DE3907183C2

DE3907183C2 - Gleichstrom-Zweitakt-Brennkraftmaschine mit Fremdzündung

Info

Publication number: DE3907183C2
Application number: DE3907183A
Authority: DE
Inventors: Seiichiro Kumagai; Michikata Kono; Masakazu Okai; Hisashi Inaga
Original assignee: Kioritz Corp
Current assignee: Kioritz Corp
Priority date: 1988-03-09
Filing date: 1989-03-06
Publication date: 1994-10-20
Anticipated expiration: 2009-03-07
Also published as: GB2216597B; JPH01227817A; GB8903825D0; US4922865A; AU3023889A; JPH039288B2; DE3907183A1; AU614115B2; GB2216597A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Gleichstrom-Zweitakt-Brennkraftmaschine mit Fremdzündung und Kurbelgehäuseverdichtung.

Die WO-87/07325 zeigt eine Zweitakt-Brennkraftmaschine mit Kurbelgehäuseverdichtung und ringförmiger Spülkammer im Zylinder und mit einem mechanisch gesteuerten Auslaßventil. Die Spülkammer und die Spülkanäle sind in der Mitte des Kolbenhubs angeordnet. Die Einlaßöffnungen sind in der Mitte des Kolbenhubs angeordnet, wodurch ein von dem üblichen abweichenden Zyklus erlangt wird. Die Einlaßöffnungen teilen den Zylinder in einen oberen Abschnitt und einen unteren Abschnitt im Bezug auf den Kolbenhub. Hierdurch soll die Spülung gegenüber herkömmlichen Zweitakt-Brennkraftmaschinen verbessert werden.

Die GB-PS 1 98 422 bezieht sich auf eine Zweitakt-Brennkraftmaschine mit einer sich ringförmig um einen unteren Abschnitt eines jeden Zylinders erstreckenden Spülkammer, die sich frei nach der Kurbelkammer öffnet, wo eine Vorverdichtung stattfindet. Über mehrere im gleichen Abstand zueinander angeordnete Öffnung steht diese ringförmige Spülkammer mit dem Zylinder in Verbindung, wobei diese Öffnungen von dem sich im Zylinder bewegenden Kolben gesteuert werden.

Die DE 35 10 770 A1 betrifft eine Zweitakt-Brennkraftmaschine mit im Zylinderkopf angeordnetem Auslaßventil, bei der radiale Luftspülschlitze und tangentiale Luftspülschlitze vorgesehen sind, die einander abwechselnd und so in der Zylinderwand ausgebildet sind, daß ihr im Brennraum mündender Austrittsquerschnitt in einer gemeinsamen Ebene liegt, d. h. es sind alle Austrittsquerschnitte auf der gleichen Höhe des Zylinders angeordnet und sie werden durch den im Zylinder laufenden Kolben gesteuert. Die Luftspülschlitze stehen direkt und ohne Zwischenschaltung einer Spülkammer mit dem Kurbelgehäuse in Verbindung.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einer Gleichstrom- Zweitakt-Brennkraftmaschine mit Fremdzündung und Kurbelgehäuseverdichtung den Wirkungsgrad durch Verbesserung von Spülung und Aufladung zu erhöhen und gleichzeitig die Emission schädlicher Abgase zu verringern.

Gelöst wird die gestellte Aufgabe durch die Kombination der im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmale. In der ringförmigen Spülkammer wird das in der Kurbelkammer vorkomprimierte Medium gespeichert, bis die Spülkanäle durch den Kolben aufgesteuert werden, so daß eine gleichförmige Gleichstromdurchwirbelung erfolgt, bevor das komprimierte Medium über die Spülkanäle in den Zylinder eingeleitet wird.

In der Kurbelkammer kann in bekannter Weise ein aus Brennstoff und Luft bestehendes Gemisch verdichtet werden.

Gemäß Anspruch 3 können radial angeordnete Brennstoffdüsen in Höhe der Spülkammer in den Zylinder münden. Durch diese Brennstoffdüsen kann Brennstoff mittels komprimierter Luft eingespritzt werden. Es ist jedoch auch möglich, durch diese Düsen einen festen Brennstoff einzuspritzen.

Nachstehend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung beschrieben. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 einen Vertikalschnitt eines erstes Ausfüh rungsbeispiels einer erfindungsgemäß ausgebildeten Gleichstrom-Zweitakt-Brennkraftmaschine mit Fremdzündung,

Fig. 2 einen Schnitt längs der Linie II-II gemäß Fig. 1,

Fig. 3 einen Vertikalschnitt des in Fig. 2 dargestellten Zylinderabschnitts,

Fig. 4 einen Vertikalschnitt der Brennkraftmaschine nach Fig. 1, wobei die Schnittebene um 90° gegenüber der Schnittebene nach Fig. 1 versetzt ist.

Fig. 5 in einem Vertikalschnitt ein zweites Ausfüh rungsbeispiel einer fremdgezündeten Gleichstrom-Zweitakt-Brennkraftmaschine,

Fig. 6 ein Ventil-Zeit-Diagramm einer erfindungsgemäß ausgebildeten Maschine, angegeben durch den Kurbelwinkel.

Ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nach stehend unter Bezugnahme auf die Fig. 1 bis 4 beschrie ben.

Die fremdgezündete Zweitakt-Gleichstrom-Brennkraftmaschine weist einen Zylinder 1, einen darin laufenden Kolben 3 und ein Kurbelgehäuse 4 un ter dem Zylinder 1 auf. Das Kurbelgehäuse 4 definiert eine hermetisch abgedichtete Kurbelkammer 5. Der untere Endabschnitt der Zylinderkammer 2 steht mit dem oberen Endabschnitt des Kurbelgehäuses 4 in Verbindung. Eine Kurbelwelle 8 wird vom Kurbelgehäuse 4 über Lager 6 und 7 drehbar abgestützt. Die Kurbelwelle 8 lagert mit ihrer Kurbel 9 eine Pleuelstange 10, die mit dem Kol ben 3 verbunden ist. Die Kurbel 5 be sitzt ein Innenvolumen, welches gerade ausreicht, um eine Drehung der Kurbel 9 und eine Bewegung der Pleuelstange 10 zuzulassen. Die Anordnung ist außerdem derart ge troffen, daß das Strömungsmittel in der Kurbelkammer 5 durch den Kolben 3 verdichtet werden kann, wenn er sich nach seinem unteren Totpunkt hin bewegt. Das Kurbelgehäu se 4 kann mit einer Einlaßöffnung (nicht dargestellt) versehen sein, wobei darin ein Zungenventil angeordnet ist. Das Zungenventil öffnet und schließt die Einlaßöff nung durch ein in der Kurbelkammer 5 erzeugtes Vakuum, um nur die Luft in die Kurbelkammer 5 einzulassen. Ein (nicht dargestelltes) rotierendes Ventil, welches zusam men mit der Kurbelwelle 8 angetrieben wird, kann an stelle des Zungenventils vorhanden sein. Stattdessen kann eine Einlaßöffnung im unteren Abschnitt der Seitenwand des Zylinders derart angeordnet sein, daß ein Fluid in die Kurbelkammer 5 eingeführt wird, wobei die Einlaß öffnung durch den Kolben 3 selbst geöffnet und ge schlossen wird und hierdurch wird die Strömungsmittelzufuhr nach der Kurbel kammer 5 gesteuert.

Der Zylinder 1 weist eine ringförmige Spülkammer 13 über den ganzen Umfang verlaufend auf. Die ringförmige Spülkammer 13 steht mit der Kur belkammer 5 über mehrere Überströmkanäle 14 in Verbindung, die darunter in gleichen Winkelabständen (bei dem Ausfüh rungsbeispiel sind drei vorgesehen, wie Fig. 2 zeigt) derart angeordnet sind, daß die Druckluft in der Kurbel kammer 5 in die ringförmige Spülkammer 13 als Spül mittel eingeführt wird und sich darin sammelt. Das Spül mittel kann in die Überströmkanäle 14 über Spülfenster 29 (Fig. 4) im Kolben 3 eingeführt werden, wie es bei einem herkömmlichen Spülsystem der Fall ist. Die ringförmige Spülkammer 13 steht mit dem Inneren der Zylinderkammer 2 über mehrere Spülkanäle 16 in Verbindung (beim Ausführungsbeispiel sind neun Kanäle vorgesehen), welche in der Zylinderwand 15 (Fig. 2) des Zylin ders 1 ausgebildet sind. Die Spülkanäle 16 sind längs einer Ebene senkrecht zur Mittelachse 0 des Zylinders 1 (vgl. Fig. 3) ausgebildet. Statt dessen könnten sie längs einer konischen Oberfläche in be zug auf die Mittelachse 0 ausgebildet sein. Außerdem ist jeder Spülkanal 16 so ausgebildet, daß die Mitte des Endteils hiervon in einer Richtung von ungefähr 45° ge genüber dem Radiasstrahl geneigt ist, der durch die Mit telachse 0 des Zylinders 1 verläuft (vgl. Fig. 2). Die se Anordnung ermöglicht ein Ausblasen des Spülmittels in die Zylinderkammer 2 aus der Spülkammer 13 über die einzelnen Spülkanäle 16, und zwar in Form einer Wir belströmung, die horizontal in der Zylinderkammer 2 ro tiert. Statt dessen können die Spülkanäle 16 so an geordnet sein, daß sie in einige Gruppen aufgeteilt sind, und so, daß diese Spülkanäle in unterschiedlichem Win kel derart geneigt sind, daß die gewünschte Strömung von Spülmittel erzeugt wird, das in die Zylinderkammer 2 hinein verwirbelt wird.

Mehrere Brennstoffeinspritzdüsen 17 (drei Stück beim Ausführungsbeispiel) sind im Zylinder 1 in gleichem Winkelabstand über den Umfang verteilt. Ein spritzöffnungen 18 für die Brennstoffeinspritzdüsen 17, die in der Innenwand 15 des Zylinders ausge bildet sind, sind nach dem Inneren der Zylinderkammer 2 derart gerichtet, daß der Brennstoff nach einer Stelle auf der Mittelachse 0 der Zylinderkammer 2 gespritzt wird. Hierdurch wird die Möglichkeit geschaffen, daß der in die Zylinderkammer 2 durch die verschiedenen Ein spritzöffnungen 18 eingespritzte Brennstoff aufeinander trifft und in der Nähe der Zentralachse 0 zerstäubt wird, und der zerstäubte Brennstoff wird mit der Luft vermischt, die in die Zylinderkammer 2 hinein verwirbelt nachdem sie aus den Spül kanälen 16 eintritt. Wenn die Brennstoff einspritzdüsen 17 Druckluft erfordern (Lufteinspritz type), können sie mit der Kurbelkammer 5 derart in Ver bindung stehen, daß ein Teil der in der Kurbelkammer 5 komprimierten Luft zugeführt wird. Komprimierte Luft kann außerdem von einer Luftpumpe den Brennstoffeinspritzdüsen 17 zugeführt werden, wobei die Luftpumpe dem Motor zu geordnet ist.

Es können auch feste Brennstoffe über die Düsen 17 ein gespritzt werden.

Der Kolben 3 kann so ausgebildet sein, wie er normaler weise in herkömmlichen Zweitakt-Brennkraftmaschinen mit Fremdzündung ausgebildet ist. Bei diesem Ausführungsbei spiel jedoch ist der obere Teil des Kolbens 3 mit einer Ausnehmung 19 versehen, die eine Luft-Brennstoff-Misch zone bildet. Außerdem kann ein Spülfenster 29 gegen überliegend den Überströmkanälen 14 derart vorgesehen sein, daß der Kolben 3 gekühlt wird.

Eine Zündkerze 21 ist am Zylinderkopf 20 vorgesehen. Die Zündkerze 21 ist an ein (nicht dargestelltes) Zündsystem ange schlossen und zündet, wenn der Kolben 3 in der Nähe des oberen Totpunktes ankommt, so daß das komprimierte Brennstoff-Luft-Gemisch innerhalb des Brennraumes gezündet wird, um zu verbrennen.

Der obere Teil des Zylinders 1 ist mit einer Auslaßöffnung 22 versehen, die durch ein Auslaßventil 23 geöffnet und geschlossen wird. Das Auslaßventil 23 kann als Tellerventil derart ausgebildet sein, wie ge wöhnlich die Ventile bei einem Viertakt- Motor ausgebildet sind. Das Ventil wird durch eine Nockenfläche 26 einer Nockenwelle 25 über eine Feder 24 gesteuert. Die Nockenwelle 25 ist mit der Kurbelwelle 8 über einen Zeitgeber-Zahnriemen 27 ge kuppelt, so daß sie mit der gleichen Drehzahl wie die Kurbelwelle 8 angetrieben wird. Hierdurch kann das Ab laßventil 23 mit einer vorbestimmten Zeitbeziehung der art geöffnet und geschlossen werden, daß die verbrannten Abgase aus dem Brennraum ausgeblasen werden. Das Auslaßventil 23 wird in der gleichen Weise betätigt wie eine OHV (Überkopfventil)-OHC (Überkopf nockenwelle)-Bauart einer herkömmlichen Viertakt-Brenn kraftmaschine. Wenn das Auslaßventil 23 auf der Seite des Zylinders angeordnet ist, wird es in der gleichen Weise wie ein Ventil betätigt, welches von der "Seitenventil"-Bauart ist.

Bei diesem Ausführungsbeispiel kann eine Sekundärluftzu führung vorgesehen sein, um Sekundärluft in den Zylinders 1 einzuführen, wenn dies er forderlich ist.

Fig. 5 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfin dung. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist eine Einlaß öffnung 12 der Kurbelkammer 5 mit einem Vergaser 28 verbunden und ein Brennstoff-Luft-Gemisch wird vom Verga ser 28 in die Kurbelkammer 5 eingeführt. Das einge führte Brennstoff-Luft-Gemisch wird in der Kurbelkammer 5 vorverdichtet, und das so vorverdichtete Gemisch wird in die ringförmige Spülkammer 13 über die Überströmkanäle 14 als Spülmittel eingeführt, welches von den Spülkanälen 16 in die Zylinderkammer 2 abgegeben wird, wo es durch einen Funken gezündet wird, der von der Zünd kerze 21 erzeugt wird. Die anderen Kon struktionen sind bei diesem Ausführungsbeispiel die glei chen wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel nach Fig. 1.

Was die Schmierung anbelangt, so können die beschriebenen Ausführungsbeispiele entweder ein sogenanntes Mischöl- Schmiersystem haben, welches bei Zweitakt-Brennkraftma schinen mit Fremdzündung allgemein Anwendung findet, wo bei der Brennstoff mit einem Schmiermittel vermischt zugeführt wird, oder es kann ein ge trenntes Ölschmiersystem vorgesehen werden, bei dem nur ein Schmiermittel direkt dem Motor über eine Pumpe zuge führt wird oder wo das Schmiermittel der Einlaßöffnung zugeführt wird, wo es mit der Luft und dem Luft-Brenn stoff-Gemisch vermischt wird. Es ist jedoch die Anwendung eines getrennten Schmierölsystems zu bevorzugen, und zwar im Hinblick auf die Reinheit der Abgase.

Fig. 6 stellt ein Ventil-Zeit-Diagramm einer Gleichstrom- Zweitakt-Brennkraftmaschine mit Fremdzündung dar, die erfindungsgemäß ausgebildet ist. Die Winkeldarstellungen beziehen sich auf den Kurbelwinkel.

Die Zweitakt-Brennkraftmaschine mit Fremdzündung gemäß der Erfindung kann auch als Mehrzylindermaschine ausgebildet sein, wie dies bei Zweitakt-Brennkraftmaschi nen mit Fremdzündung üblich ist. Was die Kühlung anbe langt, so kommt sowohl ein Luftkühlsystem als auch ein Flüssigkeitskühlsystem in Betracht. Die Erfindung kann Anwendung finden bei Motoren mit langem Hub, wie dies bei bestehenden Viertakt-Brennkraftmaschinen mit Fremd zündung üblich ist.

Claims

1. Gleichstrom-Zweitakt-Brennkraftmaschine mit Fremdzündung und Kurbelgehäuseverdichtung mit folgenden Merkmalen:

- das Kurbelgehäuse (4) steht über Steuerfenster (29) im Kolben (3) und Überströmkanälen (14) mit einer ringförmigen Spülkammer (13) in Verbindung, welche die Zylinderwand (15) umschließt;
- die Spülkammer (13) steht über schräg zum Radiusstrahl verlaufende Spülkanäle (16) der Zylinderwand (15) mit dem Brennraum in Verbindung, um eine um die Zylinderachse (0) kreisende Wirbelströmung zu erzeugen;
- der Brennraum steht über eine Auslaßöffnung (22) im Zylinderkopf mit dem Auslaßkanal in Verbindung;
- die Auslaßöffnung (22) wird durch ein Auslaßventil (23) in Abhängigkeit von der Drehung der Kurbelwelle (8) gesteuert;

wobei die Steuerung der Kanäle in der nachstehenden Reihenfolge bewirkt wird:

- das Einlaßventil schließt nach Überschreiten des oberen Totpunktes;
- zunächst öffnet das Auslaßventil (23) vor Erreichen des unteren Totpunktes;
- dann öffnet der Kolben (3) die Spülkanäle (16) vor Erreichen des unteren Totpunktes;
- das Einlaßventil öffnet nach Überschreiten des unteren Totpunktes;
- danach schließt das Auslaßventil (23);
- der Kolben (3) schließt die Spülkanäle (16);
- die Zündung des während des Spülvorganges zugeführten Brennstoffes erfolgt unmittelbar vor Erreichen des oberen Totpunktes.

2. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in der Kurbelkammer (5) ein Brennstoff-Luftgemisch verdichtet wird.

3. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß radial angeordnete Brennstoffdüsen (17) in Höhe der Spülkammer (13) im Zylinder (1) münden.

4. Brennkraftmaschine nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Brennstoff mittels komprimierter Luft eingespritzt wird.

5. Brennkraftmaschine nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß durch die Düsen (17) fester Brennstoff eingespritzt wird.