DE3942032C2 - - Google Patents
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Description
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Zweitaktmotor
und geht aus von der GB-OS 21 75 643, die im Oberbegriff
des Patentanspruchs 1 gewürdigt ist.
In Zweitaktmotoren wird jeder Motorzyklus mit einer
Umdrehung einer Kurbelwelle abgeschlossen, so daß die
Selbstansaugfunktion in einem Zylinder nicht stattfindet.
Aus diesem Grund wird ein Verfahren benutzt, bei dem Luft
in einen Kurbelkasten unter Ausnutzung von Vakum eingeleitet
wird, das im Kurbelkasten erzeugt wird, während
ein Kolben sich in seinem Aufwärtshub befindet, und in
welchem die Ansaugung in den Zylinder über einen Spülschlitz
durch erhöhten Druck im Kurbelkasten infolge des
Abwärtshubs vom Kolben erfolgt, während die Gase, die
nach der Verbrennung im Zylinder erzeugt worden sind,
durch die Spülströmung des angesaugten Gases aus dem
Zylinder herausgedrängt werden. Ferner ist für eine
motorlastabhängige Steuerung ein Drosselventil im
Ansaugsystem vorgesehen, und es wird die Ansaugmenge
durch Variierung des Öffnungsgrades vom Drosselventil
eingestellt.
In solchen bekannten Anordnungen ist eine unzureichende
Spülströmung unter geringer Lastbedingung infolge
einer geringen Ansaugmenge wahrscheinlich, wodurch Fehlzündungen
mit resultierenden nicht stabilen Betriebszuständen
des Motors hervorgerufen werden. Darüber hinaus
ist es schwierig, eine gleichförmige, glatte Drehmomentkennlinie
des Motors in Übereinstimmung mit den Betriebsbedingungen
zu erzielen, so daß viel Kraftstoff verbraucht
wird und die Abgase, d. h. deren Werte verschlechtert sind.
Darüber hinaus besteht bei diesen Arten von Spülsystemen,
die den Kurbelkastendruck ausnutzen, eine Grenze hinsicht
lich der Erhöhung der Spülfähigkeit des Motors. Dies be
deutet, daß es schwierig ist, ein ausreichend vergrößertes
Drehmoment des Motors unter hoher Last zu erzielen.
In der eingangs erwähnten GB-OS 21 75 643 wird
lediglich in Abhängigkeit der Last und Fahrgeschwindigkeit
ein mit einem Auslaßschlitz gekoppeltes Abgasdrehschieberventil
so gesteuert, daß die Kohlenwasserstoffemission
unter vorgegebenen Grenzwerten gehalten werden kann.
Über die gesteuerte Schwenkbewegung des Abgasdrehschieberventils
wird gleichzeitig der Zeitpunkt der Öffnung und
Schließung des Auslaßschlitzes variiert. Wie jedoch dieser
Zeitpunkt sich bei den Öffnungsgradeinstellungen des Ventils
ändert, ist nicht erläutert. Das Phänomen des Einflusses
der Spülströmung auf die Motorleistung sowie die
Abgase findet keine Beachtung. Dies gilt auch für die
GB-PS 6 27 381. Diese zeigt zwar ein Ventil in der Spülpassage
bzw. im Spülschlitz, das Ventil wird jedoch mit
vorgegebener, mit der Motordrehzahl gekoppelter Drehbewegung
stets auf die gleiche Weise gesteuert.
Vor diesem Hintergrund besteht der Bedarf, eine Anordnung
zu entwickeln, die eine erhöhte Spülfähigkeit bzw.
einen erhöhten Spülwirkungsgrad aufweist und in welcher
die Strömung des Kraftstoffs durch den Zylinder herabgesetzt
ist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen
Zweitaktmotor anzugeben, bei dem ein hohes Drehmoment und
ein geringer Kraftstoffverbrauch über einen weiten Bereich
von Betriebszuständen des Motors erzielt werden.
Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand des Patentanspruchs
1 gelöst.
Danach werden die Zeitpunkte der Öffnung und Schließung
sowohl des Abgas- als auch des vorgesehenen Spüldrehschieberventils
in ganz bestimmter Weise in bezug aufeinander
sowie last- und drehzahlabhängig gesteuert. Bei
geringer Geschwindigkeit und geringer Last wird der
Öffnungszeitpunkt des Abgasdrehschieberventils gegenüber
der Öffnung des Auslaßschlitzes verzögert. Aus diesem
Grund ist der Auslaßvorgang bezüglich des Zeitpunkts der
Öffnung des Auslaßschlitzes bei geringer Geschwindigkeit
und Last verzögert, wenn die Abgasmenge gering ist. Ferner
ist der effektive Abwärtshub des Kolbens verlängert,
wodurch das Arbeitsvolumen des Motors vergrößert wird,
verbunden mit einer Leistungssteigerung bei geringer
Geschwindigkeit und geringer Last.
Bei hoher Geschwindigkeit und hoher Last werden die
Steuerzeitpunkte der Öffnung vom Drehschieberabgasventil
und dem Auslaßschlitz im wesentlichen angeglichen. Somit
ist gegenüber dem Fall geringer Geschwindigkeit und
geringer Last der Zeitpunkt des Auslaßbeginns vorgezogen,
wodurch das Abblasen der Abgase durch den sich abwärts
bewegenden Kolben im Abwärtshub eine ausreichende Auslaßwirkung
zur Folge hat, wiederum verbunden mit einer
Steigerung der Ausgangsleistung.
Ferner liegt der Öffnungszeitpunkt des Spülventils
erfindungsgemäß später als die Öffnung des Spülschlitzes
und die Öffnung des Auslaßschlitzes sowie des Abgasdrehschieberventils.
Infolgedessen wird der Spülschlitz geschlossen,
nachdem der Auslaßvorgang infolge der Schließung
des Ventils abgeschlossen ist, und es wird Luft in
den Zylinder gespeist, bis der Spülschlitz geschlossen
wird, wodurch Verluste, die durch den Zylinder geblasene
Luft verursacht werden, ausgeglichen werden und der
Wirkungsgrad der Zylinderfüllung verbessert wird.
Weiterhin liegt erfindungsgemäß der Zeitpunkt der
Schließung des Spülschlitzes vor dem Zeitpunkt der Schließung
des Spüldrehschieberventils und des Auslaßschlitzes
sowie nach der Schließung des Abgasdrehschieberventils.
Infolge dieser Steuerung wird in der Periode zwischen
Schließung des Abgasventils und Schließung des Spülschlitzes
Luft in den Zylinder gespeist, wodurch die
durch das Blasen von Spülluft durch den Zylinder verursachten
Verluste ausgeglichen werden. Die Einspeisung
von Luft in den Zylinder nach Beenden des Gasauslasses
trägt ebenfalls zur Verbesserung des Wirkungsgrades der
Füllung des Zylinders bei.
Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen
gekennzeichnet.
Danach wird vorzugsweise eine gespeicherte
Tabelle verwendet, mit der das Motorbetriebszustandssignal
verglichen wird. Ein Kraftstoffeinspritzmengenkalkulator
spricht auf die Motordrehzahl und den Grad
der Gaspedalabsenkung an und liefert so ein Signal für
die obige Ventilsteuerung, die vorzugsweise durch
Phasenänderungseinrichtungen ausgeführt wird.
Derartige Einrichtungen zum Verstellen der Zeitpunkte
von Öffnung und Schließung der Ventile sind auch
z. B. aus dem JP-GM 61-1 79 307 entnehmbar.
Im folgenden wird die Erfindung anhand der Zeichnungen
näher erläutert. Es zeigt
Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Zweitaktmotors
gemäß der Erfindung;
Fig. 1A eine Darstellung, die die Prinzipien einer Phasen
änderungsvorrichtung verdeutlicht;
Fig. 2 ein Zeitsteuerungsdiagramm, das die Öffnung und
Schließung von Auslaßschlitzen und Spülschlitzen
von Abgas- und Spüldrehschieberventilen verdeut
licht;
Fig. 3 ein Blockschaltbild, das eine Steuereinheit dar
stellt, die in der vorliegenden Erfindung verwendet
wird;
Fig. 4A ein ähnliches Zeitsteuerdiagramm wie in Fig. 2
für einen Betriebszustand geringer Drehzahl und
geringer Last; und
Fig. 4B ein Zeitsteuerdiagramm ähnlich dem in Fig. 2 für
den Betriebszustand hoher Drehzahl und hoher Last.
Der in Fig. 1 dargestellte Zweitaktmotor umfaßt einen
Zylinder 2, einen Kolben 3, der in diesem Zylinder 2 gleitend
angeordnet ist, eine Pleuelstange 6, die mit dem Kolben 3
verbunden ist, und eine Kurbelwelle 5, die in einem Kurbel
kasten 4 angeordnet ist. Ein Ausgleichs- oder Gegengewicht
7 ist an der Kurbelwelle 5 angebracht.
In der Wandung des Zylinders 2 sind ein Abgas- oder Auslaß
schlitz 11 und ein Spülschlitz 16 entweder um 90° winkel
mäßig gegeneinander versetzt oder so angeordnet, daß
sie sich gegenüberliegen. Der Schlitz 11 und der Schlitz 16
werden mit einer vorbestimmten Zeitsteuerung durch den
Kolben 3 geöffnet und geschlossen.
Eine Zündkerze 9 und ein Zwei-Fluid-Einspritzer 10 sind
an der Oberseite an der Verbrennungskammer 8 des Zylinders
2 vorgesehen. Der Einspritzer bzw. das Einspritzventil 10
ist so ausgelegt, daß eine vorbestimmte Kraftstoffmenge
gemeinsam mit komprimierter Luft in Form eines Luft-
Kraftstoffgemischs eingespritzt wird. Dabei wird dem
Einspritzer 10 Kraftstoff von einem Kraftstofftank 23
über eine Kraftstoffleitung 20, die ein Filter 21 umfaßt,
eine Kraftstoffpumpe 22 und einen Kraftstoffdruckregulator
24 zugeführt, der den Kraftstoff konstant auf einem vorbe
stimmten geringen Druck hält. Der Kraftstoff wird mit Luft
gemischt, die dem Einspritzer 10 aus einem Luftverdichter
28 über eine Luftleitung 25 zugeführt wird, die einen
Speicherbehälter 27 und einen Luftdruckregulator 26 umfaßt.
Dem Motor 1 wird über ein Luftfilter 34, eine Verdränger
spülpumpe 33, einen Zwischenkühler 32 zum Kühlen von Spül
luft und ein Ansaugrohr 30 Luft zugeführt, wobei das
Ansaugrohr 30 eine Spülkammer 31 umfaßt, die Spüldruck
wellen absorbiert, wenn sich der Spülschlitz 16 öffnet
und schließt. Ein Bypass 35 ist um die Spülpumpe 33
und den Zwischenkühler 32 als Umleitung vorgesehen. Der
Bypass 35 ist mit einem Steuerventil 36 ausgestattet.
Abgase vom Motor 1 werden durch den Auslaßschlitz 11,
eine Abgasleitung 12 mit einem Katalysator 13, eine Auslaß
kammer 14 und einen Auspufftopf 15 abgeführt.
Die Spülpumpe 33 ist betriebswirksam mit der Kurbelwelle 5
über eine Übertragungsvorrichtung 37 gekoppelt, die einen
Endlosriemen umfaßt, der über eine Kurbelriemenscheibe
und eine Pumpenriemenscheibe geführt ist. Die Spülpumpe 33
wird von der Kurbelwelle 5 über die Übertragungsvorrichtung
37 so angetrieben, daß sie einen Spüldruck erzeugt. Ein
Gaspedal 50 ist betriebswirksam mit dem Steuerventil 36
über eine Ventilsteuereinheit 51 verbunden. Der Grad der
Öffnung des Steuerventils 36 wird durch die Steuereinheit
51 so gesteuert, daß er invers proportional zum Grad des
Herabdrückens vom Gaspedal 50 ist. Ferner sind ein Motor
drehzahlsensor 52 und ein Gaspedalabsenkgradsensor 53
vorgesehen, um die Motorbetriebsbedingungen zu erfassen.
Ausgangssignale der Sensoren 52 und 53 werden einer
Steuereinheit 55 zugeführt, die der Zündkerze 9 und dem
Einspritzer 10 jeweils ein Zündsignal bzw. ein Kraftstoff
einspeisungsimpulssignal und Lufteinspeisungsimpulssignal
zuführt. Wird das Kraftstoffeinspeisungssignal zugeführt,
so wird eine vorbestimmte Kraftstoffmenge in den Ein
spritzer 10 gespeist, und wird das Lufteinspeisungs- oder
-einspritzimpulssignal zugeführt, nachdem der Auslaßschlitz
11 sich geschlossen hat, so wird in den Einspritzer 10
unter Druck stehende Luft eingespeist, um die Einspritzung
der Kraftstoff-Luftmischung auszulösen.
Der Auslaßschlitz 11 und der Spülschlitz 16 sind als
Steueröffnungen so ausgelegt, daß sie einen großen
Winkelbereich der Öffnung der Schlitze umfassen, so daß
die Auslegung für den Motorbetrieb mit hoher Drehzahl
geeignet ist. Explizit liegt hierbei beispielsweise der
Winkelbereich der Öffnung des Auslaßschlitzes 11 90° vor
und hinter dem unteren Totpunkt UT
und der Winkelbereich der Öffnung des Spül
schlitzes 16 liegt beispielsweise 80° vor und hinter dem
unteren Totpunkt UT, wie dies in Fig. 2 angedeutet ist.
Wie aus Fig. 1 hervorgeht, ist ein Abgasdrehschieberventil
41 in einem Auslaßkanal 11a vorgesehen, der mit dem
Auslaßschlitz 11 in Verbindung steht. Das Auslaßdreh
schieberventil 41 wird über eine Übertragungsvorrichtung
40 mit Hilfe der Kurbelwelle 5 konstant gedreht. Darüber
hinaus ist ein Spüldrehschieberventil 43 in einem Spül
kanal 16a vorgesehen, der eine Verbindung zum Spülschlitz
16 aufweist. Das Spüldrehschieberventil 43 wird ebenfalls
konstant von der Kurbelwelle 5 über eine weitere Über
tragungsvorrichtung 42 gedreht.
Das Abgasdrehschieberventil 41 weist eine Phasenänderungs
vorrichtung 44 auf, die so wirkt, daß die Zeitsteuerung
(Synchronisation) der Öffnung und Schließung des Dreh
schieberventils 41 geändert wird, wie durch die gestrichel
ten Linien in Fig. 2 angezeigt ist. Das Spüldrehschieber
ventil 43 weist ebenfalls eine Phasenänderungsvorrichtung
45 auf, die so wirkt, daß die Zeitsteuerung der Öffnung
und Schließung dieses Drehschieberventils 43 in der durch
die Punkt-Strichlinien in Fig. 2 angedeuteten Weise ge
ändert wird. Auf diese Weise dienen das Abgasdrehschieber
ventil 41 und das Spüldrehschieberventil 43 dazu, die
Abgasauslaßperiode bzw. die Spülperiode festzulegen.
Jede Phasenänderungsvorrichtung 44 oder 45 kann an der
Übertragungsvorrichtung 40 bzw. 42 angebracht werden, die
eine an der Kurbelwelle 5 befestigte Riemenscheibe 101,
eine Riemenscheibe 102 zum Drehen der Drehschieberventile
41 oder 43 und einen Riemen 103 umfassen, der um beide
Riemenscheiben 101, 102 geführt ist. Wie aus Fig. 1A
hervorgeht, umfaßt jede der Phasenänderungsvorrichtungen
44 und 45 weiterhin ein Paar von Spannern 104 und 105,
eine Feder 106, einen Öldämpfer 107 und eine Betätigungs
einrichtung 108. Jeder Spanner ist drehbar auf dem Umfang
des Riemens 103 angeordnet, um diesen nach innen zu zwingen.
Die Feder 106 ist so vorgesehen, daß sie beide Spanner
104 und 105 zur Herabsetzung des Spiels vom Riemen 103
verbindet. Der Öldämpfer 107 ist zwischen den beiden
Spannern 104 und 105 vorgesehen, um diese an plötzlichen
Bewegungen zu hindern. Die Betätigungseinheit 108 wirkt
so auf den Spanner 104, daß die ausgeübte Zwangskraft
gesteuert wird, indem die Verschiebung des Spanners 104
derart geändert wird, daß die Phase des Drehschieber
ventils gegenüber der der Kurbelwelle verändert wird.
Die japanische offengelegte Gebrauchsmusteranmeldung
61-1 79 307 beschreibt den erläuterten Typ einer
Phasenänderungsvorrichtung.
Das Abgasdrehschieberventil 41 weist einen festen Öffnungs
winkelbereich auf, in dem das Ventil seine Öffnungsstellung
beibehält, so daß, wenn die Zeitsteuerung der Ventilöff
nung vorverlegt oder verzögert wird, die Zeitsteuerung der
Schließung des Ventils entsprechend vorverlegt bzw.
hinausgezögert wird. Das Spüldrehschieberventil 43 weist
denselben Aufbau wie das Abgasdrehschieberventil 41 auf.
Der Motor wird durch eine weiter unten erläuterte Steuer
anordnung gesteuert. Das Gaspedal 50 ist über die Steuer
einheit 51 mit deren Einrichtungen zum Ändern des Öffnungs
grades des Ventils 36 im umgekehrten Verhältnis zum Grad
des Herabdrückens des Gaspedals 50 in der zuvor beschrie
benen Weise verbunden. Der Motordrehzahlsensor 52 erfaßt
die Motordrehzahl bzw. Geschwindigkeit N, während der
Gaspedalabsenkgradsensor 53 den Grad Φ des Herabdrückens
oder Herabsenkens des Gaspedals 50 erfaßt. Die Steuer
einheit 55 führt in der oben beschriebenen Weise der
Zündkerze 9 und dem Einspritzer 10 Signale zu sowie auch
den Phasenänderungsvorrichtungen 44 und 45 des Abgas-
und Spüldrehschieberventils 41 bzw. 43.
Im folgenden wird die Steuereinheit 55 mit Bezug auf Fig. 3
näher erläutert. Die Steuereinheit 55 umfaßt einen Kraft
stoffeinspritzmengenkalkulator 56, dem ein Signal der
Motordrehzahl N und das Signal des Grads Φ des Herab
drückens des Gaspedals 50 (das im folgenden als Gaspedal
absenkungsgrad Φ bezeichnet wird) zugeführt werden. An
sprechend auf diese Signale N und Φ berechnet der Kalkula
tor bzw. die Berechnungseinheit 56 die Kraftstoffmenge,
die in den Zylinder 2 einzuspritzen ist und hinsichtlich
der Betriebsbedingungen, die durch die Motordrehzahl N
und den Gaspedalabsenkungsgrad Φ wiedergegeben werden,
geeignet ist.
Das Ausgangssignal vom Kalkulator 56 wird einem Zeitsteuer
ausgabebestimmungsabschnitt 57 zugeführt, dem wiederum ein
Spülzeitsteuersignal und ein Auslaßzeitsteuersignal von
einem Spül- und Auslaßzeitsteuerbestimmungsabschnitt 60,
der weiter unten erläutert wird, zugeführt werden. Der
Abschnitt 57 bestimmt eine Steuerzeitausgabe für die Ein
spritzung der Luft-Kraftstoffmischung in Abhängigkeit von
den Signalen vom Kraftstoffeinspritzmengenkalkulator 56
und vom Spül- und Auslaßzeitsteuerbestimmungsabschnitt 60.
Die Steuerzeitausgabe wird auf eine Zeitsteuerung festge
legt, nachdem sowohl der Spülschlitz 16 als auch der
Auslaßschlitz 11 geschlossen sind. Das Zeitsteuerausgabe
signal vom Abschnitt 57 wird einem Impulsausgabeabschnitt
58 zugeführt, von dem ein Impulssignal zum Einspritzer 10
für die Einspritzung der Luft-Kraftstoffmischung in den
Zylinder 2 geliefert wird.
Die Steuereinheit umfaßt ferner einen Motorbetriebszu
standbestimmungsabschnitt 59, dem die Signale der Motor
drehzahl N und des Gaspedalabsenkgrades Φ vom Sensor 53
zugeführt werden. Ein Motorbetriebszustandssignal wird vom
Abschnitt 59 an den Spül- und Auslaßzeitsteuerbestimmungs
abschnitt 60 geleitet. Der Abschnitt 60 bestimmt Phasen
winkel des Abgasdrehschieberventils 41 und des Spüldreh
schieberventils 43 im Vergleich mit einer gespeicherten Tabelle
in einem Tabellenfestlegungsabschnitt 61. Signale der Phasen
winkel der Drehschieberventile 41 und 43 werden einem
Antriebsabschnitt 62 zur Betätigung der Phasenänderungs
vorrichtungen 44 und 45 der beiden Drehschieberventile
41 und 43 zugeführt.
Die Funktionsweise der Steuereinheit 55 wird im folgenden
unter Bezug auf die Fig. 4A und 4B erläutert.
Bei geringer Drehzahl und unter geringer Last wirkt der
Spül- und Auslaßzeitsteuerungsbestimmungsabschnitt 60
in der in Fig. 4A gezeigten Weise und verzögert hierbei
die Zeitpunkteinstellung der Öffnung des Abgasdrehschieber
ventils 41 auf eine Zeitpunkteinstellung, die später
liegt als die Zeitpunkteinstellung der Öffnung des Auslaß
schlitzes 11, und verzögert die Zeitpunkteinstellung der
Schließung des Abgasdrehschieberventils 41 auf eine Zeit
punkteinstellung, die noch vor der Schließung des Spül
schlitzes 16 liegt. Darüber hinaus wirkt der Zeitsteuerungs
bestimmungsabschnitt 60 so, daß er einen vorbestimmten
Winkelbereich α vorgibt, um den die Öffnung des Abgasdreh
schieberventils 41 der Zeit der Öffnung des Spüldreh
schieberventils 43 vorausgeht.
Bei hoher Geschwindigkeit und unter hoher Last wirkt der
Spül- und Auslaßzeitsteuerungsbestimmungsabschnitt 60
in der in Fig. 4B gezeigten Weise und verlegt die Öffnung
des Abgasdrehschieberventils 41 auf eine Zeitpunktein
stellung vor, die der Öffnung des Auslaßschlitzes 11 ent
spricht oder geringfügig früher als der entsprechende Zeit
punkt liegt, und hält die Schließung des Abgasdrehschieber
ventils 41 zeitlich vor der Schließung des Spülschlitzes
16. Der Zeitsteuerungsbestimmungsabschnitt 60 wirkt ferner
so, daß das Spüldrehschieberventil 43 sich mit einem vor
bestimmten Winkelbereich β, um den die Öffnung des
Auslaßschlitzes 11 der Öffnung des Spüldrehschieberventils
43 vorausgeht, nach der Öffnung des Auslaßschlitzes 11
öffnet. Darüber hinaus wirkt der Abschnitt 60 so, daß er
die Zeitsteuerung bzw. Zeitpunkteinstellung der Schließung
des Spüldrehschieberventils 43 auf eine Zeitpunkteinstel
lung festlegt, die später als die Zeitpunkteinstellung der
Schließung des Spülschlitzes 16 liegt.
Der oben erläuterte Zweitaktmotor kann in der folgenden
Weise arbeiten.
Anzusaugende Luft wird zunächst durch das Luftfilter 34
geführt und dann über die Spülpumpe 33 in den Zwischen
kühler 32, in dem die Luft gekühlt wird. Die gekühlte Luft
breitet sich teilweise durch das Spüldrehschieberventil
43 und den Spülschlitz 16 in den Zylinder 2 aus, während
der verbleibende Teil der gekühlten Luft durch den Bypass
35 zirkuliert. Die Luftmenge, die durch den Bypass 35
zirkuliert, wird mittels des Steuerventils 36 eingestellt.
Es sei darauf hingewiesen, daß die übrige Luftmenge, d. h.
die abgesehen von der in dem Bypass 35 strömenden Luft
menge vorliegende Luftmenge, in den Zylinder 2 eingeleitet
wird.
Wie oben bereits erwähnt wurde, verhält sich der Grad der
Öffnung R des Steuerventils 36 invers proportional zum Gas
pedalabsenkungsgrad Φ. Infolgedessen gilt, daß je geringer
der Gaspedalabsenkungsgrad Φ ist, umso größer ist der Grad
der Öffnung R des Steuerventils 36, wodurch mehr gekühlte
Luft durch den Bypass 35 strömt und eine geringere Menge
an Spülluft in den Zylinder 2 eingeleitet wird. Infolge
dessen wird der Leistungsverlust infolge des Betriebs der
Spülpumpe 33 auf einem minimalen Wert gehalten. Wenn der
Kolben 3, wie in Fig. 1 dargestellt ist, sich dem unteren
Totpunkt UT bei gleichzeitig geöffnetem Auslaßschlitz 11
und Spülschlitz 16 nähert, so wird eine Spülluftmenge
durch die Spülpumpe 33 entsprechend dem Gaspedalabsen
kungsgrad unter Druck gesetzt und in den Zylinder 2 über
den Spülschlitz 16 nach Kühlung im Zwischenkühler 32 einge
leitet. Die derart eingeleitete Spülluft drängt das im
Zylinder verbliebene Gas aus dem Zylinder 2 durch den Aus
laßschlitz 11 hinaus, so daß auf diese Weise die Spülfunk
tion so ausgeführt wird, daß die Einleitung nur der Luft
in den Zylinder 2 in einer kurzen Zeitspanne ermöglicht
wird. Unterliegt der Kolben 3 seinem aufgehenden Hub oder
Aufstieg, so schließt er den Spülschlitz 16 und den Aus
laßschlitz 11, wodurch der Spülvorgang abgeschlossen wird
und ein Verdichtungshub stattfindet.
Nachdem der Spülschlitz 11 sich geschlossen hat, wird
Kraftstoff, der vorab in den Einspritzer 10 ansprechend
auf einen Kraftstoffeinspeisungsimpuls eingespeist worden
ist, ansprechend auf einen Lufteinspeisungsimpuls vom
Einspritzer 10 mit unter Druck gesetzter Luft eingespritzt,
wodurch im Zylinder 2 das Luft-Kraftstoffgemisch erzeugt
wird. Die Zündkerze 9 wird unmittelbar vor dem oberen
Totpunkt OT gezündet, und es findet im Zylinder 2 die
Verbrennung statt. Unter diesen Betriebsbedingungen wird
der Kraftstoff vom Einspritzer 10 am oberen Ende der Ver
brennungskammer 8 mit einer geeigneten Zeitpunkteinstellung
und mit einer geeigneten Periode eingespritzt. Der so ein
gespritzte Kraftstoff wird mit der Spülluftströmung vom
Spülschlitz 16 gemischt und tritt unterhalb der Zündkerze
9 ein. In der Umgebung der Kerze 9 wird eine dichte Kraft
stoff-Luftmischung angesammelt und infolgedessen findet
eine Schichtverbrennung statt.
Nach der Explosion infolge der Verbrennung bewegt sich der
Kolben 3 zur Expansion der abgebrannten Gase nach unten
und der Auslaßschlitz 11 öffnet sich zunächst, um den
Ablaß der Verbrennungsgase infolge des Innendrucks im
Zylinder 2 zu ermöglichen. Nähert sich der Kolben 2 dem
unteren Totpunkt, so wird der Spülvorgang, begleitet von
der Einspeisung von Frischluft, in der oben beschriebenen
Weise ausgelöst. Infolgedessen fährt der Motor mit seinem
Betrieb fort.
Während des Motorbetriebs in der oben erläuterten Weise
wird eine der Last entsprechende Menge an Spülluft in den
Zylinder 2 unter Einstellung des Steuerventils 36 infolge
des Herabdrückens vom Gaspedal 50 eingeleitet. Die Kraft
stoffeinspritzmenge wird im Kraftstoffeinspritzmengen
kalkulator 56 in Abhängigkeit von der Motordrehzahl N
und dem Gaspedalabsenkungsgrad Φ berechnet. Ein derartig
berechnetes Kraftstoffmengensignal wird vom Kalkulator 56
ausgegeben, und die Menge und Zeitpunkteinstellung der
Kraftstoffeinspritzung aus dem Einspritzer 10 werden ent
sprechend gesteuert. Infolgedessen wird das Verhältnis von
Kraftstoff zu Luft in der Kraftstoff-Luftmischung im wesent
lichen konstant gehalten, und der Motor wird in Abhängigkeit
von Belastung durch Ändern der in den Zylinder 2 einzuleiten
den Kraftstoff-Luftmischungsmenge gesteuert.
Daneben werden die Betriebsbedingungen, die die Motordreh
zahl N und den Gaspedalabsenkungsgrad Φ umfassen, von den
Sensoren 52 und 53 erfaßt und dem Motorbetriebszustand
bestimmungsabschnitt 59 zugeführt. Auf der Grundlage der
auf diese Weise erfaßten Betriebsbedingungen werden die
Spül- und Abgaszeitpunkteinstellungen im Spül- und Auslaß
zeitsteuerungsbestimmungsabschnitt 60 festgelegt und die
Phasenänderungsvorrichtungen 44 und 45 werden über den
Antriebsabschnitt 62 so eingestellt, daß ihre Phasenein
stellungen geändert werden. Infolgedessen werden die Zeit
punkteinstellungen der Öffnung und Schließung des Abgas
drehschieberventils 41 und des Spüldrehschieberventils 43
verändert. Die beiden Drehschieberventile 41 und 43 wieder
holen alternierend ihre Öffnungs- und Schließvorgänge,
während sie konstant durch die Kurbelwelle 5 gedreht werden.
Infolgedessen werden die tatsächlichen Winkelbereiche der
Spülungs- und Auslaßvorgänge entsprechend den Betriebsbe
dingungen des Motors in Verbindung mit der Öffnung und
Schließung des Spül- und Auslaßschlitzes 16 und 11 gesetzt.
Dabei werden bei geringer Geschwindigkeit und unter geringer
Belastung die Zeitpunkteinstellungen in der in Fig. 4A
gezeigten Weise eingestellt. Das heißt, auch dann, wenn der
Auslaßschlitz 11 und der Spülschlitz 16 während des Ab
wärtshubes vom Kolben 3 geöffnet sind, finden die Auslaß-
und Spülvorgänge nicht unmittelbar statt. Nachdem der
Spülschlitz 16 sich geöffnet hat, öffnet sich das Abgas
drehschieberventil 41 und daraufhin öffnet sich das Spül
drehschieberventil 43. Infolgedessen wird die Zeitpunkt
steuerung des Beginns vom Auslaßvorgang relativ zur Zeit
punktsteuerung der Öffnung des Auslaßschlitzes 11 beim Zu
stand einer geringen Drehzahl und geringen Belastung, bei
denen die Abgasgasmenge gering ist, verzögert. Aus diesem
Grund ist der effektive Abwärtshub des Kolbens 3 verlängert,
wodurch das Arbeitsvolumen des Motors verbunden mit einer
resultierenden Anhebung der Leistung bei geringer Drehzahl
und unter geringer Belastung vergrößert wird.
Öffnet sich das Abgasdrehschieberventil 41, so wird im
Zylinder 2 verbliebenes Gas infolge des Innendrucks während
des Winkelbereichs α über den Auslaßschlitz 11 ausgelassen.
Daraufhin wird, wenn sich das Spüldrehschieberventil 43
öffnet, die Luft in den Zylinder 2 eingeleitet, und es
werden die Spül- und Auslaßvorgänge ausgeführt. Anschlie
ßend schließt das Auslaßdrehschieberventil 41, bevor der
Auslaßschlitz 11 geschlossen wird. Da der Spülschlitz 16
geschlossen wird, nachdem der Auslaßvorgang infolge der
Schließung des Abgasdrehschieberventils 41 abgeschlossen
ist, wird Luft in den Zylinder 2 eingespeist, bis der
Spülschlitz 16 geschlossen ist, wodurch durch den Zylinder
blasende Luft verursachte Verluste ausgeglichen werden
und der Wirkungsgrad der Zylinderfüllung verbessert wird.
Bei hoher Drehzahl und unter hoher Belastung entsprechen
die eingestellten Zeitpunktsteuerung den in Fig. 4B ange
deuteten Werten. Dabei sind der Auslaßschlitz 11 und das
Abgasdrehschieberventil 41 zur selben Zeit geöffnet, und
es findet der Auslaßvorgang statt. Daraufhin öffnet sich
der Spülschlitz 16, jedoch hat sich das Spüldrehschieber
ventil 43 noch nicht geöffnet, so daß der Spülvorgang
noch nicht stattfindet. Andererseits findet, auch wenn
sich der Auslaßschlitz 11 öffnet und daraufhin der Spül
schlitz 16 öffnet, der Spülvorgang nicht mit dem verblei
benden Gas statt, das ausgelassen wird, bis sich das Spül
drehschieberventil 43 später nach Verstreichen der Zeit,
die dem Winkelbereich β entspricht, öffnet.
Wenn sich das Spüldrehschieberventil 43 öffnet, findet
der Spülvorgang zur Einspeisung von Frischluft in den
Zylinder 2 statt. Der Spülschlitz 16 schließt, nachdem
das Abgasdrehschieberventil 41 geschlossen ist und bevor
das Spüldrehschieberventil 43 geschlossen ist. Es wird in
der Periode zwischen der Schließung des Abgasdrehschieber
ventils 41 und der Schließung des Spülschlitzes 16 Luft
in den Zylinder 2 eingespeist, wodurch die durch das
Blasen von Spülluft durch den Zylinder verursachten Ver
luste ausgeglichen werden. Die Zufuhr von Luft in den
Zylinder 2 nach Abschluß der Austreibung von Abgasen
dient zur Verbesserung des Wirkungsgrades der Zylinder
füllung.
Es sei darauf hingewiesen, daß bei hoher Drehzahl und
unter hoher Belastung die Zeitpunkteinstellung des Be
ginns der Abgasaustreibung relativ zur Zeitpunkteinstel
lung des Abgasaustreibungsbeginns im Fall geringer Dreh
zahl und geringer Belastung vorgezogen ist, wodurch das
Ablassen der Abgase durch den sich abwärts bewegenden
Kolben 3 in dessen Abwärtshub eine ausreichende Abgas
ablassungsfunktion bewirkt, die in einer Anhebung der
Ausgangsleistung des Motors resultiert.
Aus der vorangegangenen Beschreibung geht hervor, daß
gemäß der Erfindung über den gesamten Betriebsbereich
des Motors eine Kennlinie mit großem Drehmoment erziel
bar ist.
Claims (4)
1. Zweitaktmotor mit einem Zylinder, einen im Zylinder
gleitend angeordneten Kolben, einem Auslaßschlitz, der
durch den Kolben geöffnet und geschlossen wird, einem
Spülschlitz, der durch den Kolben geöffnet und geschlossen
wird, einer mit dem Spülschlitz zur Förderung von
Spülluft in den Zylinder verbundenen Spülpumpe, einem
Kraftstoffeinspritzer zum Einspritzen von Kraftstoff in
den Zylinder, einem Abgasdrehschieberventil, das zur
Öffnung und Schließung des Auslaßschlitzes mit diesem
verbunden ist, einer Detektoreinrichtung zum Erfassen der
Betriebsbedingungen des Motors, und einer Steuereinrichtung,
die ansprechend auf die Betriebsbedingungen des
Motors die die Zeitpunkteinstellungen der Öffnung und
Schließung des Abgasdrehschieberventils variabel steuert,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Motor (1) ein mit dem Spülschlitz (16) verbundenes
Spüldrehschieberventil (43) zum Öffnen und Schließen des
Spülschlitzes aufweist und daß die Steuereinrichtung (55)
auch auf die Betriebsbedingung des Motors anspricht, um
die Zeitpunkteinstellungen des Spüldrehschieberventils
(43) variabel zu steuern; daß die Steuereinrichtung (55)
einen Zeitsteuerungsbestimmungsabschnitt (60) aufweist,
der auf die Erfassung geringer Drehzahl und geringer Last
so anspricht, daß der Zeitpunkt der Öffnung des Abgasdrehschieberventils
(41) auf einen Zeitpunkt verzögert wird,
der später liegt, als der Auslaßschlitz (11) sich öffnet,
und der ansprechend auf die Erfassung einer hohen Drehzahl
und hohen Last den Zeitpunkt der Öffnung des Abgasdrehschieberventils
(41) im wesentlichen auf den gleichen Zeitpunkt
wie den der Öffnung des Auslaßschlitzes (11) festlegt;
und daß der Zeitpunkt der Öffnung des Spüldrehschieberventils
(43) so eingestellt wird, daß er später
als der Zeitpunkt der Öffnung des Spülschlitzes (16) liegt
und später als der Zeitpunkt der Öffnung des Auslaßschlitzes
(11) und des Abgasdrehschieberventils (41), und
daß der Zeitpunkt der Schließung des Spülschlitzes (16)
so eingestellt wird, daß er vor dem Zeitpunkt der
Schließung des Spüldrehschieberventils (43) und des Auslaßschlitzes
(11) liegt und nach dem Zeitpunkt der
Schießung des Abgasdrehschieberventils (41).
2. Zweitaktmotor nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Steuereinrichtung (55) umfaßt: einen Spül- und
Auslaßzeitsteuerungsbestimmungsabschnitt (60), der auf
ein Motorbetriebszustandssignal so anspricht, daß er ein
Spül- und Auslaßzeitsteuersignal liefert, nachdem er das
Motorbetriebszustandssignal mit einer in einem Tabellenfestlegungsabschnitt
(61) festgelegten gespeicherten
Tabelle verglichen hat; und
Phasenänderungsvorrichtungen (44, 45), die jeweils für das
Abgas- bzw. Spüldrehschieberventil (41, 43) vorgesehen sind
und dazu dienen, die Zeitpunkte der Öffnung und Schließung
der Ventile zu ändern, wobei die Phasenänderungsvorrichtungen
auf das Spül- und Auslaßzeitsteuersignal so ansprechen,
daß sie die Zeitpunkte der Öffnung und Schließung
dieser Ventile in Übereinstimmung mit den Motorbetriebsbedingungen
steuern.
3. Zweitaktmotor nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Steuereinrichtung (55) ferner umfaßt: einen
Kraftstoffeinspritzmengenkalkulator (56), der auf die
Motordrehzahl N und den Grad (Φ) der Absenkung eines Gas
pedals zur Ausgabe eines Kraftstoffeinspritzmengensignals
anspricht; eine Zeitsteuerausgabe-Bestimmungseinrichtung
(57), die auf das Kraftstoffeinspritzmengensignal und das
Spül- und Auslaßzeitsteuersignal anspricht, um ein Zeit
steuerausgabesignal zu liefern; und eine Impulsausgabe
einrichtung (58), die ansprechend auf das Zeitsteuerausgabe
signal an den Einspritzer (10) ein Impulssignal liefert,
so daß dieser zeitlich gesteuert Kraftstoff in den Zylinder
einspritzt.
4. Zweitaktmotor nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß ferner Einrichtungen (40, 42) vorgesehen sind, die
das Abgas- und das Spüldrehschieberventil (41, 43) konstant
drehen, von denen jedes einen vorbestimmten Winkelbereich
der Öffnung des zugeordneten Schlitzes umfaßt, und daß
ferner Phasenänderungseinrichtungen (44, 45) vorgesehen
sind, die jeweils mit dem Abgas- bzw. Spüldrehschieberventil
(41, 43) verbunden sind und dazu dienen, die Zeitpunkte
der Öffnung und Schließung dieser Ventile zu
ändern.
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