DE2945593A1

DE2945593A1 - Kolbengesteuerte zweitakt-einspritzbrennkraftmaschine

Info

Publication number: DE2945593A1
Application number: DE19792945593
Authority: DE
Inventors: Joachim Dipl Ing Boehme; Werner Dr Ing Hoffmann; Volkmar Prof Dr Sc Kuentscher
Original assignee: ZSCHOPAU MOTORRAD VEB
Current assignee: ZSCHOPAU MOTORRAD VEB
Priority date: 1979-01-18
Filing date: 1979-11-12
Publication date: 1980-07-31
Also published as: GB2039614B; GB2039614A; DD140269A1; CS223569B1

Description

Kolbengesteuerte Zweitakt-Einspritg;brennkraftmaschine Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung bezieht sich auf eine kolbengesteuerte Zweitakt-Einspritzbrennkraftmaschine mit Ein- und Auslaßkanälen, mit längs der Zylinderachse auf- und absteigenden Spülströmen und mit einer im Zylinderkopf befindlichen Einspritzdüse und Zündquelle, wobei der Kraftstoffstrahl in an sich bekannter V/eise in Richtung auf den Kolben gerichtet ist.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Vorbekannt ist durch die DE - PS 720 728 eine Brennkraftmaschine, bei der der Kraftstoff gegen den aufsteigenden Spülstrom bei geschlossenen Auslaßkanälen eingespritzt wird ο

Weiterhin ist gemäß der DE - PS 923 753 eine Brennkraftmaschine vorbekannt, bei der der Kraftstoff schräg, im Sinne von geneigt, in den aufsteigenden Spülstrom, entgegen dessen Strömungsrichtung, eingespritzt wird. Dabei soll bei der Umlenkung des Spülstromes die Einspritzdüsenachse mit dem Spülstrom tangieren_o PUr die aufgeführten vorbekannten Brennkraftmaschinen mit Kraftstoffeinspritzung war kennzeichnend, daß zur Herstellung eines homogenen Gemisches die kinetische Energie des Kraftstoffstrahles ausgenutzt wurde. Die Spülverluste konnten zwar weitestgehend vermieden werden, weil meist erst bei geschlossenem Auslaßschlitz eingespritzt wurde,

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es gelangte aber nicht immer, vor allem aber bei geringen Lasten, ein zündfähiges Gemisch an die Zündkerze.

Vorbekannt sind Brennkraftmaschinen mit im Zylinder und im Kolben angeordneten Brennräumen, die als Schichtladungsmotoren funktionieren. Nach der DE - AS 1 900 404 ist ein Zweitakt-Otto-Schichtladungsmotor mit Schnürle-Umkehrspülung bekannt, bei dem mittels direkter Kraftstoffeinspritzung entgegen des Luftstromes eingespritzt wird. Dabei wird in die Randschicht des durch den Zylinderkopfvorsprung abgelenkten Luftströmes gespritzt. Der in der Vertiefung des Zylinderkopfes angelagerte Kraftstoff wird durch die nachströmende Luft als Schicht herausgetragen. Nachteilig wirkt sich hierbei aus, daß zur Erzeugung eines homogenen Gemisches an der gegenüberliegenden Seite eine Mehrlocheinspritzdüse verwendet wird, da die Strömungsintensität in Wandnähe zu gering ist für das Heraustragen größerer Kraftstoffschichten. 7/eiterhin ist nach der DE - AS 223 3962 eine gemischverdichtende Brennkraftmaschine vorbekannt, die zwei halbkugelförmige versetzte Schalen aufweist, wobei durch Anbringung zusätzlicher sichelförmiger "Stolperkanten" oder Ablenknasen die Quetschströmung intensiviert werden soll. In dieser Schrift ist auf die besonderen Belange der Halbschalenlage im Kolben und Zylinderkopf hinsichtlich der Spülung beim 2-Takt-Motor nicht eingegangen worden.

Ziel der Erfindung

Zweck der Erfindung ist es, die genannten Nachteile der vorbekannten Zweitakt-Einspritzbrennkraftmaschinen zu beseitigen und ihr Anwendungsgebiet zu erweitern sowie die Schadstoffemission, insbesondere die unverbrannten Kohlenwasserstoffe, herabzusetzen.

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zum V/esen der Erfindung

Aufgabe der Erfindung ist es, für eine Brennkraftmaschine der eingangs beschriebenen Art eine geeignete Brennraumform und Düsenordnung zu finden, die eine geregelte Verbrennung bei Drallströmung im Brennraum zu realisieren gestattet» Dabei soll trotz Abmagerung des Gemisches vor allem bei Teillast ein zündfähiges Gemisch an der Kerze vorliegen. Dabei soll insbesondere die Einspritzung des Kraftstoffes in der Weise erfolgen, daß geringe Verluste an Kraftstoff durch den zum Auspuff strömenden Spülzweig auftreten., Die vorbeschriebene Aufgabe wird dadurch gelöst, daß ein an sich bekannter im Zylinderkopf und im Kolbenboden angeordneter mit versetzten Brennraumschalen ausgestatteter Brennraum (voll- oder halbkugel-, muschel-, linsen-, ellipsoid- oder tonnenförmig) vorhanden ist und um den oberen Totpunkt im Brennraum eine mit der Quetschströmung gleichgerichtete quer zur Zylinderachse rottierende Drallströmung erzeugenden Spülströmung und der aus der Einspritzdüse austretende Kraftstoffstrahl vorzugsweise parallel oder teilweise leicht geneigt zum aufsteigenden Spülstrom und auf die BrennraumsehaIe im Kolbenboden gerichtet ist. Vorteilhaft ist es, wenn die durch die Versetzung der Brennraumschalen entstehenden Abrißkanten rechtwinklig bzw. stumpf- oder spitzv/inklich ausgeführt sind. Durch diese bestimmte Gestaltung der Brennraumkanten wird f.Iikroturbulenz erreicht, wodurch der Kraftstoff sehr schnell und innig mit der Luft vermengt und dem Verbrennungsprozeß über Abrißkanten zugeführt wird. Als besonders vorteilhaft ist die Lage der Brennraumschale im Kolbenboden im Bereich der sich kreuzenden aufsteigenden Spülströme. Diese Anordnung gewährleistet eine gute Spülung der Brennraumschale im Kolbenboden durch die eintretenden Frischgase. Der Brennraum ist so ausgelegt worden, daß der vornehmlich bei Zweitakt-Brennkraftmaschinen vorhandene Drall der einströmenden Luft des Spülströmes im Brennraum erhalten bleibt und zusätzlich durch Quetschströmung angefacht wird. Dadurch wird eine Ladungsschichtung erreicht und der Verbrennungsablauf durch die Turbulenz beschleunigt«

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Die Kraftstoffeinspritzung erfolgt dabei nahezu parallel oder gering geneigt zum aufsteigenden Spülstrom. Diese Richtung des Einspritzstrahles ist sehr vorteilhaft, da nicht in Richtung des Auslaßkanales eingespritzt wird und somit Spülverluste vermieden werden. Der Brennraum ist weiterhin so gestaltet, daß in ihm im wesentlichen die Teillastkraft stoff-Einspritzmenge bei relativ spätem Einspritzbeginn, d. h. kurz vor dem Zündzeitpunkt, eingelagert werden. Dabei wird der beim Einspritzen zum großen Teil auf die Brennraumwand aufgetragene Kraft stoffanteil durch den Wirbel und die Trägheitswirkung beim Abbremsen des Kolbens abgetragen und mit der Luft vermischt. Dabei wurde gefunden, daß es vorteilhaft ist, wenn zur Erzielung großer Leistung relativ früh, d. h. in der Nähe des unteren Totpunktes, eingespritzt wird.

Es ist weiterhin vorteilhaft, die Zündquelle zur Erzielung einer stabilen Zündung hinter den Abrißkanten anzuordnen. Diese Kerzenanordnung am Übergang Quetschspalt zum Brennraum gewährleistet gleichzeitig ein Hineinbrennen der .Flamme auch in den Quetschspalt und führt damit zu schadstoffarmen Abgasen und Kraftstoffverbrauchsverringerung.

Soweit ein kleiner 2-Takt-Dieselmotor betrieben wird mit einem definierten Zündpunkt, ist als Zündquelle eine Glühkerze möglich.

Ausführungsbeispiel der Erfindung

Anhand einer Zeichnung soll ein Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben werden. Es zeigt:

Fig. 1 - eine Zylindereinheit der kolbengesteuerten Zweitakt-Einspritzbrennkraftmaschine mit Ein- und Auslaßkanälen und einer im Zylinderkopf befindlichen Einspritzdüse und Zündquelle bei Kolbenstellung im unteren Totpunkt.

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Pig. 2 - wie Fig. 1 - zeigt den Schnitt A-B und die vorzugsweise Lage der Kolbenbrennraumschale.

Fig. 3 - wie Pig. 1 - zeigt die Kolbenstellung bei geschlossenen Auslaß- und Überströmkanälen.

Pig. 4 - wie Pig. 1 - zeigt die Kolbenstellung im oberen Totpunkt.

Bei der gemäß Fig. 1, 2, 3 und 4 dargestellten kolbengesteuerten Zweitakt-Einspritzbrennkraftmaschine mit Einlaßkanälen 5 und β und Auslaßkanal 7 und mit einer im Zylinderkopf 18 befindlichen Einspritzdüse 1 und Zündquelle (Zündkerze) 2, ist der Brennraum in zwei Brennraumschalen 3 und 4 teilweise im Zylinderkopf 18 und im Kolben 19 angeordnet. Dieser Brennraum aus zusammengesetzten Brennraumschalen 3 und 4 kann kugel-, linsen-, muschel-, ellipsoid- oder tonnenförmig ausgebildet sein. Die durch die Einlaßkanäle 5 und 6 in den Zylinder eintretenden Spülströme 14 und 15 bilden einen aufsteigenden Spülstrom 16. Dabei bleibt der während des SpülVorganges im Zylinder vorhandene Drall 12 des Spülstromes erhalten und wird später durch den in gleicher Richtung einsetzenden Quetschstrom unterstützt.

Die Anordnung der Einspritzdüse 1 gewährleistet, daß der Kraftstoffstrahl 11 so gerichtet ist, um bei kleinen und mittleren Belastungen, d. h. bei geringen Kraftstoff-Einspritzmengen, die gleichzeitig relativ spät, d. h. kurz vor dem Zündzeitpunkt, eingespritzt werden, der größte Teil der Kraftstoffmenge direkt in den durch die Brennraumschalen gebildeten Brennraum gelangt. Durch die Versetzung der Brennraumschalen 3 und 4 werden die Abrißkanten 8 und 9 gebildet. Auf die Brennraumwand aufgespritzter bzw. in V/andnähe angelagerter Kraftstoff wird durch die Strömung um die Abrißkanten 8 und 9 verwirbelt und dem Verbrennungsprozeß zugeführt, so daß eine ökonomische Verbrennung mit geringen Anteilen unverbrannter Kohlenwasserstoffe in den Abgasen stattfindet.

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Der von der Abrißkante 8 abgeleitete Kraftstoff wird direkt der Zündquelle (Zündkerze) 2 zugeführt, so daß auch bei extrem mageren Teillastgemischen eine Verbrennung stattfinden kann. Gleichzeitig fördert diese Kerzenposition am Rande des Quetschspaltes 10 die Verbrennung auch in diesem Gebiet. Bei Vollast wird der Kraftstoffstrahl 11 relativ früh, d. h. kurz nach dem unteren Totpunkt, eingespritzt. Dies ermöglicht eine Verringerung des Ladungsschichtungseffektes in Richtung Raumladung. Damit wird im Gegensatz zu anderen Verfahren auch eine große Vollastleistung garantiert.

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Claims

Erfindun^sanspruch

Kolbengesteuerte Zv/oitakt-Einspritzbrennkraftrnac chine mit Ein- und Auslaßkanülon, mit längs der Zylinderachse auf- und absteigenden Spülströmen und mit einer im Zylinderkopf befindlichen Einspritzdüse und Zündquelle, wobei der Kraftstoffstrahl in an sich bekannter './eicc in Richtung auf den Kolben zu gerichtet ist, gekennzeichnet dadurch, daß sie einen an sich bekannton im Zylinderkopf (18) und im Kolbenboden (19) angeordneten mit versetzten voll- oder halbkugel-, muschel-, linsen-, ellipsoid- oder tonnenförmigen Brennraumschalen (3), (4) ausgestatteten Brennraum aufweist und wobei bei Kolbenstellungen um den oberen Totpunkt im Brennraum eine mil der Quetschströmung gleichgerichtete quer zur Zylinderachse rotierende Drallströmung (12) erzeugenden Spülströmung (16) vorhanden ist und der aus der Einspritzdüse (1) austretende Kraftstoffstrahl (11) vorzugsweise parallel oder teilweise geneigt zum aufsteigenden Spülstrom (16) und auf die Brennraumschale (3) im Kolbonboden (19) gerichtet ist.

Kolbengesteuerte Zweitakt-Einspritzbrennkraftmaschine nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß die durch die Versetzung der Brennraumschalen (3), (4) entstehenden Abrißkanten (8), (9) stumpf-, rocht- oder spitzwinklig ausgeführt sind.

Kolbengesteuerte Zweitakt-Einspritzbrennkraftmaschine nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß der Versatz der Brennraumschalen (3), (4) untereinander bis zu 25 des Kolbendurchmessers beträgt und die Brennraumschale (3) sich vorzugsweise auf der Linie Mitte Auslaßkanal-Zylinderbohrungsmitte (17) befindet ο

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ORIGINAL INSPECTED

4. Kolbengesteuerte Zweitakt-Einspritzbrennkraftmaschine nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß das Zentrum der Brennraumschale (3) vorzugsweise etwa im Schnittpunkt (13) der sich kreuzenden aufsteigenden Spülströme (14)» (15) angeordnet ist.

5. Kolbengesteuerte Zweitakt-Einspritzbrennkraftmaschine nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß bei hohen Belastungen, do h. großen Kraft stoffeinspritzmengen, der durch die BrennraumsehaIe (3) begrenzte Weg des Kraftstrahles (11) mindestens 30 % des Kolbenhubes und daß mit abnehmender Belastung, do h. kleineren Kraftstoffeinspritzmengen, der Weg des KraftstoffStrahles (11) mindestens 10 ^c/o des Kolbenhubes entspricht.

6. Kolbengesteuerte Zweitakt-Einspritzbrennkraftmaschine nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß als Zündquelle (2) eine Zündkerze am Übergang Quetschspalt (10) zur BrennraumschaIe (4) angeordnet ist.

7. Kolbengesteuerte Zweitakt-Einspritzbrennkraftmaschine nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß die Zündquelle (2) eine Glühkerze ist.

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