DE3816331A1 - Mixture-compressing two-stroke internal combustion engine - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine gemischverdichtende Zweitaktbrennkraftmaschine gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.The invention relates to a mixture-compressing two-stroke internal combustion engine according to the preamble of claim 1.
Zweitaktbrennkraftmaschinen weisen gegenüber den für Kraftfahrzeuge üblicherweise verwendeten Viertaktbrennkraftmaschinen wegen der nur halb so großen Zahl der Ar beitstakte einen auf die abgegebene Leistung bezogen wesentlich geringeren Reib leistungsanteil auf. Sie können daher im Zusammenhang mit den Bestrebungen, die Fahrzeugantriebe hinsichtlich des Kraftstoffverbrauchs zu optimieren, eine sinnvolle und vorteilhafte Antriebsvariante darstellen. Dabei ist es auch schon bekanntgewor den, die bei üblichen Zweitaktmaschinen im allgemeinen verwendeten Schlitzsteuerun gen für den Ein- und/oder Auslaß durch Ventile zu ersetzen, so daß der grundsätzliche Aufbau einer derartigen Zweitaktbrennkraftmaschine nicht mehr wesentlich von dem jenigen einer Viertaktbrennkraftmaschine abweichen muß. Um bei den notwendigerwei se sehr kurzen Ein- und Auslaßsteuerzeiten noch einen ausreichend guten Ladungs wechsel und eine zufriedenstellende Füllung zu erzielen, ist es aber in jedem Fall er forderlich, das Einlaßdruckniveau mit Hilfe eines Ladegeräts (Spülgebläse) anzuheben.Two-stroke internal combustion engines usually face those for motor vehicles used four-stroke engines because of the half the number of Ar beitstakt a significantly lower friction related to the output performance share on. You can therefore in connection with the aspirations that Optimizing vehicle drives with regard to fuel consumption makes sense and represent advantageous drive variant. It has also become known slot controls commonly used in conventional two-stroke engines conditions for the inlet and / or outlet to be replaced by valves, so that the basic Structure of such a two-stroke internal combustion engine is no longer significantly different from that must deviate from that of a four-stroke internal combustion engine. In order for the necessarily very short intake and exhaust control times still a sufficiently good load change and to achieve a satisfactory filling, it is in any case he required to raise the inlet pressure level using a charger (flushing fan).
Besondere Schwierigkeiten bestehen bei derartigen Zweitaktbrennkraftmaschinen je doch hinsichtlich einer wirkungsvollen Spülung des Arbeits- und Zylinderraumes, wenn das unter Druck einströmende Frischgas während der nur kurzen Überschneidungspe rioden zwischen den Ein- und Auslaßöffnungszeiten des verbrannten Gas über die Aus laßventile auszuschieben versucht. Hierbei soll nach Möglichkeit das gesamte verbrann te Gas aus dem Zylinderbrennraum herausgeschoben, gleichzeitig aber verhindert wer den, daß Frischgas, insbesondere aber Kraftstoff enthaltende Gasbestandteile, in wesentlichen Mengen durch den Auslaß austreten kann. Die Kraftstoffzuführung wird also zum einen durch die ohnehin schon kurzen Einlaßöffnungszeiten infolge des verwende ten Zweitaktverfahrens erschwert; eine zusätzliche Erschwerung ergibt sich aber noch dadurch, daß zum Zwecke der Vermeidung eines Ausschiebens von Kraftstoff durch den Auslaß das zuerst in dem Brennraum eintretende und die Abgase aus dem Brennraum ausspülende Frischgas noch keinen Kraftstoff enthalten sollte. Die Kraftstoffzufuhr darf daher erst nach dem Einlaßöffnen erfolgen.There are particular difficulties with such two-stroke internal combustion engines but with regard to an effective flushing of the working and cylinder space, if the fresh gas flowing in under pressure during the short overlap pe Periods between the inlet and outlet opening times of the burned gas over the off attempted to push out the let valves. The whole should be burned if possible gas is pushed out of the cylinder combustion chamber, but at the same time prevented that that fresh gas, but especially fuel-containing gas components, in substantial quantities can escape through the outlet. The fuel supply is so on the one hand due to the already short opening times as a result of the use ten-stroke process complicated; however, there is an additional complication characterized in that for the purpose of preventing fuel from being pushed out by the Exhaust the first entering the combustion chamber and the exhaust gases from the combustion chamber purging fresh gas should not contain any fuel. The fuel supply may therefore only take place after opening.
Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht daher darin, eine Zweitaktbrenn kraftmaschine der im Oberbegriff des Patentanspruchs angegebenen Art zu schaffen, bei der eine wirkungsvolle Spülung des Zylinderraums erreicht sowie die Gefahr des Frischgasverlustes kleingehalten und die Gefahr des Kraftstoffverlustes ausgeschlossen werden kann. Darüber hinaus soll die Kraftstoffzufuhr mit möglichst einfachen Mitteln realisiert werden können.The object on which the invention is based is therefore a two-stroke burner to create an engine of the type specified in the preamble of the patent claim, in which an effective flushing of the cylinder space is achieved and the risk of Fresh gas loss is kept to a minimum and the risk of fuel loss is eliminated can be. In addition, the fuel supply should be as simple as possible can be realized.
Die Lösung dieser Aufgabe ergibt sich gemäß dem Kennzeichen des Patentanspruchs 1. Dadurch, daß von den beiden Einlaßkanälen nur einer zur Zufuhr von Gemisch, der an dere aber zur Zufuhr reiner Luft vorgesehen ist, besteht die Möglichkeit, durch entspre chend früheres Öffnen des mit reiner Luft beaufschlagten Einlaßkanals eine wirkungs volle Spülung des Zylinderbrennraums zu erreichen, wobei die Gefahr des Verlustes von Kraftstoff durch die Auslaßkanäle infolge der späteren Öffnung des zugeordneten Ein laßkanals ausgeschlossen wird. Durch die strenge Trennung der beiden Einlaßkanäle in einen Reinluftkanal und einen Gemischkanal besteht zudem die Möglichkeit, die Kraft stoffzufuhr in den gemischführenden Einlaßkanal so zu strecken, daß ein Teil des benö tigten Kraftstoffes bereits vor der Öffnung des Kanals zugeführt wird. Dies ermöglicht es, relativ einfache, bereits bekannte Zuführeinrichtungen, beispielsweise in Form von kontinuierlich einspritzenden Einspritzventilen, zu verwenden. Selbst Vollastmengen bei Höchstdrehzahlen lassen sich dann relativ problemlos zuführen.This object is achieved according to the characterizing part of patent claim 1. The fact that only one of the two inlet channels for the supply of mixture, the but which is intended for the supply of pure air, there is the possibility by corresponding chend earlier opening of the inlet channel charged with pure air an effect to achieve full purging of the cylinder combustion chamber, with the risk of loss of Fuel through the exhaust ports due to the later opening of the associated one let channel is excluded. Due to the strict separation of the two inlet channels in a clean air duct and a mixture duct there is also the possibility of power To extend the fuel supply in the mixture-leading inlet channel so that part of the required Tired fuel is supplied before the opening of the channel. this makes possible it, relatively simple, already known feeders, for example in the form of continuously injecting injectors. Even full load quantities at Maximum speeds can then be supplied relatively easily.
Weitere zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich gemäß den übrigen Unteransprüchen und werden im folgenden anhand der in der Zeichnung gezeigten Aus führungsbeispiele näher erläutert. Die Zeichnung zeigt inFurther expedient refinements of the invention result from the others Subclaims and are based on the Aus shown in the drawing examples of management explained in more detail. The drawing shows in
Fig. 1 eine Schemadarstellung eines Zylinders einer erfindungsgemäßen Zweitaktbrennkraftmaschine, Fig. 1 is a schematic representation of a cylinder of a two-stroke internal combustion engine according to the invention,
Fig. 2 eine schematische Draufsicht auf den Zylinder gemäß der Fig. 1 und Fig. 2 is a schematic plan view of the cylinder according to FIGS. 1 and
Fig. 3 eine schematische Darstellung einer zweiten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Zweitaktbrennkraftmaschine. Fig. 3 is a schematic representation of a second embodiment of the two-stroke internal combustion engine according to the invention.
In den Figuren der Zeichnung sind jeweils gleiche oder vergleichbare Bauteile mit den gleichen, gegebenenfalls mit einem Strich versehenen Bezugszeichen gekennzeichnet. Dabei ist mit 1 die Brennkraftmaschine insgesamt bezeichnet, mit 2 ein Zylinder und mit 3 ein Zylinderkopf der selben. 4 stellt einen in dem Zylinder 2 gleitenden Kolben dar, der über ein Pleuel 5 mit einer Kurbelwelle 6 verbunden ist.In the figures of the drawing, the same or comparable components are identified by the same reference numerals, optionally with a dash. The internal combustion engine generally designated 1, 2 a cylinder and 3 a cylinder head of the same. 4 shows a piston sliding in the cylinder 2 , which is connected to a crankshaft 6 via a connecting rod 5 .
In einem mit 7 bezeichneten Brennraum zwischen dem Zylinderkopf 3 und dem Boden des Kolbens 4 münden eine Zündkerze 8 sowie bei der Ausführung nach den Fig. 1 und 2 je zwei Einlaßkanäle 9, 10 und zwei Auslaßkanäle 21, 22 ein. Den Einlaßka nälen 9, 10 sind Einlaßventile 11, 12 sowie jeweils gesonderte, als Leistungsstellglied verwendete Drosselklappen 13 und 14 zugeordnet. Die Einlaßkanäle aller Zylinder der Brennkraftmaschine münden zweckmäßigerweise in eine gemeinsame Einlaßleitung 15, in der in Strömungsrichtung hinter einem Luftfilter 16 ein Ladegerät 17 vorgesehen ist. Zwischen dem Kompressor 17 und den Einlaßkanälen 9, 10 könnte gegebenenfalls auch noch ein mit unterbrochenen Linien angedeuteter Ladeluftkühler 18 eingeschaltet sein. Das Ladegerät 17 kann beispielsweise durch einen von der Kurbelwelle 6 der Brennkraftmaschine 1 angetriebener Kompressor gebildet werden, der das Druckniveau der Einlaßluft auf einen oberhalb des Atmosphärendruckes liegenden Wert anhebt. Um im Teillastzustand der Brennkraftmaschine bei im wesentlichen geschlossenen Drossel klappen 13, 14 eine Entlastung des Kompressors 17 und damit der für diesen erforder lichen Antriebsleistung zu erzielen, kann eine den Kompressor umgehende Bypassleitung 19 vorgesehen sein, in der ein Steuergerät 20 in Form einer Drosseklappe angebracht ist. Diese Drosselklappe kann so gesteuert sein, daß sie mit zunehmendem Schließen der Leistungsdrosselklappen 13, 14 geöffnet wird und umgekehrt.In a combustion chamber designated 7 between the cylinder head 3 and the bottom of the piston 4 , a spark plug 8 and in the embodiment according to FIGS . 1 and 2 each two inlet channels 9, 10 and two outlet channels 21, 22 open. The Einlaßka channels 9, 10 are inlet valves 11, 12 and each separate, used as a power actuator throttle valves 13 and 14 assigned. The inlet channels of all cylinders of the internal combustion engine advantageously open into a common inlet line 15 , in which a charger 17 is provided in the flow direction behind an air filter 16 . Between the compressor 17 and the inlet channels 9, 10 , a charge air cooler 18 , indicated by broken lines , could possibly also be switched on. The charger 17 can be formed, for example, by a compressor driven by the crankshaft 6 of the internal combustion engine 1 , which raises the pressure level of the intake air to a value above atmospheric pressure. In order in the partial load state of the internal combustion engine work at substantially closed throttle 13, 14 is a discharge of the compressor 17 and thus the union for this erforder drive power to achieve a compressor immediate bypass line 19 may be provided in which a control unit 20 in the form of a Drosseklappe attached is. This throttle valve can be controlled so that it is opened with increasing closing of the power throttle valves 13, 14 and vice versa.
Die mit 21 und 22 angedeuteten Auslaßkanäle - gegebenenfalls könnte auch nur ein Auslaßkanal vorgesehen sein - werden durch Auslaßventile 23 und 24 gesteuert und es kann in diesen oder einer allen Auslaßkanälen gemeinsamen Auslaßleitung noch ein beispielsweise als Drehschieber ausgebildetes Drosselorgan 25 angbracht sein, das be triebszustandsabhängig verstellbar ist. Dieses zusätzliche Drosselorgan kann dann dazu dienen, durch entsprechende Drosselung der Auslaßkanäle ein zu starkes Überströmen von Frischluft in den Abgasteil zu vermeiden. The indicated with 21 and 22 outlet channels - if necessary, only one outlet channel could be provided - are controlled by outlet valves 23 and 24 and it can be installed in this or in all outlet channels common outlet line, for example a throttle body 25 , which can be adjusted depending on the operating state is. This additional throttle element can then be used to avoid excessive overflow of fresh air into the exhaust gas part by appropriately throttling the outlet channels.
Die Einlaß- und Auslaßventile 11, 12 und 23, 24 sind nun so zu steuern, daß sie je weils einmal während jedes beim Zweitaktverfahren 360° Kurbelwinkel ausmachenden Arbeitszyklus geöffnet und geschlossen werden, und zwar im Bereich des unteren Tot punktes des Kolbens. Dabei erfolgt eine Überschneidung der Auslaß- und Einlaßöffnungs zeiten, so daß das über die Einlaßkanäle zuströmende Frischgas in der Lage ist, die in dem während der Öffnungszeiten relativ großen Zylindervolumen vorhandenen restlichen Abgasteile auszuspülen.The intake and exhaust valves 11, 12 and 23, 24 are now to be controlled so that they are opened and closed each time during each working cycle that constitutes a 360 ° crank angle in the area of the bottom dead center of the piston. There is an overlap of the outlet and inlet opening times so that the fresh gas flowing in via the inlet channels is able to flush out the remaining exhaust gas parts present in the relatively large cylinder volume during the opening hours.
Wie aus der Zeichnung hervorgeht, weist nur der mit 9 bezeichnete Einlaßkanal eine in Form einer Kraftstoffeinspritzdüse 26 angedeutete Kraftstoffzuführeinrichtung auf. Die se Kraftstoffeinspritzdüse kann den Kraftstoff kontinuierlich in den Einlaßkanal 9 ein bringen, also den Kraftstoff auch vor das geschlossene Ventil 11 vorlagern, so daß er erst nach dessen Öffnung in den Brennraum 7 gelangt. Um zu verhindern, daß Teile des über den Einlaßkanal 9 zugeführten Kraftstoff-Luftgemisches zusammen mit dem rest lichen Abgas aus den Auslaßkanälen 21, 22 ausgeschoben wird, soll das diesem Einlaß kanal 9 zugeordnete Einlaßventil 11 etwas später - beispielsweise etwa 5 20° Kurbel winkel später - öffnen als das zweite Einlaßventil 12, das dem mit reiner Luft beauf schlagten Einlaßkanal 10 zugeordnet ist. Dadurch wird erreicht, daß zunächst nur reine Luft in den Brennraum 7 eintritt und die in dem Brennraum vorhandenen Restgasbe standteile durch die Auslaßkanäle 21 und 22 herausdrückt. Infolge der etwas späteren Öffnung des dem gemischführenden Einlaßkanal 9 zugeordneten Einlaßventils 11 wird damit sichergestellt, daß wenigstens die vorderste, das Abgas vor sich herschiebende Frischgasfront aus reiner Luft ohne Beimischung von Kraftstoff besteht und daß, falls Anteile dieser vorderen Frischgasfront mit aus den Auslaßventilen 23, 24 in den Ab gasteil herausgeschoben werden, in diesen Anteilen wenigstens kein Kraftstoff ent halten ist.As can be seen from the drawing, only the inlet duct designated 9 has a fuel supply device indicated in the form of a fuel injection nozzle 26 . This fuel injector can continuously bring the fuel into the inlet channel 9 , that is, the fuel upstream of the closed valve 11 , so that it only gets into the combustion chamber 7 after its opening. In order to prevent parts of the fuel-air mixture supplied via the inlet duct 9 being pushed out together with the rest of the exhaust gas from the outlet ducts 21, 22 , the inlet valve 11 assigned to this inlet duct 9 should be a little later - for example about 5 20 ° crank angle later - Open as the second inlet valve 12 , which is assigned to the inlet channel 10 struck with pure air. It is thereby achieved that initially only pure air enters the combustion chamber 7 and the residual gas components present in the combustion chamber are pressed out through the outlet channels 21 and 22 . As a result of the somewhat later opening of the inlet valve 11 assigned to the mixture-guiding inlet channel 9 , it is ensured that at least the foremost fresh gas front pushing the exhaust gas ahead consists of pure air without the addition of fuel and that if portions of this front fresh gas front also include the outlet valves 23 24 are pushed out in the gas section, at least no fuel is contained in these parts.
Abweichend von der zuvor beschriebenen Anordnung können die Auslaßventile 23 und 24 der beiden Auslaßkanäle 21 und 22 auch alternierend gesteuert werden, indem diese jeweils abwechselnd nur bei jedem zweiten Arbeitszyklus geöffnet werden. In diesem Fall würde sich eine geringere thermische Belastung der Auslaßventile und zudem eine geringere mechanische Belastung des zugeordneten Nockentriebes ergeben, der dann nicht wesentlich anders sein würde, als bei einer Viertaktbrennkraftmaschine.In a departure from the arrangement described above, the outlet valves 23 and 24 of the two outlet channels 21 and 22 can also be controlled alternately by opening them alternately only every other working cycle. In this case, there would be a lower thermal load on the exhaust valves and also a lower mechanical load on the associated cam drive, which would then not be significantly different than in a four-stroke internal combustion engine.
Die Ausführung nach der Fig. 3 unterscheidet sich von derjenigen nach der Fig. 1 im wesentlichen nur dadurch, daß hier die zweifach vorgesehenen Einlaßkanäle 9′, 10′ nicht in den Zylinderkopf 3, sondern an der Zylinderwand 2′, und zwar im Bereich des unteren Totpunktes des Kolbens 4 in Form an sich bekannter Schlitze 27 und 28, einmünden. Die Steuerung der Einlaßkanäle 9′, 10′ wird dann nicht durch Einlaßventile sondern un mittelbar durch den Kolben 4 bewirkt, wobei auch hier die Anordnung so getroffen sein soll, daß die dem Reinluft-Einlaßkanal 10′ zugeordneten Einlaßschlitze 28 früher im Arbeitstakt geöffnet werden als die dem Gemisch-Einlaßkanal 9' zugeordneten Ein laßschlitze 27. Im Zylinderkof 3′ können dann wahlweise zwei oder auch vier Auslaß kanäle 21, 22 mit zugeordneten Auslaßventilen 23, 24 vorgesehen sein. Diese Ventile können wiederum entweder alle gleichzeitig und in jedem Arbeitszyklus oder aber je weils zur Hälfte abwechselnd in jedem zweiten Arbeitszyklus geöffnet werden.The embodiment of FIG. 3 differs from that of FIG. 1 essentially only in that here the twice provided intake ports 9 ', 10' not in the cylinder head 3 , but on the cylinder wall 2 ' , in the area of bottom dead center of the piston 4 in the form of known slots 27 and 28 , open. The control of the inlet channels 9 ', 10' is then not caused by inlet valves but un indirectly by the piston 4 , here also the arrangement should be such that the clean air inlet channel 10 ' associated inlet slots 28 are opened earlier in the work cycle than the mixture inlet duct 9 ' assigned a lassschlitze 27th In the cylinder head 3 ' then either two or four outlet channels 21, 22 with associated exhaust valves 23, 24 can be provided. These valves can either be opened all at the same time and in each work cycle or alternately each half alternately in every second work cycle.
Die Anordnung nach der Fig. 3 ergibt möglicherweise eine bessere Restgasausspülung durch das von unten nach oben in den Zylinderarbeitsraum 7 strömende Frischgas, wo bei die Restgasausspülung bei Verwendung von ingesamt vier Auslaßventilen besonders wirkungsvoll sein dürfte. Auch bei der in der Fig. 3 gezeigten Ausführung wird die Kraftstoffzufuhr mit Hilfe der hier als kontinuierlich einspritzenden Kraftstoffeinspritz düse 26 nur in den Einlaßkanal 9′ vorgenommen, wobei die Zuführung noch vor der Öff nung dieses Einlaßkanals beginnen kann. Auch hier ist daher die Verwendung einer kon ventionellen Einspritzvorrichtung und das Vorlagern des Kraftstoffes vor die noch ge schlossene Einlaßöffnung möglich, ohne daß im Zusammenhang mit sich beim Herausspü len der verbrannten Abgase aus dem Brennraum ergebenden Spülvorgang Kraftstoffver luste zu befürchten sind. Dies wird vor allem durch das frühere Öffnen des Reinluft- Einlaßkanals 10′ bewirkt.The arrangement according to FIG. 3 may result in a better residual gas purging due to the fresh gas flowing from bottom to top into the cylinder working space 7 , where the residual gas purging should be particularly effective when a total of four exhaust valves are used. Also in the embodiment shown in Fig. 3, the fuel supply is made with the help of the here as a continuously injecting fuel injection nozzle 26 only in the inlet channel 9 ' , the supply can begin before opening this inlet channel. Here too, therefore, the use of a conventional injection device and the storage of the fuel in front of the still closed inlet opening is possible without any fuel loss associated with flushing out the burned exhaust gases from the combustion chamber. This is mainly caused by the earlier opening of the clean air inlet channel 10 ' .
Abschließend sei noch darauf hingewiesen, daß die in der Zeichnung beispielhaft ge zeigten Ausführungen die Erfindung keineswegs beschränken sollen. Vielmehr wären eine Reihe von Änderungen der Einzelelemente denkbar, ohne dabei von der grundsätz lichen Idee der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Beispielsweise könnte anstelle einer kontinuierlichen Kraftstoffeinspritzung auch eine Kraftstoffzufuhr auf andere Weise erfolgen. Außerdem wäre es auch in Umkehrung der in Fig. 3 gezeigten Anord nung möglich, den Luft- und Gemischeinlaß über zwei oder vier Ventile und den Ab gasauslaß über Schlitze zu steuern.Finally, it should be pointed out that the examples shown in the drawing ge should in no way limit the invention. Rather, a number of changes to the individual elements would be conceivable without deviating from the basic idea of the present invention. For example, instead of a continuous fuel injection, fuel could also be supplied in a different way. In addition, it would also be possible in reverse of the Anord voltage shown in Fig. 3 to control the air and mixture inlet via two or four valves and the exhaust gas outlet via slots.
Claims (6)
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DE19883816331 DE3816331A1 (en) | 1987-05-26 | 1988-05-13 | Mixture-compressing two-stroke internal combustion engine |
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