DE3913586C2 - Zweitakt-Brennkraftmaschine - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Zweitakt-Brennkraftmaschine mit Ventilsteuerung.

Eine derartige Zweitakt-Brennkraftmaschine ist beispielsweise aus der nachveröffentlichten EP 0 299 385 A2 bekannt. Sie zeigt eine die Einlaßventile über ihren gesamten Hub einseitig abdeckende Abschirmvorrichtung. Aufgrund der asymmetrischen Ausbildung der Abschirmvorrichtung um die Einlaßventile dringt die einströmende Luft an der Zylinderwand entlang tief in den Brennraum ein und bildet eine schleifenförmige Spülluftströmung, die nahezu den gesamten Brennraum rundherum gut ausspült. Eine Einspritzeinrichtung befindet sich außerhalb des Brennraums stromauf des Einlaßventils.

Ferner ist aus der US 41 62 662 eine ventilgesteuerte Zweitakt- Brennkraftmaschine mit ähnlichen Strömungsverhältnissen bekannt, bei der jedoch auch eine Schichtung des Luft/Kraftstoffgemischs im Brennraum erreicht werden soll. Eine Einspritzeinrichtung ist im Zylinderkopf vorgesehen und spritzt senkrecht nach unten im wesentlichen parallel zur einströmenden Luft in den Brennraum.

Eine Zweitakt-Brennkraftmaschine ohne Ventilsteuerung mit seitlichem Überströmkanal ist aus der EP 0 133 178 A2 bekannt. Sie zeigt, daß die Einspritzeinrichtung auch seitlich in der Seitenwand des Zylinders liegen kann.

Durch eine Zweitakt-Brennkraftmaschine der Schnürle-Bauart, die keine Einlaß- und Auslaßventile hat, ist eine Maschine bekannt, wobei eine Kraftstoff-Einspritzdüse an der Innen­ wand des Zylinders angeordnet ist und Kraftstoff von dieser Düse in der Weise eingespritzt wird, daß er sich mit dem Strom oder längs des Stromes der Spülströmung von Frisch­ luft, die zwangsläufig zu einer Schleifenform gebracht wird, bewegt (siehe die geprüfte JP-Patent-Veröffentlichung Nr. 45- 1 57 621). Bei dieser Zweitakt-Brennkraftmaschine wird der von der Einspritzdüse eingespritzte Kraftstoff da­ zu gebracht, sich zusammen mit dem Spülstrom zu bewegen, und er wird dadurch aufwärts zur Zündkerze geführt, so daß das Luft-Kraftstoff-Gemisch ohne Schwierigkeiten durch die Zündkerze entzündet wird.

Wenn der eingespritzte Kraftstoff zu einer Bewegung zusam­ men mit dem Spülstrom gebracht wird, so sammelt sich die­ ser Kraftstoff jedoch in der Nähe der Brennraumoberfläche des Zylin­ ders sowie des Zylinderkopfes auf Grund einer Zentrifugalkraft an, und als Ergebnis dessen, daß kein homogenes Luft-Kraft­ stoff-Gemisch im Brennraum gebildet wird, kann keine gute Verbrennung erlangt werden, und zwar insbesondere bei einem Betrieb der Maschine unter hoher Last. Ferner entsteht durch das Haften des eingespritzten, zusammen mit dem Spülstrom bewegten Kraftstoffs an der Brennraumoberfläche des Zylinders und des Zylinderkopfes ein weiteres Problem insofern, als eine große Menge an unverbrannten KW-Stoffen erzeugt und ausge­ stoßen wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Zweitakt-Brennkraftmaschine zu schaffen, mit der eine gute Verbrennung besonders bei hoher Last und ein geringer Anteil von unverbrannten Kohlenwasserstoffen erreicht werden soll.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.

Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen definiert.

Erfindungsgemäß wird der Kraftstoff seitlich von der Seitenwand des Zylinders so eingespritzt, daß die durch die Abschirmvorrichtung schleifenförmig einströmende Luft den eingespritzten Kraftstoff umspült und mitreißt. Die Einspritzeinrichtung liegt auf der Achse der Schleife der Spülluft.

Die Aufgabe der Erfindung sowie deren Merkmale und Vorteile werden aus der nachfolgenden auf die Zeichnungen Bezug nehmenden Beschreibung von bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung deutlich. Es zeigen:

Fig. 1 einen Axialschnitt einer Zweitakt-Brennkraftmaschine;

Fig. 2 eine Darstellung der Brennraumoberflächenausbildung des Zylin­ derkopfes;

Fig. 3 ein Gaswechseldiagramm, d.h. ein Diagramm zur Öff­ nungszeit des Einlaß- und Auslaßventils;

Fig. 4 einen Axialschnitt der Brennkraftmaschine zur Dar­ stellung deren Arbeitsweise;

Fig. 5 ein weiteres Gaswechseldiagramm;

Fig. 6 einen Axialschnitt einer Zweitakt-Brennkraftmaschine in einer abgewandelten Ausführungsform.

Gemäß den Fig. 1 und 2 umfaßt die Brennkraftmaschine einen Zylinder 1, einen im Zylinder 1 hin- und herbe­ wegbaren Kolben 2, einen am Zylinder 1 befestigten Zy­ linderkopf 3 sowie einen zwischen der Brennraumoberfläche 3a des Zy­ linderkopfes 3 und dem Boden des Kolbens 2 gebildeten Brenn­ raum 4. An der Brennraumoberfläche 3a des Zylinderkopfes 3 ist eine Vertiefung 5 ausgebildet, wobei die Einlaßventile 6 an dem Brennraumoberflächenbereich 3b des Zylinderkopfes 3, das die Abschlußwand der Vertiefung 5 bildet, angeordnet sind.

Der Brennraumoberflächenbereich 3c des Zylinderkopfes 3, der von der Ver­ tiefung 5 frei ist bzw. diese nicht enthält, ist im wesentli­ chen flach, wobei die Auslaßventile 7 an diesem Brennraumoberflächenbereich 3c des Zylinderkopfes 3 angeordnet sind. Die Brennraumoberflächenbereiche 3b und 3c des Zylinderkopfes 3 sind untereinander durch die Umfangswand 9 der Vertiefung 5 verbunden.

Die Umfangswand 9 der Vertiefung 5 umfaßt Abschirmwände 9a, die so nahe wie möglich an den Umfangsabschnitten der zuge­ ordneten Einlaßventile 6 angeordnet sind und sich bogenför­ mig längs des Umfangs der jeweiligen Einlaßventile 6 er­ strecken, eine Frischluft-Leitwand 9b, die sich zwischen den Einlaßventilen 6 befindet, und Frischluft-Leitwände 9c, von denen jede zwischen der Umfangsfläche der Brennraumoberfläche 3a des Zylinderkopfes 3 und einem zugeordneten Einlaßventil 6 angeordnet ist. Die Abschirmwände 9a erstrecken sich zum Brennraum 4 hin bis zu einer Stelle, die sich unterhalb der Einlaßventile 6 befindet, wenn diese in ihrer maximalen Hubstellung sind, und insofern wird die Ventilöffnung zwi­ schen dem Ventilsitz sowie dem Umfangsabschnitt des Einlaß­ ventils 6, die zur Seite des Auslaßventils hin liegt, durch die zugeordnete Abschirmwand 9a für die gesamte Zeit, in welcher das Einlaßventil offen ist, abgeschirmt. Die Frisch­ luft-Leitwand 9b und die Frischluft-Leitwände 9c sind im wesentlichen in der gleichen Ebene angeordnet und erstrec­ ken sich parallel zu der durch die Mitten der Einlaßventile 6 verlaufenden Linie.

Die Zündkerze 11 ist im Brennraumoberflächenbereich 3c des Zylinderkop­ fes 3 derart angeordnet, daß sie sich im Zentrum der Innen­ wand 3a des Zylinderkopfes 3 befindet.

Im Zylinderkopf 3 sind für die Einlaßventile 6 Ansaugkanä­ le 12 und für die Auslaßventile 7 Auslaßkanäle 13 ausgebil­ det. Die Ansaugkanäle 12 sind mit einem (nicht dargestell­ ten) Luftfilter beispielsweise über einen mechanisch von der Maschine angetriebenen Auflader und über eine Drossel­ klappe verbunden.

Die Fig. 3 zeigt ein Beispiel für die Öffnungszeit der Ein­ laßventile 6 und der Auslaßventile 7. Bei diesem Beispiel öffnen (A_ö) die Auslaßventile 7 eher als die Einlaßventile 6 (E_ö), während die Auslaßventile 7 früher (A_s) als die Ein­ laßventile 6 schließen (E_s).

Wenn der Kolben 2 eine Abwärtsbewegung ausführt und die Einlaßventile 7 öffnen, so strömt Brenngas unter einem ho­ hen Druck vom Brennraum 4 in den Auslaßkanal 13 aus.

Wenn anschließend die Einlaßventile 6 öffnen, dann wird von den Ansaugkanälen 12 Frischluft in den Brennraum 4 einge­ führt. Da die Abschirmwände 9a für die Ventilöffnungen der Einlaßventile 6 vorgesehen sind, fließt zu diesem Zeitpunkt die Frischluft in der Hauptsache von den Abschnitten der Ventilöffnungen der Einlaßventile 6, die mit Bezug zu den Abschirmwänden 9a auf der entgegengesetzten Seite angeord­ net sind, in den Brennraum 4. Dann wird, wie in Fig. 4 durch den Pfeil S angedeutet ist, die Strömungsrichtung der Frisch­ luft am Boden des Kolbens 2 geändert, so daß die Frischluft sich zu den Auslaßventilen 7 hin bewegt. Als Ergebnis dessen wird das Brenngas im Brennraum 4 durch die Frischluft ausge­ stoßen und in die Auslaßkanäle 13 geführt, wodurch im Brenn­ raum 4 ein schleifenförmiger Spülvorgang hervorgerufen wird.

Bei der in den Fig. 1 und 2 dargestellten Ausführungsform haben die bogenförmigen Abschirmwände 9a eine relativ große Länge, und an der Ventilöffnung zwischen dem Einlaßventil 6 sowie dem Ventilsitz 10 wird ein Drittel der Ventilöffnung, das auf der Seite des Auslaßventils liegt, durch die zuge­ ordnete Abschirmwand 9a abgeschirmt, während die Frischluft von den nicht abgeschirmten zwei Dritteln der Ventilöffnung, die auf der zum Auslaßventil entgegengesetzten Seite lie­ gen, eingeführt wird. Zusätzlich wird bei dieser Ausführungs­ form die vom Einlaßventil 6 in den Brennraum 4 strömende Frischluft durch die Frischluft-Leitwände 9b und 9c geführt, so daß sie abwärts längs der Seitenwand 10 des Zylinders 1 strömt. Demzufolge strömt bei dieser Ausführungsform bei geöffneten Einlaßventilen 6 ein großer Teil der Frischluft zum Boden des Kolbens 2 längs der Seitenwand 1a des Zylinders 1, so daß ein guter, schleifenförmiger Spülvorgang durch­ geführt wird.

Wie die Fig. 4 zeigt, wird die in Form einer Schleife flie­ ßende Spülströmung S um eine Zentralachse X, die rechtwinklig zur Achse des Zylinders 1 liegt, herumgeleitet. Bei der in Fig. 4 gezeigten Ausführungsform ist eine Kraftstoff- Einspritzdüse 14 an der Seitenwand 10 des Zylinders 1 auf der Zentralachse X angeordnet, so daß Kraftstoff von der Einspritz­ düse 14 zum mittigen Teil des Brennraumes 4 hin längs der Zentralachse X eingespritzt wird, wenn sich der Kolben 2 annähernd im unteren Totpunkt (UT), wie in Fig. 3 gezeigt ist, befindet. Demzufolge wird der von der Einspritzdüse 14 eingespritzte Kraftstoff von der Spülströmung S umgeben oder umhüllt, und der eingespritzte Kraftstoff wird somit vom Spülstrom S mitgezogen sowie zusammen mit diesem Strom S umgekehrt. Hierbei werden der verdampfte Kraftstoff und Kraftstofftröpfchen von relativ geringer Größe rund um die Zentralachse X gesammelt, während Kraftstofftröpfchen von relativ großer Abmessung von der Zentralachse X auf Grund der Zentrifugalkraft wegbewegt werden, wodurch, da ein homo­ genes Luft-Kraftstoff-Gemisch im Brennraum 4 gebildet wird, eine gute Verbrennung erlangt werden kann. Darüber hinaus erreichen hierbei die Kraftstofftröpfchen nicht die Seiten­ wand 1a des Zylinders 1, die Brennraumoberfläche 3a des Zylinderkopfes 3 und die Bodenfläche des Kolbens 2, wodurch die Kraftstoff­ tröpfchen von der Frischluftschicht, die durch die Spülströ­ mung S umgekehrt wird, umschlossen werden. Demzufolge wird Kraftstoff nicht an der Seitenwand 1a des Zylinders 1, der Brennraumoberfläche 3a des Zylinderkopfes 3 und dem Boden des Kolbens 2 haften, so daß die Erzeugung von unverbrannten KW-Stoffen unterdrückt werden kann.

Die Fig. 5 und 6 zeigen eine abgewandelte Ausführungsform, wobei Kraftstoff von der Einspritzdüse 14 eingespritzt wird, nachdem sowohl die Einlaßventile 6 als auch die Auslaßven­ tile 7 geschlossen sind. Demzufolge ist es bei dieser Aus­ führungsform möglich, restlos ein Ausströmen des eingespritz­ ten Kraftstoffs durch die Auslaßkanäle 12 zu verhindern. Auch bei dieser Ausführungsform ist die Einspritzdüse an der Seitenwand 1a des Zylinders 1 auf der Zentralachse X, um die herum der Spülstrom S umgekehrt wird, angeordnet, wobei der Kraftstoff von der Einspritzdüse 14 längs der Zentral­ achse X eingespritzt wird.

Da gemäß der Erfindung im Brennraum ein homogenes Luft- Kraftstoff-Gemisch gebildet wird, und zwar insbesondere bei einem Betrieb der Maschine unter einer hohen Last, kann eine gute Verbrennung erhalten werden. Weil zusätzlich der Kraftstoff nicht an der Seitenwand des Zylinders u.dgl. anhaf­ ten wird, kann die Menge an unverbrannten, aus dem Zylinder ausgestoßenen KW-Stoffen vermindert werden.

Es wird eine Zweitakt-Brennkraftmaschine mit einem Einlaß- sowie einem Auslaßventil, die am Zylinderkopf angeordnet sind, offenbart. An der Brennraumoberfläche des Zylinderkopfes ist eine Abschirmwand ausgebildet, um die Ventilöffnung zwischen dem Ventilsitz und dem Umfangsabschnitt des Einlaßventils, der auf der Seite des Auslaßventils liegt, für die gesamte Zeit, während welcher das Einlaßventil offen ist, abzuschir­ men. Auf Grund der Abschirmwand wird in den Zylinder einge­ führte Frischluft um eine zur Zylinderachse rechtwinklige Zentralachse herumgeleitet. An der Seitenwand des Zylinders ist auf der Zentralachse eine Kraftstoff-Einspritzdüse ange­ ordnet, um längs der Zentralachse Kraftstoff einzuspritzen.

Claims (13)

1. Zweitakt-Brennkraftmaschine mit folgenden Bauteilen
ein Zylinder (1), dessen Zylinderkopf (3) eine Brennraumoberfläche (3a) aufweist,
ein in dem Zylinder (1) beweglicher Kolben (2), wobei die Brennraumoberfläche (3a) des Zylinderkopfes (3) und die obenliegende Fläche des Kolbens (2) einen Brennraum (4) bilden,
mindestens ein im Brennraum (4) angeordnetes Einlaßventil (6),
mindestens ein im Brennraum (4) angeordnetes Auslaßventil (7),
eine Abschirmvorrichtung (9a), die zwischen dem Einlaßventil (6) und dem Auslaßventil (7) in einer Verlängerung eines vom Ventilsitz (10) des Einlaßventils (6) sich erstreckenden Abschnitts asymmetrisch bezüglich der Axialrichtung der Zylinderachse hauptsächlich auf der dem Auslaßventil (7) zugewandten Seite angeordnet sind und das Einlaßventil (6) für seinen gesamten Hub auf dieser Seite abschirmt sowie einströmende Luft um eine zur Zylinderachse senkrechte Achse (X) leitet und
eine Einspritzeinrichtung (14), die auf der Achse (X) in einer Seitenwand (1a) des Zylinders (1) angeordnet ist, so daß der eingespritzte Kraftstoff von der schleifenförmig einströmenden Luft mitgerissen wird.

2. Zweitakt-Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kraftstoff längs der Achse (X) eingespritzt wird.

3. Zweitakt-Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Kraftstoff bei einströmender Luft in den Zylinder (1a) und bei ausströmendem Verbrennungsgas aus dem Zylinder durch die Einspritzeinrichtung (14) eingespritzt wird, d. h. in der Ventilöffnungsüberschneidungszeit.

4. Zweitakt-Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Kraftstoff nach Beendigen des Vorgangs des Einströmens von Luft und nach Beendigung des Ausströmens von Verbrennungsgas durch die Einspritzeinrichtung (14) eingespritzt wird.

5. Zweitakt-Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Abschirmvorrichtung (9a) eine nahe dem Umfangsabschnitt des Einlaßventils (6), der sich auf der Seite des Auslaßventils befindet, angeordnete Wand (9a) umfaßt, die sich abwärts zum Kolben (2) hin zu einer Stelle erstreckt, welche unterhalb des Einlaßventils, wenn dieses sich in seiner maximalen Hublage befindet, liegt.

6. Zweitakt-Brennkraftmaschine nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Abschirmwand (9a) in einem Bogen längs des Umfangsabschnitts des Einlaßventils (6) erstreckt.

7. Zweitakt-Brennkraftmaschine nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Abschirmwand (9a) längs annähernd eines Drittels des Umfangsabschnitts des Einlaßventils (6) erstreckt.

8. Zweitakt-Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Brennraumoberfläche des Zylinderkopfes (3) mit einer darin ausgebildeten Vertiefung (5) versehen ist, in der das Einlaßventil (6) angeordnet ist.

9. Zweitakt-Brennkraftmaschine nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Abschirmwand (9a) sich seitlich in Frischluft-Leitwände (9b, 9c) fortsetzt.

10. Zweitakt-Brennkraftmaschine nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Maschine mit zwei Einlaßventilen (6) versehen ist und die Frischluft-Leitwand (9b, 9c) eine erste, zwischen den Einlaßventilen angeordnete Leitwand (9b) sowie zweite, zwischen der Umfangsfläche der Brennraumoberfläche (3a) des Zylinderkopfes (3) und den Einlaßventilen (6) angeordnete Leitwände (9c) umfaßt.

11. Zweitakt-Brennkraftmaschine nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Leitwand (9b) und die zweiten Leitwände (9c) im wesentlichen in derselben Ebene, die sich im wesentlichen parallel zu einer durch die Einlaßventile (6) verlaufenden Linie erstreckt, angeordnet sind.

12. Zweitakt-Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 11, gekennzeichnet durch eine annähernd im Zentrum der Brennraumoberfläche (3a) des Zylinderkopfes (3) angeordnete Zündkerze.

13. Zweitakt-Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Auslaßventil (7) früher als das Einlaßventil (6) öffnet und früher als das Einlaßventil (6) schließt.