DE3933105A1 - Two=stroke IC engine with charge change control - has passage with piston adjustable cross=section, connected to top of combustion chamber for charge change - Google Patents

Two=stroke IC engine with charge change control - has passage with piston adjustable cross=section, connected to top of combustion chamber for charge change

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Abstract

The two-stroke i.c. engine has inlet and exhaust ports and a charge change control system returning part of the gases dependent on load. The inlet and exhaust ports (7,8) are controlled by the piston (2). The charge change is carried out by a passage (10), connected to the top part of the combustion chamber, whose cross-section is varied by a valve (9) dependent on the load. ADVANTAGE - Position of the inlet port is unaffected by the control system.

Description

Die Erfindung betrifft eine Zweitakt-Brennkraftmaschine gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Eine derartige Brennkraftmaschine ist aus der DE-OS 27 47 884, F 01 L 1/34, bekannt. Durch lastabhängige Verlegung der Einlaßphase für das Frischgas, und zwar mit abnehmender von der Maschine abzugebender Leistung in Richtung später, wird ein Teil des zuvor in den Brennraum gelangten Frischgases in das Saugrohr zurück­ geschoben, während der Rest im Brennraum verdichtet und verbrannt wird. Der Vorteil einer derartigen Rückschiebesteuerung ist im drosselfreien Betrieb der Maschine zumin­ dest im Leerlauf- und Teillastbereich zu sehen.The invention relates to a two-stroke internal combustion engine according to the preamble of 1. Such an internal combustion engine is known from DE-OS 27 47 884, F 01 L 1/34, known. By relocating the inlet phase for the fresh gas, with decreasing output to be delivered by the machine towards later, part of the fresh gas that previously entered the combustion chamber is returned to the intake manifold pushed while the rest of the combustion chamber is compressed and burned. The advantage Such a push-back control is at least in the throttle-free operation of the machine least seen in the idle and part load range.

Die zitierte Offenlegungsschrift offenbart auch mehrere konstruktive Möglichkeiten zur Erzielung der Lastabhängigkeit dieser Ladungswechselsteuerung. Beispielsweise ist ei­ nem zwischen der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine und einer mit Einlaßnocken ver­ sehenen Nockenwelle verlaufenden endlosen Riemen eine Stellrolle zugeordnet, deren Stellung die Länge des ziehenden Trums des Riemens beeinflußt. Dadurch wird die re­ lative Winkellage zwischen Kurbelwelle und Nockenwelle in Abhängigkeit von der je­ weiligen Last der Maschine beeinflußt. Bei Verwendung ein und derselben Nockenwelle als Träger für die Einlaß- und die Auslaßnocken besitzt gemäß einem Vorschlag in der Offenlegungsschrift die Nockenwelle eine die Einlaßnocken tragende, hohle Außenwelle, die auf einer Innenwelle lastabhängig verschwenkbar ist.The cited publication also discloses several constructive options for Achieving the load dependency of this charge exchange control. For example, egg ver between the crankshaft of the internal combustion engine and one with intake cams see camshaft extending endless belts assigned an adjusting roller whose Position affects the length of the belt's pulling strand. This will make the right relative angular position between crankshaft and camshaft depending on the affected load of the machine. When using the same camshaft as a carrier for the inlet and outlet cams according to a proposal in the Offenlegungsschrift the camshaft a hollow outer shaft carrying the intake cams, which can be pivoted on an inner shaft depending on the load.

Wenn gemäß dieser Offenlegungsschrift die Rückschiebesteuerung in der Weise erfolgt, daß eine Teilmenge des zuvor in den Brennraum eingeströmten Frischgases in das Saug­ rohr zurückgeschoben wird, erfordert dies eine relativ hohe, das heißt zylinderkopfnahe Anordnung der Einmündungsstelle des Einlaßkanals für das Frischgas. Eine derart hohe Anordnung des Einströmquerschnitts - in der Regel sind mehrere erforderlich - ist aber im Hinblick auf die im oberen Bereich des Brennraums auftretenden hohen Spitzendrücke unerwünscht. Auch macht die platzmäßige Unterbringung eines lastabhängig betätigten Querschnitts-Steuerorgans für diese lastabhängige Ladungswechselsteuerung in der Saugrohranordnung Schwierigkeiten, da zur Lieferung von Frischgas in den Brennraum in der Regel mehrere, über den Umfang desselben verteilt einmündende Saugrohre bzw. Einlaßkanäle erforderlich sind, die zur Rückschieberegelung alle hinsichtlich ihres Querschnitts durch das Steuerorgan beeinflußbar sein müssen. Zumindest im Zuge ein­ zelner derartiger Einlaßkanäle ergeben sich dann zwischen dem Steuerorgan einerseits und ihren Einmündungsstellen in den Brennraum andererseits Toträume, die die Arbeits­ weise der Maschine nachteilig beeinflussen.If, according to this published specification, the push-back control is carried out in such a way that a portion of the fresh gas that has previously flowed into the combustion chamber is pushed back into the suction pipe, this requires a relatively high, that is to say arrangement close to the cylinder head of the junction of the inlet channel for the fresh gas. Such a high arrangement of the inflow cross section - usually several are required - is undesirable in view of the high peak pressures occurring in the upper region of the combustion chamber. Also, the space-based accommodation of a load-dependent cross-sectional control element for this load-dependent charge exchange control in the intake manifold arrangement makes difficulties, since the delivery of fresh gas into the combustion chamber generally requires several intake pipes or inlet ducts that open out over the circumference, all of which are used for backward regulation must be influenceable in terms of their cross-section by the control body. At least in the course of an individual such inlet channels then there are dead spaces between the control member on the one hand and their junction points in the combustion chamber on the other hand, which adversely affect the working manner of the machine.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Konstruktion für eine gattungsgemäße Zweitakt-Brennkraftmaschine unter Wahrung der Vorteile derselben zu schaffen, die so getroffen ist, daß die Lage der zumindest einen Frischgas-Einströmöffnung so, daß ihr Querschnitt durch den Hubkolben gesteuert wird, durch die Rückschiebesteuerung nicht beeinflußt ist.The invention has for its object a construction for a generic To create two-stroke internal combustion engine while preserving the advantages of the same is taken that the position of the at least one fresh gas inflow opening so that you Cross-section is controlled by the reciprocating piston, not by the push-back control is influenced.

Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe besteht in den kennzeichnenden Merkma­ len des Hauptanspruchs, vorteilhafte Ausbildungen der Erfindung beschreiben die Unter­ ansprüche.The solution to this problem according to the invention consists in the characteristic features len of the main claim, advantageous embodiments of the invention describe the sub Expectations.

Bei der Erfindung ist für die Rückschiebesteuerung also ein zusätzlicher Steuerkanal vorgesehen, der mit einem lastabhängig betätigten Steuerorgan, beispielsweise einem Schieber, bestückt ist, und in einen oberen Brennraumbereich einmündet. Dadurch wird es möglich, den eigentlichen Frischgas-Einlaßkanal in üblicher Höhe in den Brennraum einmünden zu lassen; da dieser Frischgas-Einlaßkanal nicht mit einem Steuerorgan, also beispielsweise einer Drosselklappe oder einem Schieber, bestückt ist, bestehen auch nicht die oben erläuterten Schwierigkeiten hinsichtlich der Ausbildung des Steuerorgans bei der üblichen Verwendung mehrerer Frischgas-Einlaßkanäle.In the invention, there is an additional control channel for the push-back control provided that with a load-dependent control element, for example a Slider, is equipped, and opens into an upper combustion chamber area. This will it is possible to insert the actual fresh gas inlet duct into the combustion chamber at the usual height to flow into; since this fresh gas inlet duct is not connected to a control element, that is for example, a throttle valve or a slide, is also available not the difficulties explained above with regard to the training of the tax body with the usual use of several fresh gas inlet channels.

Wie in den Unteransprüchen im einzelnen ausgeführt, kann der Steuerkanal insbesondere dann, wenn während der Rückschiebephase sich im Brennraum reine Luft befindet, di­ rekt oder indirekt über das Abgassystem der Maschine ins Freie führen. As detailed in the subclaims, the control channel can in particular when there is clean air in the combustion chamber during the push-back phase, ie Lead directly or indirectly through the machine's exhaust system.  

Besonders vorteilhaft ist jedoch die in den Ansprüchen 4 bis 9 behandelte Ausführungs­ form der Erfindung, bei der der Steuerkanal mit dem Einlaßkanal in Strömungsverbin­ dung steht. Während der Einlaßphase für das Frischgas besteht dann die Möglichkeit, bei entsprechender Ausrichtung der Einmündungsstelle des Steuerkanals über diesen Frischgas in Richtung auf eine Zündkerze im Brennraum zu lenken. In dieser Betriebs­ phase bildet der Steuerkanal also gleichsam einen zusätzlichen Einlaßkanal, wobei der Kanalquerschnitt durch entsprechende Stellung des Steuerorgans freigegeben ist. Wei­ terhin ist es möglich, über den Steuerkanal bei dieser Ausführung der Erfindung in Be­ triebsphasen, in denen der Auslaßkanal bereits durch den hochgehenden Kolben abge­ deckt ist, einen Nachladeeffekt zu erzielen. Im übrigen wird das Steuerorgan lastab­ hängig betätigt, so daß die Öffnungsphase des Steuerkanals mit abnehmender Leistung der Maschine in Richtung später verschoben wird.However, the embodiment discussed in claims 4 to 9 is particularly advantageous form of the invention in which the control channel with the inlet channel in flow communication manure stands. During the inlet phase for the fresh gas, it is then possible to with appropriate alignment of the junction of the control channel via this To direct fresh gas towards a spark plug in the combustion chamber. In this operating phase, the control channel thus forms, as it were, an additional inlet channel, the Channel cross section is released by appropriate position of the control member. Wei furthermore, it is possible to use the control channel in this embodiment of the invention in Be drive phases in which the outlet channel is already abge by the rising piston is to achieve a reloading effect. For the rest, the tax body becomes last pending actuated so that the opening phase of the control channel with decreasing power the machine is moved later.

Was die Steuerung der über einen Vergaser oder durch Einspritzung zuzuführenden Kraftstoffmenge anbelangt, so kann sie bei Rückschieben in das Einlaßsystem in be­ kannter Weise beispielsweise über Luftmengen- oder Luftmassenmessung erfolgen.As for the control of those to be supplied via a carburetor or by injection As far as fuel quantity is concerned, it can be pushed back into the intake system known manner, for example via air volume or air mass measurement.

Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden anhand der Zeichnung erläutert, die Axialschnitte durch einen Brennraum der Brennkraftmaschine wiedergeben. Es sei darauf hingewiesen, daß bei üblichen Maschinen mehrere derartiger Brennräume bzw. Zylinder vorhanden sind, in denen dann jeweils die gleichen konstruktiven Verhält­ nisse vorliegen.Two embodiments of the invention are described below with reference to the drawing explains the axial sections through a combustion chamber of the internal combustion engine. It should be noted that in conventional machines, several such combustion chambers or cylinders are available, in which then the same design ratio nisse are present.

Betrachtet man zunächst das Ausführungsbeispiel nach Fig. 1, so erkennt man in dem Zylinder 1 den an seinem unteren Ende in üblicher Weise über ein Pleuel auf eine Kur­ belwelle arbeitenden Hubkolben 2, der mit dem Zylinder den hinsichtlich seines Volu­ mens variablen Brennraum 3 einschließt. In einer Mulde 4 im Zylinderkopf oder -deckel ist in diesem Ausführungsbeispiel eine Zündkerze 5 untergebracht.Looking first at the exemplary embodiment according to FIG. 1, one can see in the cylinder 1 that at its lower end in the usual manner via a connecting rod on a cure working on a shaft reciprocating piston 2 , which includes the variable combustion chamber 3 with respect to its volume. In this exemplary embodiment, a spark plug 5 is accommodated in a depression 4 in the cylinder head or cover.

In den Zylinder 1 sind in üblicher Weise mehrere, mit einem Frischgaseinlaß 6 strö­ mungsmäßig verbundene Frischgas-Einlaßkanäle 7 in solcher Höhe eingearbeitet, daß sie bei Beginn der Kompressionsphase zunehmend durch den dann hochgehenden Kolben 2 abgedeckt werden. Bei 8 erkennt man mehrere Abgas-Auslaßkanäle, deren obere Be­ grenzungskanten höher als diejenigen der Einlaßkanäle 7 im Bereich ihrer Einströmquer­ schnitte in den Brennraum 3 liegen, so daß beim Kompressionshub die Abgasauslässe nach den Einlaßkanälen durch den Kolben 2 verschlossen werden, während beim Expan­ sionshub die Auslaßkanäle 8 vom Kolben 2 vor den Einlaßkanälen 7 freigegeben werden. In the cylinder 1 several, with a fresh gas inlet 6 flow-connected fresh gas inlet channels 7 are incorporated in such a height that they are increasingly covered by the then rising piston 2 at the beginning of the compression phase. At 8 you can see several exhaust gas outlet channels, the upper Be boundary edges higher than those of the inlet channels 7 in the area of their inflow cross-sections in the combustion chamber 3 , so that the exhaust ports are closed by the piston 2 during the compression stroke, while the expansion stroke sionshub the outlet channels 8 are released by the piston 2 before the inlet channels 7 .

Während demgemäß die Ein- und Auslaßkanäle 7 und 8 in üblicher Weise in einen un­ teren Brennraumbereich einmünden, etwa so, daß von UT zur Oberkante der Einmün­ dungsquerschnitte der Einlaßkanäle 7 ein Abstand von etwa 60° KW vorliegt, mündet in den oberen Bereich des Brennraums der mit dem Walzendrehschieber 9 als lastab­ hängig betätigtes Steuerorgan bestückte Steuerkanal 10 ein, der an seinem in der Fi­ gur unteren Ende in den Abgasauslaß 8 einläuft. Die Steuerung des Drehschiebers 9 erfolgt beispielsweise in der erläuterten, aus der eingangs genannten DE-OS 27 47 884 bekannten Weise durch Anderung der Länge des ziehenden Trums eines zur Kurbelwelle der Maschine führenden Antriebsriemens für den Drehschieber 9.Accordingly, while the inlet and outlet channels 7 and 8 open in a conventional manner in a lower combustion chamber area, approximately such that from UT to the upper edge of the mouth sections of the inlet channels 7 there is a distance of approximately 60 ° KW, opens into the upper area of the combustion chamber the equipped with the roller rotary valve 9 as a loadab dependent control member a control channel 10 , which enters the lower end of the fi gur in the exhaust outlet 8 . The rotary valve 9 is controlled, for example, in the manner described, known from DE-OS 27 47 884 mentioned at the outset, by changing the length of the pulling strand of a drive belt leading to the crankshaft of the machine for the rotary valve 9 .

Nach Verschließen der Einströmquerschnitte der Einlaßkanäle 7 sowie der Auslaßkanäle 8 erfolgt also in Abhängigkeit von der lastabhängigen Stellung des Steuerorgans 9, das heißt in Abhängigkeit vom jeweils vorliegenden Strömungsquerschnitt der Steuerleitung 10, ein Ausschieben einer Teilmenge des zuvor über die Einlaßkanäle 7 in den Brenn­ raum 9 gelieferten Frischgases, das heißt vom Prinzip her eine drosselfreie Füllungsre­ gelung. Soweit im Einlaß 6 bzw. im Zuge des einströmenden Frischgases eine Drossel 11 liegt, dient diese lediglich der Schaffung einer zusätzlichen Möglichkeit der Beeinflus­ sung der Leerlauf- oder Teillastfüllung in Sonderfällen, z. B. zur Erzielung einer sehr niedrigen Leerlaufdrehzahl. Vom Prinzip her erfolgt aber ein drosselfreies Einströmen der Frischgasmenge in den Brennraum 3 in Abhängigkeit von der Differenz der Drücke im Brennraum einerseits und am Ausgang eines Kompressors bzw. einer Spülpumpe an­ dererseits.After closing the inflow cross-sections of the inlet channels 7 and the outlet channels 8 , depending on the load-dependent position of the control element 9 , that is to say depending on the respective current cross-section of the control line 10 , a portion of the previously pushed out via the inlet channels 7 into the combustion chamber 9 Fresh gas supplied, that is, in principle, a throttle-free filling regulation. Insofar as a throttle 11 is located in the inlet 6 or in the course of the inflowing fresh gas, this serves only to create an additional possibility of influencing the idling or partial load filling in special cases, e.g. B. to achieve a very low idle speed. In principle, however, there is a throttle-free inflow of the fresh gas quantity into the combustion chamber 3 depending on the difference in the pressures in the combustion chamber on the one hand and at the outlet of a compressor or a flushing pump on the other.

Man erkennt im Wege des einströmenden Frischgases ferner das Rückschlagventil 12, das eine Rückströmung bei noch freien Einmündungen der Einlaßkanäle 7 und hochge­ hendem Kolben verhindern soll.It can also be seen in the way of the incoming fresh gas, the check valve 12 , which is intended to prevent backflow when the orifices of the inlet channels 7 and the piston going high.

In dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 findet sich wieder in dem Zylinder 20 der Hubkolben 21, der zusammen mit dem Zylinder den Brennraum 22 einschließt; auch hier liegt eine nach dem Otto-Prinzip arbeitende Brennkraftmaschine mit Zündkerze 23 vor. Die Einlaßkanäle sind mit 24, die Auslaßkanäle mit 25 bezeichnet; die Strö­ mungsrichtungen sind wie schon in Fig. 1 durch Pfeile gekennzeichnet.In the exemplary embodiment according to FIG. 2, there is again in the cylinder 20 the reciprocating piston 21 which , together with the cylinder, encloses the combustion chamber 22 ; here too there is an internal combustion engine with spark plug 23 which works according to the Otto principle. The inlet channels are designated 24 , the outlet channels 25 ; the flow directions are indicated by arrows as in Fig. 1.

In diesem Ausführungsbeispiel mündet der mit dem Drehschieber 26 als lastabhängiges Steuerorgan bestückte Steuerkanal 27 in die Einlaßkanäle 24 ein, so daß er bei geöff­ netem Steuerorgan 26 während der Einlaßphase Frischgas in Richtung auf die Zündker­ ze 23 in den Brennraum 22 liefert. Daher ist diese Konstruktion auch dazu geeignet, während der Kompressionsphase nach Abdeckung der Einmündungen der Einlaßkanäle 24 in den Brennraum 22 durch den Kolben 21 und bei ebenfalls abgedeckten Auslaßkanälen 25 einen Nachladeeffekt hervorzurufen. Auch hier ist verständlicherweise der Drehschie­ ber 26 lastabhängig betätigt, so daß mit abnehmender Maschinenlast die Einlaßphase in Richtung später verlegt wird.In this embodiment, the control channel 27 , which is equipped with the rotary valve 26 as a load-dependent control element, opens into the inlet channels 24 , so that it supplies fresh gas in the direction of the spark plug 23 into the combustion chamber 22 during the intake phase when the control element 26 is opened . Therefore, this construction is also suitable for causing a reloading effect during the compression phase after covering the openings of the inlet channels 24 into the combustion chamber 22 by the piston 21 and with the outlet channels 25 also being covered. Again, the rotary slide is understandably about 26 is actuated depending on the load, so that the intake phase is shifted in the direction of retarded with decreasing engine load.

Mit der Erfindung ist demgemäß eine gattungsgemäße Zweitakt-Brennkraftmaschine ge­ schaffen, die mit einfachen Mitteln den besonderen Verhältnissen eines derartigen Ma­ schinentyps Rechnung trägt und eine wirkungsvolle lastabhängige Ladungswechselsteue­ rung nach Art einer Rückschiebesteuerung sicherstellt.With the invention is accordingly a generic two-stroke internal combustion engine ge create with simple means the special conditions of such a Ma takes account of the machine type and an effective load-dependent charge exchange tax ensures a kind of push-back control.

Claims (10)

1. Zweitakt-Brennkraftmaschine mit zumindest einem einen Hubkolben aufnehmenden, mit diesem einen Brennraum bildenden Zylinder, zumindest jeweils einem Frischgas­ einlaß- und Abgasauslaßkanal und einer lastabhängigen Ladungswechselsteuerung nach Art einer Rückschiebesteuerung, dadurch gekennzeichnet, daß Ein- und Aus­ laßkanal (7, 8), wie üblich, im Hubbereich des Kolbens (2) einmünden und ihre Strö­ mungsquerschnitte durch diesen gesteuert werden, während zur lastabhängigen La­ dungswechselsteuerung in einen oberen Brennraumbereich ein mit einem lastabhän­ gig betätigten Querschnitts-Steuerorgan (9) bestückter Steuerkanal (10) einmündet.1. Two-stroke internal combustion engine with at least one reciprocating piston, with this cylinder forming a combustion chamber, at least one fresh gas inlet and exhaust gas outlet duct and a load-dependent charge exchange control in the manner of a push-back control, characterized in that inlet and outlet duct ( 7 , 8 ) , as usual, open into the stroke area of the piston ( 2 ) and their flow cross sections are controlled by it, while a load-dependent cross-sectional control element ( 9 ) equipped with a load-dependent cross-sectional control element ( 9 ) opens into a control chamber ( 10 ) for load-dependent charge change control. 2. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerkanal (10) ins Freie führt.2. Internal combustion engine according to claim 1, characterized in that the control channel ( 10 ) leads outdoors. 3. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerkanal (10) in das Abgassystem der Maschine führt.3. Internal combustion engine according to claim 1, characterized in that the control channel ( 10 ) leads into the exhaust system of the machine. 4. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerkanal (27) mit dem Einlaßkanal (24) in Strömungsverbindung steht.4. Internal combustion engine according to claim 1, characterized in that the control channel ( 27 ) with the inlet channel ( 24 ) is in flow connection. 5. Brennkraftmaschine nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuerorgan (26) schon während der Frischgaseinlaßphase den Strömungsquerschnitt des Steuerka­ nals (27) freigibt. 5. Internal combustion engine according to claim 4, characterized in that the control member ( 26 ) releases the flow cross section of the control channel ( 27 ) already during the fresh gas inlet phase. 6. Brennkraftmaschine nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerkanal (27) im Bereich seiner Einmündung auf eine Zündkerze (23) ausgerichtet ist.6. Internal combustion engine according to claim 5, characterized in that the control channel ( 27 ) is aligned in the region of its confluence with a spark plug ( 23 ). 7. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuerorgan (26) nach erfolgter Abdeckung des Auslaßkanals (25) durch den Kol­ ben (21) zur Erzeugung einer Nachladephase den Strömungsquerschnitt des Steuerka­ nals (27) freigibt.7. Internal combustion engine according to one of claims 4 to 6, characterized in that the control member ( 26 ) after covering the outlet channel ( 25 ) by the Kol ben ( 21 ) for generating a reloading phase, the flow cross-section of the Steuererka channel ( 27 ) releases. 8. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß im Zuge der Einlaßkanäle (7) ein Rückschlagventil (12) angeordnet ist.8. Internal combustion engine according to one of claims 4 to 7, characterized in that a check valve ( 12 ) is arranged in the course of the inlet channels ( 7 ). 9. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß im Zuge der Einlaßkanäle (7) eine steuerbare Drossel (11) angeordnet ist.9. Internal combustion engine according to one of claims 4 to 8, characterized in that a controllable throttle ( 11 ) is arranged in the course of the inlet channels ( 7 ). 10. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuerorgan ein Schieber (9), vorzugsweise ein Drehschieber, ist.10. Internal combustion engine according to one of claims 1 to 9, characterized in that the control member is a slide ( 9 ), preferably a rotary slide.
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