DE2738391C2

DE2738391C2 - Selbstzündende Zweitakt-Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE2738391C2
Application number: DE19772738391
Authority: DE
Inventors: Sigeru Kanazawa Ishikawa Onishi
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1976-08-25
Filing date: 1977-08-25
Publication date: 1983-11-17
Also published as: IT1085383B; GB1591050A; SE7709304L; CA1106765A; DE2738391A1; SE431895B

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine selbstzündende Zweitaktbrennkraftmaschine nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Eine solche Maschine ist als sogenannter Lohmann-Motor bekanntgeworden und in der Zeitschrift »Das Auto«, 1950, Heft 15, Seite 490, beschrieben.

Bekanntermaßen kann die Selbstzündung des frischen Verbrennungsgemisches, nachfolgend kurz Frischgas genannt, bei Verbrennungskraftmaschinen, beispielsweise bei einem Zweitaktmotor, im Brennraum einer Maschine erreicht werden, ohne daß das Frischgas mit der Zündkerze gezündet zu werden braucht. Eine durch diese Selbstzündung verursachte Verbrennung wird üblicherweise als außergewöhnliche Verbrennung, als Fehlzündung oder als Nachzünden bzw. Nachdieseln bezeichnet.

Der Erfinder vorliegenden Anmeldungsgegenstandes hat im Zusammenhang mit seinen Entwicklungsarbeiten diese Phänomene näher untersucht. Die Ergebnisse sollen, auch dem besseren Verständnis der später zu beschreibenden Erfindung, nachstehend kurz erläutert werden.

In den F i g. 1 und 2 ist der Bereich, in dem eine in einem Zweitaktmotor auftretende, außergewöhnliche bzw. unvorhergesehene Verbrennung auftritt, mit dem Bezugszeichen A versehen. Auf der Ordinate von F i g. 1 ist das Zuführungsverhältnis bzw. die Zuführungsmenge DR und auf der Abszisse das Luft-Kraftstoffverhältnis A/F aufgetragen. Auf der Ordinate in F i g. 2 ist das Zuführungsverhältnis bzw. die Zuführungsmenge DR und auf der Abszisse die Drehzahl N pro Minute des Motors angegeben. F i g. 1 zeigt weiterhin die Meßergebnisse bei einer konstanten Motordrehzahl von 2000 U/Minnte und Fi g. 2 zeigt die Meßergebnisse bei einem konstanten Luft-Kraftstoffverhältnis von 15 :1.

Wenn ein Zweitaktmotor unter geringer Belastung mit hoher Drehzahl läuft, so daß die zuvor beschriebene außergewöhnliche Verbrennung hervorgerufen wird, bleibt wesentlich mehr Restgas im Motorzylinder als Frischgas in den Zylinder kommt Daher wird das in den Zylinder einströmende Frischgas aufgeheizt, bis es auf Grund des heißen Restgases reformiert wird, und infolgedessen bilden sich im Frischgas Radikale. Eine Atmosphäre, in der Radikale in der zuvor beschriebenen Weise erzeugt werden, soll im weiteren ais aktive Thermoatmosphäre bezeichnet werden. Wenn eine Verbrennung außer der Reihe hervorgerufen wird, wird die aktive Thermoatmosphäre zu Beginn des Verdichtungsaktes aufgehoben, und as tritt abwechselnd entweder eine Zündung durch eine überhitzte Stelle, eine Fehlzündung oder eine durch die Zündkerze ausgelöste explosive Verbrennung auf, so daß das Drehmoment starken Schwankungen unterworfen ist. Da die außergewöhnliche Verbrennung insofern nachteilig ist, als große Drehmomentschwankungen auftreten und der Kolben durch die erwähnte Heißpunktzündung schmilzt bzw. zerstört wird, war es bis jetzt häufig der Wunsch, eine derartige außergewöhnliche Zündung zu vermeiden.

Im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung wurden Untersuchungen im Zusammenhang mit der außergewöhnlichen Verbrennung durchgeführt, und dabei hat sich herausgestellt, daß dann, wenn die aktive Thermoatmosphäre, die bei der außergewöhnlichen Verbrennung zu Beginn des Verdichtungshubes hervorgerufen wird, bis zum Ende des Verdichtungshubes aufrechterhalten werden kann, die Selbstzündung der aktiven Thermoatmosphäre im Motorbrennraum erfolgt, ohne daß mit der Zündkerze gezündet werden muß, und dann findet die Verbrennung bei aktiver Thermoatmo-Sphäre statt. Darüber hinaus wurde im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung weiterhin festgestellt, daß diese Verbrennung bei aktiver Thermoatmosphäre einen ruhigen, gleichmäßigen Motorbetrieb ermöglicht und auch bei Verwendung eines mageren Luft-Kraft-Stoffgemisches ausgelöst werden kann. Dadurch wird der Kraftstoffverbrauch und der Anteil an schädlichen Komponenten im Auspuffgas wesentlich verringert. Insbesondere bei einem Kraftfahrzeug läuft der Motor oft unter Teillast. Wenn die genannte Verbrennung bei aktiver Atmosphäre bei einem nur teilweise belasteten Motor durchgeführt wird, kann daher der Kraftstoff wesentlich besser ausgenutzt, der Kraftstoffverbrauch und der Anteil an schädlichen Komponenten im Auspuffgas erheblich verringert werden. Vorerwähnte Kenntnisse sind interner Wissensstand der Anmelderin, die sich hierüber noch nicht in der Öffentlichkeit verbreitet hat.

Der erwähnte Lohmann-Motor saugt in das Kurbelgehäuse Luft an, die auf ihrem Weg dorthin ein Schie-

bergehäuse durchströmt, dem der Kraftstoff zugeführt ist, der von dort von der:Luft mitgerissen wird. Der Überströmkanal besteht aus bogenförmigen Schlitzen in der Zylinderlaufbahn. Der Kolben läuft in einer mit dem Zylinderkopf verbundenen Buchse, die während des Betriebes axial verschoben werden kann und damit die Verdichtung sewie Ein- und Auslaßschlitze steuert Die Zündung des Brenngasgemisches erfolgt bei einem Kurbelwinkel von etwa 3—5° vor OT. Anfangs als ähnliche Revolutionieruhg, wfe sie die Dieselmaschine gebracht hat, gepriesen, hat sich diese Maschine in der Praxis nicht durchgesetzt

Aus der DE-OS 15 76 028 ist eine 2-Takt-Brennkraftmaschine bekannt, die Luft in die Kurbelkammer ansaugt Das Oberströmkanalsystem besteht aus einem die Kurbelkammer mit der Brennkammer direkt verbindenden ersten Überströmkanal mit Drosselklappe darin und kolbengesteuertem Auslaßschlitz und einem zweiten Überströmkanal, in welchem sich ein Vergaser befindet, dessen Auslaß sich in zwei ZweigkaniSe verzweigt, von denen der eine nahe dem Auslaßschlitz des ersten Überströmkanals in die Brennkammer mündet und eine Drosselklappe enthält und der andere bis in den Zylinderkopf geführt ist und dort an einem nahe der Zündkerze angeordneten, von der Kurbelwelle gesteuerten Ventil endet Es sind bei dieser Maschine lastabhängig insgesamt vier Drosselklappen zu bewegen. Je nach Betriebsbedingungen wird aus der Kurbeikammer Luft anstelle von Gemisch auf den Kolbenboden geleitet der gegenüber den Auslaßschlitzen der Überströmkanäle einen Vorsprung trägt Die Überströmkanäle münden tangential in den Zylinderraum, um darin einen Wirbel auszubilden. Es ist mit dieser Maschine nicht möglich, in ihr eine aktive thermo-atmosphärische Verbrennung durchzuführen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Brennkraftmaschine der eingangs genannten Art so auszugestalten, Jaß in ihr eine Verbrennung in aktiver Thermoatmosphäre über einen breiten Bereich möglicher Drehzahl- und Belastungsbedingungen crzielbar ist.

Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Mekmale des Patentanspruchs 1 gelöst Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der ünteransprüche.

Ausführungsbeispiele und Vorteile sollen nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert werden. Es zeigt

F i g. 1 und 2 graphische Darstellungen mit den Bereichen, in denen eine Verbrennung bei aktiver Thermoatmosphäre auftritt,

F i g. 3 einen Querschnitt durch eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Zweitaktbrennkraftmaschine,

F i g. 4 einen Querschnitt entlang der in F i g. 3 eingezeichneten Schnittlinie IV-IV,

F i g. 5 einen Querschnitt entlang der in F i g. 4 eingezeichneten Schnittlinie V-V,

F i g. 6 eine graphische Darstellung, die die Änderung der Öffnungsfläche der Spülsteuerklappe und der Auslaßsteuerklappe bei der in F i g. 3 dargestellten Maschine wiedergibt,

F i g. 7a ein Diagramm mit den Spül- und Ausschiebtakten bei der in F i g. 3 dargestellten Maschine,

F i g. 7b eine graphische Darstellung, welche die Geschwindigkeit des aus dem Spülschlitz in den Brennraum fließenden Frischgases und uen tatsächlichen Zeitpunkt der Spülung wiedergibt, die das Frischgas bei der in F i g. 3 dargestellten Maschine durchführt,

F i g. 8 einen Querschnitt uiirch eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Zweitaktbrennkraftmaschine,

F i g. 9 eine graphische Darstellung mit dem spezifischen Kraftstoffverbrauch und der Konzentration an Kohlenwaserstoffen und an ΝΌχ-Komponenten im Abgas der in Fig. 8 dargestellten Maschine,

Fig. 10 eine graphische Darstellung mit dem spezifischen Kraftstoffverbrauch bei der in F i g. 8 dargestellten Maschine, und

ίο Fig. 11 einen Querschnitt durch eine weitere Ausführungsförm einer erfindungsgemäßen Zweitaktbrennkraftmaschine.

Bei dem in den F i g. 3 und 4 dargestellten Fall ist die vorliegende Erfindung bei einer Schnürle-Zweitakt-Brennkraftmaschine angewandt Die Fig.3 und 4 zeigen einen Zylinderblock 1, einen auf dem Zylinderblock

1 aufgesetzten Zylinderkopf 2, einen Kolben 4, d"r eine nahezu flache Kolbenfläche aufweist rnd in einer im Zylinderblock 1 ausgebildeten ZylinderGobrung 3 hin- und herbewegt wird, wobei zwischen dem Zylinderkopf

2 und dem Kolben 4 eine Brennkammer 5 vorliegt, eine Zündkerze 6, ein Kurbelgehäuse 7, eine Kurbelkammer 8 im Kurbelgehäuse 7, ein Schwunggewicht S, eine Kurbelstange bzw. ein Pleuel 10, ein Ansaugrohr 11, einen Ansaugkanal 12, einen Vergaser 13, eine Drosselklappe 14 im Vergaser 13, zwei Spülschlitze, einen Überströmoder Spülkanal 16, eine Auslaßöffnung 17. ein Auspuffrohr 18, einen Auslaßkanal 19 und ein Rohrventil 20, durch das Frischgas vom Einströmkanal 12 in den Kur-

belraum gelangt Der Spülkanal 16 weist über eine öffnung 21 eine Verbindung mit der Kurbelkammer 8 auf und teilt sich in zwei Wege 16a, 166, die über Spülschlitze 15 in der Brennkammer 5 enden. An der Drosselklappe 14 ist ein Hebel 22 befestigt, dessen Ende über einen Draht 23 mit dem Gaspedal 24 in der Fahrgastzelle verbunden ist Nahe der Öffnung 21 befindet sich im Spülkanal 16 eine Drosselklappe 25, die auf einer im Zylinderblock 1 drehbar angebrachten Klappenweüo 26 befestigt ist Auf der Klappenwelle 26 befindet sich eine Nocke 27, und ein außen um die Nocke 27 gewickelter Draht 28 ist mit dem Gaspedal 24 verbunden. Wenn das Gaspedal 24 niedergedrückt wird, werden also die Drosselklappe 14 und die Drosselklappe 25 geöffnet

F i g. 6 zeigt, wie sich die Öffnungsfläche der Drosselklappe 14 und der Drosselklappe 25 ändern. Auf der Ordinate X ist das Verhältnis der Öffnungsfläche zur Fläche bei voller Öffnung der Drosselklappe 25 und auf der Abszisse Y ist das Verhältnis zwischen der öffnungsfläche und der Fläche bei voller öffnung der Drosselklappe 14 aufgetragen. Der Zusammenhang zwischen den zuvor beschriebenen Öffnungsflächen-Verhältnissen von Drosselklappe 14 und Drosselklappe 25 ist durch die Kurve C in F i g. 6 dargestellt Wie F i g. 6 zeigt, wird die Drosselklappe 25 e;,vas geöffnet und dann vollständig geöffnet, bevor die Drosselklappe 14 eine Stellung erreich·., die dem Öffnungsflächen-Verhältnis X von etwa 40% entspricht Darüber hinaus bleibt die Drosselklappe 25 vollständig geöffnet, wenn die Drosselklappe 14 weiter geöffnet wird. Die Nocke 27 in F i g. 3 ist daher mit der Klappenwelle 26 derart verbunden, daß sich die Nocke 27 bis zu dem Zeitpunkt, bei dem das Gaspedal (M) in einem bestimmten Maße niedergedrückt wird, mit der Klappenwelle 26 dreht

und wenn das Gaspedal 24 dann nach vollständiger öffnung der Drosselklappe 25 weiter heruntergedrückt wird, dreht sith nur noch die Nocke 27. Wie zuvor erwähnt, wird der Spülkanal 16 mit der Drosselklappe 25

gedrosselt, wenn die Maschine nur teilweise belastet ist, so daß der Spülkanal 16 um so stärker gedrosselt wird, je geringer die Motorbelastung ist.

Das vom Einströmkanal 12 über das Rohrventil 20 in die Kurbelkammer 8 einströmende Frischgas wird bei Abwärtsbewegung des Kolbens 4 komprimiert Danach strömt das in der Kurbelkammer 8 unter Druck stehende Frischgas über den Spülkanal 16 aus dem Spülschlitz 15 iiE die Brennkammer 5, wenn der Kolben 4 den Spülschlitz 15 öffnet. Wenn die Drosselklappe 25 dabei etwas geöffnet bleibt, wird der Frischgasstrom, der von der Kurbelkammer 8 über den Spülkanal 16 in die Brennkammer 5 strömt, auf Grund der Klappe 25 gedrosselt Auf Grund dessen wird auch die Strömungsgeschwindigkeit des Frischgases kleiner. Da die Strömungsgeschwindigkeit des Frischgases auf Grund der Drosselung durch die Klappe 25 während des gesamten Einströmvorgangs gering ist, ist auch die Strömung des Restgases in der Brennkammer 5 äußerst gering und infolgedessen wird verhindert, daß die Wärme des Restgases verloren geht Wenn die Maschine unter Teillast arbeitet, befindet sich darüber hinaus eine relativ große Menge an Restgas noch in der Brennkammer 5. Da relativ viel Restgas in der Brennkammer 5 ist und darüber hinaus das Restgas eine hohe Temperatur aufweist, wird das Frischgas aufgeheizt, bis es auf Grund des Restgases reformiert wird, und dadurch wird in der Brennkammer 5 eine aktive Thermoatmosphäre erzeugt. Da die Gasströmung in der Brennkammer 5 während des Verdichtungstaktes äußerst gering ist, treten auch praktisch keine Turbulenzen auf und der Wärmeverlust ist äußerst klein. Infolgedessen bleibt die auf diese Weise erzeugte aktive Thermoatmosphäre während des Verdichtungstaktes aufrechterhalten und infolgedessen erfolgt eine Selbstzündung der aktiven Thermoatmosphäfc üiid die Verbrennung wird bei Steuerung durch das Restgas verbessert. Wie zuvor erwähnt, wird die iZündung nicht durch die Zündkerze 6 hervorgerufen. Wenn der Kolben 4 nach unten läuft und den Auslaßschlitz 17 öffnet, strömt das in der Brennkammer 5 befindliche, verbrannte Gas in den Auslaßkanal 19 aus.

Wie bereits erwähnt, ist es für die Verbrennung der aktiven Thermoatmosphäre erforderlich, die aktive Thermoatmosphäre bis zum Ende des Verdichtungstaktes aufrechtzuerhalten. Es ist jedoch unmöglich, die aktive Thermoatmosphäre bis zum Ende des Verdichtungstaktes lediglich durch Drosseln des Spülkanals 16 mit der im Spülkanal 16 angebrachten Drosselklappe 25 aufrechtzuerhalten. Das heißt, wenn Strömungen oder Turbulenzen des Restgases in der Brennkammer 5 auftreten, wird die Restgaswärme an die Zylinderwand abgegeben. Da das Restgas dadurch abgekühlt wird, kann die aktive Thermoatmosphäre also nicht bis zum Ende des Verdichtungstaktes aufrechterhalten werden. Das aus dem Spülschlitz 15 in die Brennkammer 5 einströmende Frischgas hat einen erheblichen Einfluß auf das Entstehen von den zuvor beschriebenen Strömungen und Turbulenzen des Restgases. Bei Experimenten, die im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung durchgeführt wurden, wurde festgestellt, daß die Geschwindigkeit des in die Brennkammer einströmenden Frischgases, die Einströmrichtung des Frischgases und die Stärke der Turbulenz des Frischgases unmittelbar vor Einströmen in die Brennkammer die Bildung von Strömungen und Turbulenzen im Restgas stark beeinflussen.

Das in F i g. 7(a) dargestellte Diagramm zeigt die öffnungs- und Schließzeiten der Spül- und Ausströmschlitze der in F i g. 3 dargestellten Zweitaktmaschine. Bei der graphischen Darstellung gemäß F i g. 7(b) ist auf der Ordinate die Geschwindigkeit V des aus dem Spülschlitz in die Brennkammer einströmenden Frischgases und auf der Abszisse die Kurbelstellung bzw. der Kurbelwinkel aufgetragen. In den F i g. 7(a) und (b) ist der öffnungs.teitpunkt EO des Auslaßschlitzes, der Öffnungszeitpunkt SO des Spülschlitzes, der Schließzeitpunkt SC des Spülschlitzes und der Schließzeitpunkt fCdes Auslaßschlitzes dargestellt. Zum Zeitpunkt Pbeginnt das Frischgas aus dem Spülschlitz in die Brennkammer einzuströmen und zum Zeitpunkt ζ) ist das Einströmen des Frischgases beendet. In dem Kurbelwinkel zwischen SO und Pin den Fig.7(a) und (b) strömt in der Brennkammer enthaltenes, verbranntes Gas nicht in den Spülkanal, und zwar auch dann nicht, wenn der Spülschlitz offen ist, da der Druck in der Brennkammer kleiner als im Spülkanal ist Wenn sich der Kolben dagegen wieder nach oben bewegt, nachdem er den unteren Totpunkt erreicht hat, steigt der Druck in der Brennkammer wieder an. Infolgedessen strömt das in der Brennkammer befindliche Gas zwischen den Kurbelwinkeln Q und 5C(vgl. die Fig. 7(a) und (b)) in den Spülkanal zurück, weil der Druck in der Brennkammer höher wird als der Druck im Spülkanal. Infolgedessen strömt Frischgas während des in Fig. 7(a) gestrichelten Zeitraums aus dem Spülschlitz in die Brennkammer ein. In Fig.7(b) zeigt die Kurve Eden Verlauf der Geschwindigkeit V des aus dem Spülschlitz in die Brennkammer einströmenden Frischgases oei einer herkömmlichen Zweitaktmaschine. Wie daraus deutlich wird, ergibt sich durch das Frischgas bei der herkömmlichen Maschine eine starke Turbulenz oder eine starke Strömung des Restgases in der Brennkammer, weil das Frischgas zu Beginn des Einströmvorgangs mit hoher Geschwindigkeit in die Brennkammer strömt Daher ist es nicht möglich, die aktive Thermoatmosphäre bei der herkömmlichen Maschine bis zum Ende des Verdichtungstaktes aufrechtzuerhalten. Im Gegensatz dazu wird die Geschwindigkeit des aus dem Spülschlitz 15 in die Brennkammer 5 einströmenden Frischgases auf Grund der Drosselung des Spülkanals 16 durch die in Fi g. 3 dargestellte Drosselklappe 15 während des ganzen Spülvorgangs mit dem Frischgas klein, wie dies in Fig. 7(b) durch die Kurve F dargestellt ist Darüber hinaus beginnt das Einströmen des Frischgases später, nämlich zum Zeitpunkt f (vgl. Fig.7(b)) als bei einer herkömmlichen Maschine (vgl. den Punkt P in F i g. 7(b)>. Da das Frischgas sacht in das Restgas p^;nströmt, ist; es also möglich, Turbulenzen und Strömungen im Restgas klein zu halten. Um die Strömungsgeschwindigkeit des aus dem Spülschlitz 15 in die Brennkammer 5 einströmenden Frischgases klein zu halten, ist es weiterhin vorteilhaft, den Spülkanal 16 so auszubilden, daß die Qurschnittsfläche desselben zum Spülschlitz 15 hin allmählich größer wird Darüber hinaus erzeugt die Klappe 25 Turbulenzen des im Spülkanal 16 fließenden Frischgases. Wird dagegen die Klappe 25 möglichst weit vom Spülschlitz 15, d. h. nahe der Öffnung 21 angebracht, werden die durch die Klappe 25 hervorgerufenen Turbulenzen im Spülkanal 16 gedämpft und es ergibt sich eine nahezu laminare Strömung des Frischgases im Spülkanal 16. Infolgedessen strömt das; Frischgas mit äußerst geringen Turbulenzen aus dem Spüischlitz 15 in die Brennkammer 5.

Darüber hinaus ist es erforderlich, den Spülschlitz 15 so auszubilden, daß das Frischgas etwa in die Mitte der Brennkammer 5 und gleichzeitig etwas nach oben in die

Brennkammer 5 einströmt (vgl. die Pfeile G in Fig.4 und 5). Wenn der Sp'ilschlitz 15 also so ausgebildet ist, daß das Frischgas entlang der Zylinderwand in die Brennkammer 5 einströmt, wie dies durch den Pfeil H in F i g. 4 angedeutet ist, verursacht das Frischgas Turbulenzen U^t Strömungen des an der Zylinderwand vorhandenen Restgases. Infolgedessen ist es schwierig, die aktive Thermoatmosphäre bis zum Ende des Verdichtungstaktes aufrechtzuerhalten, da die Wärme des Restgases im Brennraum leicht an die Zylinderwand abgegeben wird.

Mit den zuvor beschriebenen, bevorzugten Anordnungen und Ausbildungen der Drosselklappe 25, des Spülkanal 16 und des Spülschlitzes 15 wird verhindert, daß die Wärme des Restgases verloren geht, da das aus dem Spülschlitz 15 in die Brennkammer 5 einströmende Frischgas keine Turbulenzen und Strömungen des Restgases verursacht und sich nicht in der Brennkammer 5 verteilt. Infolgedessen kann die aktive Thermoatmosphäre bis zum Ende des Verdichtungstaktes aufrechterhalten werden, und auch in dem in den F i g. 1 und 2 mit B bezeichneten Bereich der Teillast wird die Verbrennung bei aktiver Thermoatmosphäre ausgeführt.

Wie F i g. 3 zeigt, ist es darüber hinaus vorteilhaft, den Zylinderkopf 2 so auszubilden, daß zwischen dem Zylinderkopf 2 und dem Randbereich der Oberseite des Kolbens 4 ein ringförmiger schmaler Bereich Z entsteht, aus welchem das Gas herausgequetscht wird, wenn der Kolben ' den oberen Totpunkt erreicht. In diesem Falle wird das Fortschreiten der durch Selbstzünden der aktiven Thermoatmosphäre erzeugten Flamme durch die ,Quetschw-Strömung gesteuert, die auftritt, wenn der Kolben 4 im oberen Totpunkt anlangt, wodurch Klopfen verhindert wird. Eine stabile, zuverlässige Verbrennung bef"aktiver Atmosphäre liegt daher vor.

Bei der in F ι g. 3 dargestellten Zweitaktmaschine bleibt die Drosselklappe 25 vollständig geöffnet, wenn das Öffnungsverhältnis Y der Drosselklappe 14 größer als 40% ist (vgl. Kurve C in Fig.6). Wenn das Öffnungsverhältnis Y der Drosselklappe größer als 40% wird, wird mit der Zündkerze 6 die gewöhnliche Verbrennung ausgelöst

Wie gesagt, ist es erforderlich, Turbulenzen und Strömungen des Restgases in der Brennkammer möglichst klein zu halten, um die aktive Thermoatmosphäre bis zum Ende des Verdichtungstaktes aufrechtzuerhalten. Für Turbulenzen und Strömungen des Restgases sind zwei Gründe verantwortlich zu machen, einmal der plötzliche Auslaßvorgang des aus dem Auslaßschlitz 17 entweichenden Abgases (F i g. 3) und zum anderen Störungen aufgrund des pulsierenden Druckes des Abgases. Um dieses plötzliche, abrupte Ausströmen und die genannten Störungen zu verhindern, ist es vorteilhaft, eine Auslaßdrosselklappe 29 im Auslaßkanal 19 anzuordnen. Die Auslaßdrosselklappe 29 ist auf einer in der Abgasleitung 18 drehbar angebrachten Klappenwelle 30 befestigt und auf der Klappenwelle 30 ist eine Nocke 31 angebracht. Wie bei der Drosselklappe 25 ist auch hier ein Draht 32 außen um die Nocke 31 gewikkelt und mit dem Gaspedal 24 verbunden. Der Zusammenhang zwischen den Öffnungsverhältnissen der Auslaßdrosselklappe 29 und der Drosselklappe 14 ist in F i g. 6 durch die Kurve D dargestellt Um zu verhindern, daß das Abgas abrupt durch den Auslaßschiitz 17 entweicht, ist es weiterhin vorteilhaft, das Volumen des Auslaßkanals 19 zwischen dem Auslaßschlitz 17 und der Auslaßdrosselklappe 29 kleiner als das Volumen der Brennkammer 5 zu machen, wenn sich der Kolben 4 am unteren Totpunkt befindet.

Die Fig.9 und 10 zeigen Meßwerte, die mit der in F i g 8 dargestellten Maschine erhalten wurden. Bei dieser Maschine wurde ein einziger Zylinder mit 372 cm³ und einem effektiven Verdichtungsverhältnis von 7,9 :1 verwendet. Die in F i g. 9 enthaltenen Meßwerte wurden bei konstanter Drehzahl von 1500 U/Min, und einem konstanten Luft-Kraftstoffverhältnis von 16:1 erzielt, wobei die Zuführungsmenge bzw. das Zuführungsverhältnis in einem Bereich von 5 bis 20% geändert wird. In Fig.9 ist auf der Ordinate der Kraftstoffverbrauch be (gr/PS-h), die HC-Konzentration (ppm) und die ΝΟ,,-Konzentration (ppm), sowie auf der Abszisse das Verhältnis OZ? (%) zwischen öffnungsfläche und der Fläche bei vollständiger Öffnung der Auslaßdrosselklappe (das Öffnungsverhältnis der Auslaßdrosselklappe), und das Zuführungsverhältnis DR (⁰Io) aufgetragen. Darüber hinaus isi in F i g. S durch die gestrichelte Kurve / der spezielle Kraftstoffverbrauch be (gr/PS-h) und mit der gestrichelten Kurve j die HC-Konzentration bei einer herkömmlichen Zweitaktmaschine wiedergegeben. Die ausgezogene Kurve K zeigt den spezifischen Kraftstoffverbrauch be, die ausgezogene Kurve L die ΝΟ,-Konzentration und die ausgezogene Kurve M die Kohlenwasserstoff-Konzentration bei einer erfindungsgemäßen Zweitaktmaschine. Wie aus F i g. 9 zu ersehen ist, ist der spezifische Kraftstoffverbrauch be und die Kohlenwasserstoff-Konzentration der erfindungsgemäßen Maschine wesentlich kleiner, wenn die Belastung der Maschine reduziert ist, d. h. das Zuführungsverhältnis DR nimmt im Vergleich zu herkömmlichen Maschinen ab. Fig. 10 zeigt den spezifischen Kraftstoffverbrauch bei einer erfindungsgemäßen Zweitaktmaschine. In Fig. 10 ist auf der Ordinate der mittlere effektive Druck Pme und auf der Abszisse die Drehzahl pro Minute N (Upm) aufgetragen. Die. Zahlen, die in der in Fig. 10 dargestellten graphischen Wiedergabe angegeben sind, geben den spezifischen Kraftstoffverbrauch (gr/PS-h) an. In Fig. 10 ist der unterhalb der ausgezogenen Geraden 5 liegende Bereich der Bereich, in dem die Verbrennung bei aktiver Thermoatmosphäre vor sich geht. Wie die F i g. 1,2 und 3 zeigen, liegt eine Verbrennung bei aktiver Thermoatmosphäre bei einer Teilbelastung der Maschine über den gesamten Drehzahlbereich und über einen weiten Luft-Kraftstoff gemisch-Bereich vor. Wie Fig. 1 zeigt, kann die Verbrennung bei aktiver Thermoatmosphäre insbesondere auch bei einem mageren Luft-Kraftstoffgemisch mit einem Luft-Kraftstoffverhältnis von 16 :1 bis 21 : J auftreten. Dadurch ergibt sich der Vorteil, daß die Menge an schädlichem Kohlenwasserstoff-, Kohlenmonoxid- und NOr-Komponenten im Abgas gleichzeitig auch verringert werden kann.

F i g. 11 zeigt eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Zweitaktmaschir- üei dieser Ausführungsform ist an Stelle der stufenlos verstellbaren Drosselklappe des Spülkanals der ersten Ausführungsform im Überström-Kanalsystem ein Umschaltventil 34 mit durchgehendem Loch 33 angeordnet, das mit mehreren

Strömungskanälen des Überströmkanalsystems zusammenwirkt Das Umschaltventil 34 ist im Spülkanal 16 nahe der Kurbelkammer 8 angebracht Zusätzlich zum Spülkanal 16 sind ein erster Seitenkanal 35 und ein zweiter Seitenkanal 36 mit kleinerem Querschnitt als der Querschnitt des Spülkanals 16 vorgesehen. Das Umschaltventil 34 ist an der am Zylinderblock 1 drehbar angebrachten Ventilwelle 37 befestigt, und die Spitze eines an der Ventilwelle 37 befestigten Hebels 38 ist

über einen Draht 39 mit dem Gaspedal 24 verbunden. Wenn das Gaspedal 24 nicht niedergedrückt ist, d. h. während des Leerlaufs, steht der zweite Seitenkanal 36 über das Loch 33 des Umschaltventils 34 mit der Kurbelkammer 8 in Verbindung, wie dies in F i g. 11 dargestellt ist. Wenn das Oaspedal 24 dagegen durchgedrückt wird, dreht sich das Umschaltventil 34 im Gegenuhrzeigersinn und der erste Seitenkanal 35 steht über das Loch 33 des Umschaltventils 34 mit der Kurbelkammer 8 in Verbindung. Wenn danach das Gaspedal 24 noch weiter heruntergedrückt wird, steht der Spülkanal 16 über dem Loch 33 des Umschaltventils 34 mit der Kurbelkammer 8 in Verbindung. Wenn sich das Umschaltventil 34 in der in F i g. Π dargestellten Lage befindet, gelangt das Frischgas von der Kurbelkammer 8 über das Loch 33 und den zweiten Seitenkanal 36 in den Spülkanal 16. Wie F i g. 11 deutlich macht, ist der zweite Seitenkanal 36 länger als der erste Seitenkanal 35. Bei dieser Ausführungsform weist die Zweitaktmaschine mehrere Zylinder auf, und die Auslaßleitungen 19 aller Zylinder sind über einen Kanal 19' miteinander verbunden, der, in Strömungsrichtung gesehen, vor der Auslaßdrosselklappe 29 liegt.

Wie zuvor erläutert und in F i g. 11 dargestellt, gelangt das Frischgas aus der Kurbelkammer 8 über das Loch 33 des Umschaltventils 34 und den zweiten Seitenkanal 36 in den Spülkanal 16 und von dort über den Spülschlitz 15 in die Brennkammer 5, wenn die Maschine gering belastet ist. Da der zweite Seitenkanal 36 einen kleinen Querschnitt aufweist und lang ist, ist der Strömungswiderstand für das Frischgas im zweiten Seitenkanal 36 relativ groß, und infolgedessen strömt das Frischgas mit einer geringen Geschwindigkeit über den Spülschlitz 15 in die Brennkammer 5 ein, wie dies auch im Falle der Ausführungsform von F i g. 3 der Fall ist, bei der die Drosselklappe 25 im Spülkanal vorgesehen ist. Wenn die Maschine nur leicht belastet ist, ist der Unterdruck in der Ansaugleitung 12 relativ groß, weil die Drosselklappe 14 nur wenig geöffnet ist. Wenn der Kolben 4 daher nach oben läuft, wird in der Kurbelkammer 8 ein relativ großer Unterdruck erzeugt. Wenn dagegen der Kolben 4 abwärts läuft, wird der Druck in der Kurbel-

kammer 8 erhöht. Daher ist in der Kurbelkammer 8 abwechselnd Unterdruck und Überdruck. Infolgedessen wird das Frischgas im zweiten Seitenkanal 36 portionsweise in den Spülkanal 16 gebracht, wenn sich das Frischgas auf Grund des zuvor erwähnten abwechselnden Auftretens von Unterdruck und Überdruck im zweiten Seitenkanal 36 hin- und herbewegt. Da das Frischgas während langer Zeit im zweiten Seitenkanal 36 verbleibt und sich in ihm hin- und herverschiebt, wird die Vergasung bzw. Verdampfung des Kraftstoffes im zweiten Seitenkanal 36 verbessert bzw. unterstützt. Da ein Teil des Frischgases, welches auf Grund der Hin- und Herbewegung im zweiten Seitenkanal 36 in die Brennkammer 5 gelangt, wieder in den zweiten Seitenkanal 36 abgesaugt wird, wenn in der Kurbelkammer 8 ein Unterdruck erzeugt wird, wird darüber hinaus zu diesem Zeitpunkt die Vergasung des im Frischgas enthaltenen Kraftstoffes weiter verbessert und gleichzeitig wird das Frischgas auf Grund des Wärmeaustausches zwischen dem Frischgas und dem Restgas in der Brennkammer reformiert.

Da die Vergasung des im Frischgas enthaltenen, flüssigen Kraftstoffes verbessert und gleichzeitig das Frischgas reformiert wird, bevor es in die Brennkammer 5 gelangt, ist es durch den Seitenkanal möglich, auf einfache Weise und ohne Schwierigkeiten eine aktive Thermoatmosphäre in der Brennkammer 5 zu erzeugen. Daher ist es auch möglich, eine Verbrennung bei aktiver Thermoatmosphäre sicher durchzuführen, wenn die Maschine unter Teillast läuft.

Wenn das Gaspedal 24 niedergedrückt wird und dadurch die Maschinenleistung bzw. die Drehzahl ansteigt, gelangt — wie dies zuvor bereits erläutert wurde — Frischgas über den ersten Seitenkanal 35, der kürzer als der zweite Seitenkanal 36 ist, in den Spülkanal 16. Wenn das Gaspedal 24 noch weiter heruntergedrückt wird und die Maschine daher unter Vollast läuft, wird das Frischgas aus der Kurbelkammer 8 über das Loch 33 des Umschaltventils 34 direkt in den Spülkanal 16 geleitet.

Daher ist der Strömungswiderstand für das frischgas geringer, so daß dadurch die gewünschte hohe Ausgangsleistung erzielt werden kann.

Hierzu 9 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Selbstzündende Zweitakt-Brennkraftmaschine, bestehend aus einem Zylinderblock mit Auslaßkanal, einem im Zylinderblock hin- und herbeweglichen Kolben mit flachem Boden, einer an den Zylinderblock angesetzten Kurbelkammer mit Brenngasgemischeinlaß und einem die Kurbelkammer mit der Brennkammer verbindenden Oberströmkanal, dessen brennkammerseitige Mündung vom Kolben offen- und verschließbar ist und einen Querschnitt aufweist, der wenigstens so groß ist wie der des Oberströmkanals und im Öffnungszustand das als einziges Spülgas verwendete Brenngasgemisch in die Brennkammer leitet, dadurch_ gekennzeichnet, daß die Mündung des Überströmkanals (16) auf die Mitte der Brennkammer (5) gerichtet ist und daß sich im Überströmkanal (16) nahe dessen kurbelkammerseitigem Ende eine einstellbare Drosseleinrichtung (25) befindet

2. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Drosseleinrichtung eine Drosselklappe (25) ist oder Drosselklappen (25, 29) sind.

3. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 oder 2 mit einer Drosselklappe im Auslaßkanal, dadurch gekennzeichnet, daß das Volumen des Auslaßkaiials (19) zwischen Brennkammer (5) und Drosselklappe (29) kleiner ^:.st als das Volumen der Brennkammer (5) in [/T-Stellung des Kolbens (4).

4. Brennkraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Drosseleinrichtung im Überströmkanal (16) wenigstens einen Umwegkanal (35,36) aufweist, der relativ lang ist und über ein Umschaltventil (34) die Kurbelkammer (8) mit dem Überströmkanal (16) verbindet.

5. Brennkraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sich der Querschnitt des Überströmkanals (16) in Richtung auf die Brennkammer (5) vergrößert.