DE4012491A1 - Fremdgezuendete brennkraftmaschine, insb. zweitaktmaschine, mit spuelung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine fremdgezündete Brennkraftmaschine gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruchs.

Eine derartige Brennkraftmaschine, wie sie aus der DE-OS 38 16 331 in der Weise be­ kannt ist, daß für die Spülluftströmung und die Gemischzufuhr zu dem betrachteten Brennraum getrennte, mit jeweils einem Einlaßventil bestückte Einlaßkanäle vorgesehen sind, bietet den Vorteil, daß auf eine direkte Einspritzung in den Brennraum nach Schlie­ ßen des Auslaßventils verzichtet werden kann. Die Anordnung eines Kraftstoff-Einspritz­ ventils (Einspritzdüse) umittelbar am Brennraum hat insofern Nachteile, als das Ein­ spritzventil den hohen Brennraumtemperaturen und -drücken standhalten muß, als ferner die Abspritzöffnung des Einspritzventils vom Kolben bzw. von den Kolbenringen gegebe­ nenfalls während der Betriebsphasen der Maschine überfahren wird, woraus ein höherer Ölverbrauch resultiert, als die Gemischbildung unvollkommen ist und als schließlich diese Direkteinspritzung hohe Einspritzdrücke erfordert und dadurch aufwendig ist.

Die gattungsgemäße Brennkraftmaschine bietet also den grundsätzlichen Vorteil der Ver­ meidung dieser Nachteile dadurch, daß das Einspritzventil am Saugkanal angeordnet ist (indirekte Einspritzung), ist jedoch insofern nachteilig, als zur Erzeugung der Spülluft­ strömung einerseits und der Zuführung eines Kraftstoff-Luft-Gemischs andererseits ge­ trennte Einlaßkanäle mit jeweils einem individuellen Einlaßventil vorgesehen sind.

Behandelt die erwähnte Offenlegungsschrift eine gemischverdichtende Zweitaktbrenn­ kraftmaschine, so ist Gegenstand der DE-OS 19 20 751 eine Brennkraftmaschine schlecht­ hin, der ein Kraftstoff-Luft-Gemisch zugeführt wird und deren Aus- und Einlaßöffnungs­ zeiten sich überschneiden. Dabei ist dem jeweiligen Einlaßkanal offensichtlich kein Ein­ spritzventil zugeordnet, sondern alle Einlaßkanäle der Maschine stehen mit einer Ge­ misch-Sammelleitung und einer Druckluft-Sammelleitung in Verbindung, von der je Ein­ laßkanal eine Druckluftleitung abgeht, die den Einlaßkanal bis kurz vor der Rückseite des Einlaßventils durchsetzt. Mittels dieser Druckluftleitung wird während der Schließ­ zeiten des Einlaßventils in Strömungsrichtung vor diesem ein Luftpolster aufgebaut, das während der Überschneidungen der Öffnungszeiten von Ein- und Auslaßventil des be­ treffenden Brennraums als Spülluftströmung dient, während anschließend durch den Ein­ laßkanal aus der Gemisch-Sammelleitung kommendes Kraftstoff-Luft-Gemisch in den nun gegen das Auslaßsystem abgeschlossenen Brennraum einströmt. Auch hier wird also eine direkte "Kurzschlußströmung" des Kraftstoff-Luft-Gemischs vom Einlaßventil di­ rekt zum geöffneten Auslaßventil unterbunden, jedoch besitzt auch diese Lösung den Nachteil, daß zur Erzeugung der Spülluftströmung einerseits und zur Gemischzufuhr zum Brennraum andererseits letztlich zwei Systeme erforderlich sind, nämlich einerseits ein Leitungssystem zur Zufuhr von als Spülluft dienender Druckluft und andererseits ein Leitungssystem zur Zuführung des Gemischs, mögen diese beiden Leitungssysteme auch ineinander angeordnet sein.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine fremdgezündete Brennkraftmaschine ge­ mäß dem Oberbegriff des Hauptanspruchs zu schaffen, die die zeitliche Aufeinanderfolge einer Spülluftströmung und einer Gemischeinströmung in den betreffenden Brennraum mit geringerem Aufwand zu erzeugen gestattet.

Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe besteht in den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs, vorteilhafte Ausbildungen der Erfindung beschreiben die Unteran­ sprüche.

In Abweichung von dem oben diskutierten Stand der Technik dienen zur Erzeugung der Spülluftströmung und zur Zufuhr des Gemischs also nicht getrennte Leitungsanordnungen, sondern durch entsprechende Steuerung des Einspritzventils wird in ein und demselben Leitungssystem, also letztlich in ein und demselben Einlaßkanal, gleichsam eine Zweipha­ senströmung erzeugt, wobei die beiden Phasen dieser Strömung - reine Luftphase zur Spülung, Gemischphase zur erneuten Füllung des Brennraums - durch entsprechende An­ steuerung des Kraftstoff-Einspritzventils sichergestellt werden. Diese Steuerung kann - und dies ist ein Vorteil der Erfindung - auf irgendeine bekannte Weise erfolgen. Bei­ spielsweise kann das Einspritzventil elektromagnetisch angesteuert werden; es ist aber auch möglich, in bekannter Weise das Ventil durch Variation des Einspritzdrucks zu be­ tätigen. Schließlich ist auch eine direkte mechanische Betätigung des Einspritzventils in Abhängigkeit vom Kurbelwinkel der Brennkraftmaschine möglich. Verständlicherweise schließt die Anwendung der Erfindung auch nicht die Variation der eingespritzten Kraft­ stoffmenge schlechthin aus, beispielsweise ebenfalls durch Beeinflussung des Einspritz­ drucks oder des Einspritzquerschnitts. Alle diese Möglichkeiten sind dem Fachmann be­ kannt, so daß sie nur erwähnt zu werden brauchen.

Die Erzielung einer eindeutigen Zweiphaseneinströmung, also die Vermeidung der Zufüh­ rung von Kraftstoff während der Luftspülphase, kann durch die Maßnahme des Anspruchs 2 unterstützt werden. Auf der anderen Seite wird man den Abstand zwischen Einlaßven­ til und Einspritzventil gemäß Anspruch 3 so wählen, daß bereits in diesem Bereich des Saugkanals eine gute Gemischbildung erfolgt. Da nach Abschluß der Spülphase, also im wesentlichen unmittelbar nach Schließen des Auslaßventils, der Brennraum mit Frisch­ luft gefüllt ist, muß die eingespritzte Kraftstoffmenge im Hinblick auf die Bildung eines zündfähigen Gemischs im Brennraum bemessen sein, das sich durch Vermischung der im Brennraum befindlichen Frischluft mit dem während der zweiten Phase zugeführten Kraft­ stoff-Luft-Gemischs ergibt. Insbesondere im Teillastbetrieb kann es daher zweckmäßig sein, gemäß Anspruch 4 für eine Ladungsschichtung zu sorgen, bei der sich im oberen Bereich des Brennraums an der Zündkerze ein relativ fettes, während der zweiten Ein­ strömphase zugeführtes Gemisch ansammelt, während der untere Teil des Brennraums im wesentlichen von der während der Spülphase zugeführten Luft gefüllt ist.

Was im übrigen den Teillastbetrieb anbelangt, so ist ein weiterer Vorteil der Erfindung darin zu sehen, daß sie alle bekannten Möglichkeiten zur Teillastregelung bzw. -steuerung zuläßt. So kann durch übliche Drosselregelung die während der Spülphase zugeführte Luft­ menge mittels einer Drossel, durch Abblasung oder durch Regelung eines Laders vermin­ dert werden, wobei allerdings dann nur ein Teil der Abgase aus dem Brennraum verdrängt wird. Auch können bei Brennräume in beliebiger Anzahl enthaltenden Maschinen entspre­ chend dem jeweiligen Leistungsbedarf einzelne Einspritzvorgänge ausgeschaltet werden, so daß der betreffende Brennraum dann als Luftverdichter und Luftentspanner arbeitet. In derselben Richtung wirkt die Ventilabschaltung, bei der entsprechend dem Leistungs­ bedarf der Maschine einzelne Einlaßventile und/oder Auslaßventile dauernd geschlossen bleiben.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung erläutert, deren Fig. 1 schema­ tisch die hier interessierenden Teile einer Zweitakt-Brennkraftmaschine mit Fremdzündung zeigt, während in Fig. 2 das Ventilarbeitsdiagramm wiedergegeben ist.

Betrachtet man zunächst Fig. 1, so ist dort eine übliche Hubkolbenmaschine mit zumin­ dest einem Zylinder 1, einem in diesem laufenden Kolben 2 und einem demgemäß in sei­ ner Größe während des Arbeitsspiels der Maschine veränderlichen Brennraum 3 gezeigt. Zwischen dem Einlaßventil 4 und dem Auslaßventil 5 erkennt man die Zündkerze 6. Wäh­ rend das Auslaßventil 5 je nach seiner Stellung den Auslaßkanal 7 freigibt oder gegen den Brennraum 3 abschließt, bildet das Einlaßventil 4 gleichsam den Abschluß des Saug­ kanals 8, der an seinem anderen Ende mit einer Ladevorrichtung 9, beispielsweise einer Luftpumpe oder einem Gebläse, in Strömungsverbindung steht. In den Saugkanal 8 mündet das Kraftstoff-Einspritzventil 10 üblicher und daher hier nicht zu beschreibender Bauart, das über das Steuer- oder Regelgerät 11, dem Signale für die jeweilige Drehzahl n und die jeweilige Last L der Maschine zugeführt werden, hinsichtlich Einspritzbeginn und Einspritzdauer angesteuert wird.

Während der Spülphase sind sowohl das Einlaßventil 4 als auch das Auslaßventil 5 geöff­ net, so daß sich unter der Wirkung der Ladevorrichtung 9 (das Einspritzventil 10 liefert während dieser Spülphase keinen Kraftstoff) die durch Pfeile angedeutete Spülluftströ­ mung ergibt. Diese Luftströmung verdrängt das Abgas aus dem Brennraum 3 während der Überschneidungen der Öffnungszeiten der beiden Ventile 4 und 5, bis das Auslaßventil 5 schließt. Nunmehr wird das Einspritzventil 10 betätigt, das in einem gewissen Abstand vom Einlaßventil 4 angeordnet und derart ausgerichtet ist, daß der von ihm emittierte Kraftstoffstrahl unter Vermeidung einer Benetzung der Innenwand des Saugkanals 8 zur Rückseite des - geöffneten - Einlaßventils 4 gelangt. Der Abstand zwischen Ventil 4 und Einspritzventil 10 kann so groß bemessen sein, daß in ihm bereits eine Gemischbildung erfolgt. In jedem Fall ist dafür gesorgt, daß zum Zeitpunkt der Zündung des Gemischs im Brennraum 3, das heißt bei Betätigung der Zündkerze 6, im Bereich derselben ein zündfähiges Kraftstoff-Luft-Gemisch vorliegt.

Abschließend ist festzustellen, daß durch entsprechende Ansteuerung des Einspritzven­ tils 10 eine Zweiphaseneinströmung in den Brennraum 3 durch das Einlaßventil 4 sicher­ gestellt ist, nämlich zunächst eine reine Luftströmung zur Erzeugung einer Spülphase, wodurch sichergestellt ist, daß kein Kraftstoff in den Auslaßkanal 7 gelangt, und an­ schließend eine Gemischeinströmung, die zur Erzeugung eines zündfähigen Gemischs im wesentlichen erst nach Schließen des Auslaßventils 5 dient.

Fig. 2 zeigt dies schematisch über dem Kurbelwinkel: Man erkennt als ausgezeichnete Punkte den oberen Totpunkt OT und den unteren Totpunkt UT des Kolbens 2. Die Rich­ tung des Ventilarbeitszyklus ist durch den Pfeil angedeutet. Im Punkt A 1 öffnet das Auslaßventil 5, im Punkt E 1 öffnet das Einlaßventil 4. Während der sich daran anschlie­ ßenden Spülphase S wird durch das geöffnete Einlaßventil 4 lediglich von der Ladevor­ richtung 9 gelieferte Luft in den Brennraum 3 transportiert, die nach Spülen desselben teilweise durch das geöffnete Auslaßventil 5 in den Auslaßkanal 7 gelangt. Diese Spül­ phase S wird durch das Schließen des Auslaßventils 5 im Zeitpunkt bzw. beim Kurbel­ winkel A 2 beendet. Nunmehr wird von der Steuereinrichtung 11 her das Einspritzventil 10 aktiviert, so daß sich bis zum Schließen des Einlaßventils im Punkt E 2 eine Lade­ phase L anschließt.

Das Kraftoffeinspritzventil kann auch so ausgelegt sein, daß es nicht reinen Kraftstoff, sondern ein fettes Kraftstoff-Luft-Gemisch abgibt.

Mit der Erfindung ist demgemäß eine gattungsgemäße Brennkraftmaschine geschaffen, die bei einfachem Aufbau durch Erzeugung einer Zweiphasenströmung verhindert, daß während der Spülphase Kraftstoff in den Auslaßkanal gelangt.

Claims (4)

1. Fremdgezündete Brennkraftmaschine, insbesondere Zweitaktmaschine, mit zumindest je einem Ein- und Auslaßventil je Brennraum und zumindest einem Kraftstoffeinspritz­ ventil in einen mit dem Einlaßventil sowie einer Ladeeinrichtung in Strömungsverbin­ dung stehenden Saugkanal sowie mit Einrichtungen zur Erzeugung einerseits einer Spülluftströmung im Brennraum während Überschneidungen der Öffnungszeiten von Ein- und Auslaßventil und andererseits einer Kraftstoff-Luft-Gemischeinströmung durch das Einlaßventil im wesentlichen erst bei geschlossenem Auslaßventil, dadurch gekennzeichnet, daß der Einspritzbeginn des intermittierend arbeitenden Einspritz­ ventils (10) unter Berücksichtigung seines Abstands vom Einlaßventil (4) derart ge­ wählt ist, daß durch dasselbe Einlaßventil (4) während der Überschneidungen im we­ sentlichen nur Spülluft, dagegen nach Schließen des Auslaßventils (5) im wesentlichen nur Gemisch in den Brennraum (3) geliefert wird.

2. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Einspritzven­ til (10) derart ausgerichtet ist, daß der von ihm erzeugte Kraftstoffstrahl unter zu­ mindest weitgehender Vermeidung der Benetzung des Saugkanals (8) auf die Rückseite des Einlaßventils (4) gerichtet ist.

3. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand zwischen Einlaßventil (4) und Einspritzventil (10) im Hinblick auf gute Gemischbildung in diesem Bereich des Saugkanals (8) bemessen ist.

4. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest im Teillastbetrieb der Maschine der Einspritzbeginn des Einspritzventils (10) derart gewählt ist, daß erst in einer letzten Phase der Öffnungszeit des Einlaß­ ventils (4) Gemisch zur Gewinnung einer Schichtladung in den Brennraum (3) geliefert wird.