6)» daß zwei Zylindergruppen gebildet werden, wobei die Kurbelärme der Zylinder in einer Gruppe >um 120°, wie im Dreizylindermotor (Fig. 1, 2, 3) versetzt sind; jeder dieser drei Zylinder ist mit den beiden anderen über zwei Gasleitungen 4, 5» 6 verbunden.
In Fig. 7 ist eine erfindungsgemäße Speiseeinrichtung am Beispiel eines Zweizylinder-Zweitaktmotors mit einem Versetzungswinkel der Kurbelarme um 180° dargestellt. Durch die Pumpe 19 wird Kraftstoff in dosierbarer Mengeia die Leitung 16 gefördert. Die Leitung 16 verläuft auf einer gewissen Länge durch das Auspuffsamraelrohr des Motors, wodurch eine Vorwärmung des Kraftstoffs erzielt wird. Die Temperatur, auf die der Kraftstoff
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vorgewärmt wird9 ist nahezu unabhängig von der Motorbelastung, da eine Änderung der Temperatur der Abgase annähernd umgekehrt proportional zur Motorarehzahl ist, d.h. zur Dauer der Vorwärmung einer gegebenen Kraftstoffdosis.
Der vorgewärmte Kraftstoff wird in den Kraftstoffdosierer 13 gefördert. Der Dosierer 13 ist von .offenem ÜJyp und besitzt keine selbsttätigen Bückschlagventile. Er besteht aus einem Eintrittskanal 21, aus einem Austrittskanal 22 sowie aus einer Dosierkammer. Die Kanäle 21, 22 weisen einen Durchmesser auf, der kleiner ist als die Hälfte des Durchmessers der Gasleitung 6, die die Zylinder verbindet. Das Volumen der Dosierkammer 13 ist etwas größer als die maximale Kraftstoffdosis für einen Arbeitszyklus eines Zylinders.
Wenn im Zylinder 1 der Kolben währenddes Arbeitszyklus die Öffnung 10 der Gasleitung 6 öffnet, erfolgt der Durchfluß einer kleinen Menge an Abgasen in die Leitung 6, wobei der Kraftstoff aus dem Bosierer 13 mitgerissen und zerstäubt wird und so wird die von den Abgasen mitgerissene Kraftstoffdosis in den Zylinder 2 eingespritzt. Nach einer Drehung der Kurbelwelle um 180° erfolgt der Durchfluß der Abgase durch die Leitung 6 aus dem Zylinder 2 in den Zylinder 1 unter gleichzeitiger Einspritzung des Kraftstoffes, der inzwischen in den Dosierer 13 geliefert wurde und von den Abgasen mitgerissen wurde.
Der Durchmesser der Gasleitung 6 an der engsten Stelle ist kleiner als 0,04- des Zylinderdurchmessers. Die Achsen der in der
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Zylinderlaufbahn austretenden Öffnungsbohrungen der Gasleitungen durch die die Kraftstoffeinspritzung erfolgt (im Zweizylindermotor die Öffnungen 10 und 11, im Dreizylindermotor die Öffnungen 1O? Hl und i2), sind so gerichtet, daß der Einspritzstrahl durch die Eingangsöffnung der Vorkammer 31, 32 durchtritt. Die Zündkerze 24 ist in der Vorkammer im Bereich der^Kegelflache, die durch den Einspritzstrahl gebildet wird, angeordnet (Fig. 7).
Statt der Brennstoffdosierer 13, 14, 15 sind auch Magnetventile beka.rin.ter Konstruktion einsetzbar, deren Öffnungszeit elektronisch gesteuert wird.
In Fig. 8 ist die Konstruktion einer Eintrittsöffnungsbohrung der Gasleitung dargestellt (im Zweizylindermotor der'öffnungen 10, 11, im Dreizylindermotor der öffnungen 7, 8, 9). Die Einspritzöffnung in der Nähe der Laufbahn 25 des Zylinders verbreitert sich sprungartig und bildet den Baum 26, wobei die Kanten 27 am Eintritt der Leitung 28 in diesem Baum abgerundet sind. Im Saum 26 wird das Öl, das durch die Kolbenringe während der Kolbenbewegung abgestreift wird, gesammelt und das öl 30 wird dann während des Arbeitszyklus im Moment der Öffnung des Baumes 26 durch den oberen Kolbenring 29 zwischen den Kolben und die Zylinderlaufbahn ausgeblasen.
Dadurch werden Ölkohleablagerungen im Endteil der Leitungen vermieden. Die Abrundung der Kanten der öffnungen beseitigt Wirbelbildungen des Gasstrahles.
609822/0264

Claims (10)

  1. Patentanwälte
    ZELLENTlN 9* November
    β 8 München 22 ΉΔ/Έ.\χ
    w gweibrückenstraße 6 . PL 2213
    Patentansprüche
    M.yZweitakt-MehrzylinderverbreaiiungsmotQr mit pumpenloser Kraftstoffeinspritzung und funkenzündung, in dem die Ar-• beitsräume der Zylinder miteinander durch Gasleitungen ver-
    in "
    bonden sind,/die in bestimmter Menge Kraftstoff gefördert wird, dadurch gekennzeichnet, daß im Drei zylindern© tor mit einem Kurbelamversetzungswinkel von 120° der Arbeitsraum jedes "Zylinders mit den übrigen Zylindern durch Gasleitungen derart verbunden ist, daß au jedem Zylinder zwei Leitungen, geführt sind9 wobei jede dieser Leitungen ihre Eintrittsöffnung in der Laufbahn eines Zylinders oberhalb der Mitte des Kolbenhubss dagegen ihre Einspritzöffnung unterhalb der Mitte des Kolbenhubs in der Laufbahn eines anderen Zylinders aufweist und wobei in jede die-
    en
    ser Leitung Kraftstoff in regelbarer Menge förderbar ist.
  2. 2. Verbrennungsmotor naeh Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Vierzylindermotor mit Reihen- oder V-Anordnung der Zylinder die Arbeitsräume der Zylinder, in denen die Zündung jeweils nach 180° erfolgt, miteinander durch eine Gasleitung verbunden sind, deren Eintritts- und Einspritzöffnung in der Zylinderlaufbahn oberhalb der Mitte des Kolbenhubs in gleicher Entfernung vom oberen Kolbentotpunkt angeordnet sind, wobei in jede dieser Leitungen Kraftstoff in regelbarer Menge
  3. 3. Verbrennungsmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Sechszylindermotor mit Reihen- oder V-Anordnung der Zylinder die Arbeitsräume der Zylinder, in denen die Zündung jeweils nach 180° erfolgt, paarweise miteinander durch Gasleitungen verbunden sind, deren Eintritts- und Einspritzöffnung in der Zylinderlaufbahn .oberhalb der Mitte des Kolbenhubs in gleicher Entfernung vom oberen Kolbentotpunkt angeordnet sind, wobei in jede dieser Leitungen Kraftstoff in regelbarer Menge·förderbar ist.
  4. 4-. Verbrennungsmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Sechszylindermotor mit Keihen- oder V-Anordnung der Zylinder die Arbeitsräume der Zylinder, in denen die Zündung jeweils nach 120° erfolgt, miteinander durch Gasleitungen derart verbunden sind, daß zu jedem Zylinder zwei Leitungen geführt sind, die diesen Zylinder mit zwei anderen verbinden, wobei jede dieser Leitungen ihre Eintrittsöffnung in der Laufbahn des einen Zylinders oberhalb der Mitte des Kolbenhubs und die Einspritzöffnung in der Laufbahn des anderen Zylinders unterhalb der Mitte des Kolbenhubs aufweisen und daß in jede dieser Leitungen Kraftstoff in regelbarer Menge förderbar ist.
  5. 5. Verbrennungsmotor nach Anspruch 1, 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Achsen der Bohrungen, durch die Kraft-' stoff in die Zylinder eingespritzt wird, auf die Eintrittsöffnung der Vorkammer gerichtet sind.
    50 982 2/026 4 -3-
  6. 6. Verbrennungsmotor nach Anspruch 19 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß an den Gasleitungen, die die Zylinder miteinander verbinden, offene Kraftstoffdosierer angeordnet sind, die aus einem Eintrittskanal9 einer Dosierkammer und einem Austrittskanal bestehen, wobei der Durchmesser der Kanäle weniger als die Hälfte des Durehmessers der Gasleitung beträgt und daß das Volumen der Dosierkammer größer ist als das Volumen der maximalen Kraftstoffdosis für einen Arbeitszyklus eines Zylinders und daß der Durchmesser der Gasleitungen an der engsten Stelle kleiner als O9CH- des Zylinderdurchmessers ist.
  7. 7. Verbrennungsmotor nach Anspruch 1, 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Zündkerze in der Vorkammer im Bereich der Kegelfläche, die durdh den Einspritzstrahl überdeckt wird, angeordnet ist.
  8. 8. Verbrennungsmotor nach Anspruch 1, 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß an den Gasleitungen, die die Zylinder verbinden, Magnetventile zur Kraftstoffdosierung angeordnet sind, deren Öffnungszeit elektronisch steuerbar ist.
  9. 9. Verbrennungsmotor nach Anspruch 1, 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitungen, durch die Kraftstoff in die Dosierer gefördert wird, mit Abgasen vorgewärmt werden, wobei auch die Gasleitungen mit Abgasen vorgewärmt werden können.
    50 9822/0264 -4-
  10. 10. "Verbrennungsmotor nach Anspruch 1, 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Eintrittsöffnungen . . der G-aslei-
    en
    tung^ in der Nähe der Zylinderlaufbahn sprungartig verbreitern und einen Baum bilden, in dem sich öl sammelt, wobei die Größe dieses Baums größer als die Höhe eines Kolbenringes ist, und wobei die Kanten dieser Eintrittsöffnungen abgerundet sind.
    509822/0264
    Leerseite
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