DE2743780A1

DE2743780A1 - Single cylinder two=stroke engine - has stepped piston smaller at top with annular chamber for mixt. richer than crankcase mixt.

Info

Publication number: DE2743780A1
Application number: DE19772743780
Authority: DE
Inventors: Claus Dipl Ing Waker
Original assignee: Fichtel and Sachs AG
Current assignee: ZF Sachs AG
Priority date: 1977-09-29
Filing date: 1977-09-29
Publication date: 1979-04-12

Abstract

The single-cylinder reciprocating IC engine functions on the two-stroke cycle. The piston (1) is of the stepped type, of smaller diameter at the top, and some at least of the transfer passages (3) to the combustion chamber are connected to the crankcase pump. One or more further transfer passages (4) are connected via a non-return valve (14) to the top end of the annular chamber (2) swept by the larger part of the piston. At the bottom, the annular chamber is connected via a further non-return valve (15) to an intake (7) for a rich fuel mixture, while a third such valve (16) connects the crankcase pump to a second intake (6) for air or weak mixture.

Description

Einzylinder-Hubkolben-Brennkraftmaschine Single cylinder reciprocating internal combustion engine

Die Erfindung bezieht sich auf eine Einzylinder-Hubkolben-Brennkraftmaschine nach dem Zweitaktprinzip.The invention relates to a single-cylinder reciprocating internal combustion engine according to the two-stroke principle.

Brennkraftmaschinen der obengenannten Bauart sind allgemein bekannt. Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, bei Brennkraftmaschinen dieser Bauart beispielsweise durch Schichtladung die Abgaszusammensetzung zu verbessern.Internal combustion engines of the type mentioned above are generally known. It is the object of the present invention in internal combustion engines of this type for example to improve the exhaust gas composition by stratified charging.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Kombination der folgenden Merkmale gelöst: a) Der Kolben ist als Stufenkolben ausgeführt, mit im oberen Bereich kleinerem Durchmesser; b) zumindest ein Teil der im Brennraum mündenden überströmkanäle ist mit der Kurbelkastenpumpe verbunden; c) zumindest ein weiterer Überströmkanal ist über ein Rückschlagventil mit dem oberen Ende des vom größeren Kolben überstrichenen Ringraumes verbunden; d) der Ringraum ist in seinem unteren Bereich über ein Rückschlagventil mit einem Ansaugkanal für brennstoffreiches Gemisch verbunden; e) die Kurbelkastenpumpe ist über ein Rückschlagventil mit einem Ansaugkanal für Luft oder brennstoffarmes Gemisch verbunden.This object is achieved in the present invention by the combination of the following Features solved: a) The piston is designed as a stepped piston, with in the upper area smaller diameter; b) at least some of the overflow channels opening into the combustion chamber is connected to the crankcase pump; c) at least one further overflow channel is via a check valve with the upper end of the swept by the larger piston Annulus connected; d) the annulus is in its lower area via a check valve connected to an intake passage for fuel-rich mixture; e) the crankcase pump is via a check valve with an intake duct for air or low fuel Mixture connected.

Durch die Kombination der Teilmerkmale a bis e kann bei einer zbeitakt Elnsylinder^Hubkolben-Brennkraftmaschine in ganz besonder. vorteilhafter Weise unter Beibehaltung ihres einfachen Bauprinzips über zwei getrennte Systeme von Überströmkanälen mit entsprechenden Pumpräumen und Ansaugkanälen eine ganz wirksame Ladungsschichtung erzielt werden. Dabei ist es möglich, über das eine Ansaugsystem reine Luft bzw. ein mageres Brennstoff-Luft-Gemisch anzusaugen und über das andere System ein fettes Brennstoff-Luft-Gemisch. Durch die Verwendung eines Stufenkolbens ergibt sich außer dem Vorteil der beiden getrennten Pumpräume noch der Vorteil einer mit höherem Druck arbeitenden Kurbelkastenpumpe, bezogen auf den hubraum der Brennkraftmaschine. Dabei sind die Ubrigen Uberströmkanäle direkt mit der Kurbelkastenpumpe verbunden, während zumindest ein zusätzlicher überströmkanal über ein Rückschlagventil in Form einer Membrane mit dem Ringraum, gebildet durch die größere Zylinderbohrung und den Kolbenschaft der kleineren Kolbenbohrung, verbunden ist. Sowohl die Kurbelkastenpumpe als auch der Ringraum werden durch getrennte Ansaugkanäle über Membranen entweder mit reiner Lüft und einem fetten Gemisch bzw.By combining the partial features a to e, a zbeitakt Single cylinder reciprocating internal combustion engine in a very special way. advantageously under Retention of their simple construction principle via two separate systems of overflow ducts with corresponding pump rooms and intake ducts is a very effective one Charge stratification can be achieved. It is possible to use one of the suction systems to suck in pure air or a lean fuel-air mixture and over the other System a rich fuel-air mixture. By using a graduated piston In addition to the advantage of the two separate pump chambers, there is also the advantage of one Crankcase pump operating at a higher pressure, based on the displacement of the internal combustion engine. The other overflow ducts are directly connected to the crankcase pump, while at least one additional overflow channel via a check valve in the form a membrane with the annular space, formed by the larger cylinder bore and the piston skirt of the smaller piston bore is connected. Both the crankcase pump as well as the annular space are either through separate intake ducts via membranes with pure air and a rich mixture or

magerem Gemisch und fettem aemisch gespeist.lean mixture and rich aemisch fed.

In besonders vorteilhafter Ausgestaltung des Erfindungsgedankens wird vorgeschlagen, daß zwischen dem weiteren Überströmkanal und dem entsprechenden Rtlckschlagventil ein Speicherraum angeordnet ist. Damit kann das über den Ringraum und die größere Kolbenstufe geförderte fette Gemisch vorverdichtet bereitgehalten werden, bis bei der Abwärtsbewegung des Stufenkolbens der Uberströmkanal von der Kolbenoberkante freigegeben wird und das fette Gemisch ganz gezielt mit starkem Druck zur Bildung der Schicht ladung in den Brennraum einströmen kann, Eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung der Brennkraftmaschine insbesondere im Hinblick auf Bearbeitung und Montage ist dadurch zu erzielen, daß die beiden Ansaugkanäle für die Kurbelkastenpumpe und den Ringraum zusammen mit dem Speicherraum ein einziges Bauteil bilden, das an einer gemeinsamen Dichtfläche am Zylinder-Kurbelgehäuse-Block anbringbar ist. Dieses Bauteil kann beispieisweiße als Druckgußteil hergestellt werden und benötigt somit keine Feinbearbeitung mehr.In a particularly advantageous embodiment of the inventive concept suggested that between the further overflow channel and the corresponding check valve a storage space is arranged. This can be done through the annulus and the larger one Piston stage pumped fat mixture are kept ready, precompressed, until at the downward movement of the stepped piston of the overflow channel from the upper edge of the piston is released and the rich mixture is formed very specifically with strong pressure the stratified charge can flow into the combustion chamber, a particularly advantageous one Design of the internal combustion engine in particular with regard to machining and Assembly can be achieved in that the two intake ducts for the crankcase pump and the annular space together with the storage space form a single component which can be attached to a common sealing surface on the cylinder / crankcase block. This component can, for example, be manufactured and required as a die-cast part thus no more fine machining.

In vorteilhafter Weite sind die RUckschlagventile als Membranventile ausgeführt und 8ind im Bereich der Dichtflflche zwischen dem gemeinsamen einzigen Bauteil und dem Zylinder-Kurbelgehäuse-Block angeordnet. Damit können auch diese Membranventile zu einem Bauteil zusammengefaßt werden, indem sie auf eine gemeinsame Trägerplatte aufgebracht werden und diese Trägerplatte über entsprechende Dichtungsmaterialien einmal zum gemeinsamen Bauteil hin und zum anderen zum Zylinder-Kurbelgehäuse-Block hin abdichten.The non-return valves are diaphragm valves in an advantageous manner and are located in the area of the sealing surface between the common single component and the cylinder crankcase block. So can too these diaphragm valves are combined into one component by clicking on a common carrier plate are applied and this carrier plate via corresponding Sealing materials on the one hand to the common component and on the other hand to the cylinder / crankcase block seal off.

Die Erfindung wird an Hand eines Ausführungsbeispieles näher erläutern Die Darstellung zeigt einen Schnitt durch eine Einzylinder-Hubkolben-Brennkraftmaschine nach dem Zweitaktprinzip mit Stufenkolben. Der Stufenkolben 1 ist in seiner unteren Totpunktlage dargestellt Wie bei Stufenkolben allgemein üblich, weist der zum Brennraum hin abdichtende Kolbenbereich den kleineren Durchmesser auf, während an seinem unteren Ende eine Stufe angeordnet ist - mit einem größeren Durchmesser. Der Kolben gleitet mit seinem kleineren Durchmesserbereich in einer Zylinderbohrung 11 des Zylinders 10, welcher in bekannter Weise mit Kanälen ausgestattet ist Im vorliegenden Ausführungsbeispiel weist der Zylinder 10 einen Auslaßkanal 8 auf, zwei sich gegenüberliegende Uberströmkanäle 3 sowie einen Uberströmkanal 4. In den oberen Bereich des Brennraumes reicht eine Zündkerze 13 hinein. Der Zylinder 10 setzt sich nach unten, unterhalb der öffnungen der Uberströmkanäle und des Auslaßkanals, in einer großen Zylinderbohrung 12 fort, in welcher die Stufe mit dem größeren Durchmesser des Stufenkolbens 1 gleitet Dadurch wird zwischen der Zylinderbohrung 12 und dem Kolbenhemd des Kolbens mit dem kleineren Durchmesser ein Ringraum 2 gebildet. Dieser Ringraum 2 weist sein größtes Volumen im unteren Totpunkt des Stufenkolbens 1 und sein kleinstes Volumen im oberen Totpunkt auf q Dieser Ringraum 2 ist in seinem obersten Bereich über einen Uberströmkanal 18 sowie ein Membranventil 14 mit einem Speicherraum 5 verbunden, aus welchem der Vberströmkanal 4 in den Brennraum reicht. In seinem untersten Bereich weist der Ringraum 2 eine durch ein Membranventil 15 absperrbare Verbindung mit einem Ansaugkanal 7 auf. Dieser Ansaugkanal 7 ist mit einer Einrichtung zur Herstellung eines fetten Gemisches verbunden, Der Zylinder 10 ist auf ein Kurbelgehäuse 9 aufgesetzt, welches in üblicher Weise in Verbindung mit dem großen Durchmesserbereich des Stufenkolbens 1 als Kurbelkantenpumpe wirkt. In diesem Kurbelgehäuse 9 bewegt sich das Pleuel 17. Das Kurbelgehause 9 ist ueber einen Ansaugkanal 6 sowie über ein Membranventil 16 entweder über eine Luftfiltereinrichtung direkt mit der Umgebungsluft oder mit einer Einrichtung zum Liefern eines kraftstoffarmen Gemisches verbunden Im gemeinsamen Bauteil 19 sind der Ansaugkanal 6, der Ansaugkanal 7 sowie der Speicherraum 5 zusammengefaßt. Die Vberstromkanäle 3, deren in den Brennraum reichende Öffnungen direkt von der Oberkante des Stufenkolbens 1 gesteuert werden, sind mit ihren anderen Enden mit dem Innenraum des Kurbelgehäuses 9 verbunden.The invention is explained in more detail using an exemplary embodiment The illustration shows a section through a single-cylinder reciprocating internal combustion engine based on the two-stroke principle with stepped pistons. The stepped piston 1 is in its lower Dead center position shown As is generally the case with stepped pistons, the points towards the combustion chamber towards sealing piston area on the smaller diameter, while at its lower At the end of a step is arranged - with a larger diameter. The piston slides with its smaller diameter area in a cylinder bore 11 of the cylinder 10, which is equipped with channels in a known manner. In the present exemplary embodiment the cylinder 10 has an outlet channel 8, two opposite overflow channels 3 and an overflow duct 4. One extends into the upper area of the combustion chamber Insert spark plug 13. The cylinder 10 sits down below the openings the overflow ducts and the exhaust duct, continued in a large cylinder bore 12, in which the step with the larger diameter of the stepped piston 1 slides is between the cylinder bore 12 and the skirt of the piston with the smaller one An annular space 2 is formed in diameter. This annular space 2 has its largest volume in the bottom dead center of the stepped piston 1 and its smallest volume in the top dead center on q This annular space 2 is in its uppermost area via an overflow channel 18 and a diaphragm valve 14 connected to a storage space 5 from which the Vberströmkanal 4 extends into the combustion chamber. In its lowest area, the Annular space 2 has a connection, which can be shut off by a diaphragm valve 15, to an intake duct 7 on. This intake channel 7 is provided with a device for producing a fat Mixture connected, the cylinder 10 is placed on a crankcase 9, which usually in connection with the large diameter range of the stepped piston 1 acts as a crank-edge pump. The connecting rod moves in this crankcase 9 17. The crankcase 9 is via an intake duct 6 and a diaphragm valve 16 either directly with the ambient air via an air filter device or connected to a means for supplying a fuel-lean mixture In the common component 19 are the intake channel 6, the intake channel 7 and the storage space 5 summarized. The overflow channels 3, their openings reaching into the combustion chamber controlled directly from the top of the stepped piston 1 are with their other Ends connected to the interior of the crankcase 9.

Die Wirkungsweise der dargestellten Brennkraftmaschine ist folgende; Zum besseren Verständnis wird von der oberen Totpunktlage des Stufenkolbens 1 ausgegangen. In dieser Kolbenstellung wird das im Kompressionsraum komprimierte Kraftstoff-Luft-Gemisch durch einen Zündfunken der Zündkerze 13 entzündet. Die daraufhin entstehende Verbrennung bewirkt eine Bewegung des Stufenkolbens 1 nach unten. Während dieser Bewegung beginnt die Vorverdichtung des im Kurbelgehäuse 9 bei der vorangegangenen Aufwärtsbewegung des Stufenkolbens 1 über den Ansaugkanal 6 und das Membranventil 16 angesaugten Mediums Bei diesem Medium kann es sich sowohl um reine Luft als auch um ein mageres Gemisch handeln. Dieser Vorverdichtungsvorgang setzt sich so weit fort, bis die Kolbenoberkante die Oberströmkanäle 3 freigibt. Zu diesem Zeitpunkt hat bereits die Freigabe des Auslaßkanals 8 stattgefunden, so daß bereits ein Teil der verbrannten Gase ins Freie gelangen konnte. In bekannter Weise erfolgt nun das Einströmen des Mediums über die Vberströmkanäle 3 in den Brennraum. Gleichzeitig entsteht im Ringraum 2 durch die Abwärtsbewegung des Stufenkolbens 1 ein Unterdruck, durch welchen im Bereich der unteren Totpunktlage fettes Gemisch über den Ansaugkanal 7 und das Membranventil 15 in den Ringraum 2 angesaugt wird. Die Kolbenoberkante gibt im unteren Bereich der möglichen Kolbenstellung ebenfalls den Uberströmkanal 4 frei, welcher das Einströmen von fettem Gemisch aus dem Speicherraum 5 ermöglichst Dieses fette Gemisch stand bis zu diesem Zeitpunkt im Speicherraum 5 unter einem hohen Druck und strömt nun gezielt in den Brennraum bis in den Bereich der Zündkerze 13. Bei der anschließenden Aufwärtsbewegung des Stufenkolbens 1 werden nacheinander die Vberströmkanäle 4, 3, der Auslaßkanal 8 sowie die in den Ringraum 2 reichende oeffnung des Ansaugkanals 7 von den entsprechenden Kolbenteilen Uberfahren. Es erfolgt die Kompression des im Brennraum eingeschlossenen Gemisches sowie gleichzeitig infolge der Ausbildung eines Unterdruckes im Kurbflgehäuse 9 der Ansaugvorgang des Mediums über den Ansaugkanal 6 und das Membranventil 16 sowie eine Kompression des im Ringraum 2 angesaugten fetten Gemisches und seine Überführung über das Membranventil 14 in den Speicherraum 5, der zum Zylinder 10 hin bereits durch das Kolbenhemd abgeschlossen ist.The mode of operation of the internal combustion engine shown is as follows; For a better understanding, the top dead center position of the stepped piston 1 is assumed. The fuel-air mixture compressed in the compression chamber is in this piston position ignited by an ignition spark of the spark plug 13. The resulting burn causes the stepped piston 1 to move downwards. During this movement begins the pre-compression of the in the crankcase 9 during the previous upward movement of the stepped piston 1 is sucked in via the intake channel 6 and the diaphragm valve 16 Medium This medium can be either pure air or lean air Act mixture. This pre-compression process continues until the The upper edge of the piston releases the upper flow channels 3. At this point it has already the release of the outlet channel 8 has taken place, so that some of the burned Gases could get into the open. The inflow of the now takes place in a known manner Medium via the overflow channels 3 into the combustion chamber. At the same time arises in the annulus 2 by the downward movement of the stepped piston 1, a negative pressure, through which in the Area of bottom dead center rich mixture via the intake port 7 and the diaphragm valve 15 is sucked into the annular space 2. The top of the piston is in the lower area the possible piston position also free the overflow channel 4, which the inflow of rich mixture from the storage space 5 enables this rich mixture to stand up to this point in time in the storage space 5 under a high pressure and is now flowing targeted into the combustion chamber up to the area of the spark plug 13. During the subsequent Upward movement of the stepped piston 1, the overflow channels 4, 3, the outlet channel 8 and the opening of the intake channel reaching into the annular space 2 7 passed over by the corresponding piston parts. The compression of the mixture enclosed in the combustion chamber and at the same time as a result the formation of a negative pressure in the crankcase 9 the suction process of the medium Via the intake duct 6 and the diaphragm valve 16 as well as a compression of the in the annular space 2 sucked in fatty mixture and its transfer via the diaphragm valve 14 in the storage space 5, which is already closed to the cylinder 10 by the piston skirt is.

Mit der beschriebenen Brennkraftmaschine ist es möglich, unter Beibehaltung des einfachen Aufbaues einer Zweitakt-Brennkraftmaschine eine exakt steuerbare Ladungsschichtung zu erzielen. Dabei wird gerade das fette Gemisch, dem Schmieröl beigefügt werden kann, besonders gut aufbereitet, da es mehrere Räume und zwei Ventile durchströmt, LeerseiteWith the internal combustion engine described it is possible while maintaining the simple structure of a two-stroke internal combustion engine, an exactly controllable charge stratification to achieve. In doing so, the rich mixture will be added to the lubricating oil can, particularly well prepared, as it flows through several rooms and two valves, Blank page

Claims

PATENT CLAIMS 1. Single-cylinder reciprocating internal combustion engine according to the Two-stroke principle, characterized by the combination of the following features: a) The piston is designed as a stepped piston (1) with a smaller one in the upper area Diameter; b) at least some of the overflow channels (3) opening into the combustion chamber is connected to the crankcase pump; c) at least one further overflow channel (4) it has a check valve (14) with the upper end that of the larger piston swept annulus (2) connected; d) the annular space (2) is in its lower Area rier a check valve (15) with an intake duct (7) for fuel-rich Mixture connected; e) the crankcase pump is connected to a non-return valve (16) an intake duct (6) for air or low-fuel mixture connected 2. Internal combustion engine according to claim 1, characterized in that between the further overflow channel (4) A storage space (5) is arranged in the corresponding check valve (14) is.

3. Internal combustion engine according to claims 1 and 2 dl (ltlrch characterized, that the two intake ducts (h, 7) for the crankcase pump and the annular space (2) together with the storage space (5) form a single component (19) which is attached to a common sealing surface on the cylinder crankcase Rlock can be attached 4, internal combustion engine according to claims 1 to 3, characterized in that the check valves (14 to 16) are designed as diaphragm valves and in the area of the sealing surface between Component (19) and cylinder crankcase block are arranged.