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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Zweitaktmaschine,
insbesondere vom Typ der direkten Einspritzung, umfassend
einen Zylinder, der einen Kolben umfaßt und eine Einlaß- und
eine Auslaßöffnung aufweist, Mittel zum Einführen von
Kraftstoff in den Zylinder und Steuermittel zur Steuerung der
Kraftstoffmenge, welche durch die Mittel zum Einführen des
Kraftstoffes eingebracht werden, wobei die Maschine eine
Entlüftungsleitung umfaßt, die mit dem Inneren des Zylinders in
Verbindung steht und Ventilmittel, welche derart angeordnet
sind, daß ein Teil der eingesaugten Menge aus dem Zylinder
während des Kompressionstaktes des Zylinders ausgestoßen
werden kann, wobei die Ventilmittel ein erstes Ventil umfassen,
das derart verbunden ist, daß es synchron mit der Bewegung
des Zylinders geöffnet und geschlossen werden kann und
stromabwärts desselben in der Entlüftungsleitung angeordnet
ist und ein zweites Drosselventil umfassen, welches mit
Steuermitteln gekoppelt ist und derart angeordnet ist, daß es in
einem zunehmenden Ausmaß geöffnet werden kann, um einen
zunehmenden Anteil des eingesaugten Teiles auszustoßen, wenn
die Steuermittel derart bedient werden, daß die
Kraftstoffmenge, welche in den Zylinder eingespritzt wird, vermindert
wird. Bei derartigen Maschinen sind sowohl Einlaß als auch
Auslaß für eine Zeitdauer offen, wobei am Ende des
Arbeitstaktes des Zylinders die eingesaugte Luft- und eventuell
Kraftstoffmenge einen Großteil des im Zylinder verbliebenen
Auspuffgases ersetzt, bevor die Kompression des eingesaugten
Anteils beginnt. Diese Maschinen sind von dem Typ, bei dem
der eingesaugte Anteil dem Zylinder direkt oder über das
Kurbelgehäuse zugeführt wird, in welchem es während der
Frühphase des Arbeitstaktes des Zylinders komprimiert und
schließlich in den Zylinder entlassen wird.
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Zweitaktmaschinen sind potentiell sehr attraktiv für die
Verwendung bei Automobilen, da sie im Inneren sehr einfach
aufgebaut sind, klein sind und geringe Reibungsverluste bei
einer gegebenen Leistung aufweisen. Dies bewirkt geringe
Herstellungskosten und eine hohe
Kraftstoffwirtschaftlichkeit, insbesondere, wenn sie in ein Fahrzeug, welches
spezifisch für eine Zweitaktmaschine für die bei
Automobilanwendungen auftretenden Belastungen und Geschwindigkeiten
ausgelegt ist, eingebaut ist. Jedoch war bis vor kurzem der hohe
Grad an Kohlenwasserstoffemissionen, der Ölverbrauch und der
Auspuffqualm dazu geeignet, die Verwendung von
Zweitaktmaschinen bei Automobilanwendungen zu verhindern.
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Die Entwicklung von elektrisch gesteuerten
Direkteinspritzvorrichtungen für Benzinmotoren, zunächst in der Form von
Druckluftvorrichtungen und dann als alleinige
Kraftstoffvorrichtung ausgelegt, hat vor kurzem zu einem erneuten
Interesse der Zweitaktmaschine für Automobilanwendungen geführt.
Dies ist deshalb der Fall, weil die direkte Einspritzung von
Kraftstoff in einen Zylinder es ermöglicht, daß die
Auspuffgase nur mit Luft gespült werden und daher die Möglichkeit,
daß Kraftstoff in das Auspuffsystem übergeleitet wird,
verhindert wird, da der Kraftstoff nur dann eingespritzt wird,
wenn der Auslaß sich geschlossen hat. Dies vermindert den
Kraftstoffverbrauch und die Emission von Schadstoffen. Es
können daher herkömmliche Vierzylinderschmiersysteme
übernommen werden und die Luft kann in einem extern angetriebenen
Spülgebläse zur Verfügung gestellt werden. Dies vermindert
den Ölverbrauch und den Auspuffqualm. Es wird angenommen, daß
der Übergang von unverbranntem Kraftstoff und Öl in den
Spülungsanteil und das Auspuffsystem für viele der bislang
bekannten Nachteile von Zweitaktmotoren verantwortlich ist.
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Die meiste Forschungsarbeit bezüglich hochentwickelter
Zweitaktmotoren mit Direkteinspritzung richtete sich auf
sogenannte Schicht-Ladungsverbrennungssysteme, bei denen eine
große Menge des Auspuffgases im Zylinder verbleibt, um das
frische Gemisch zu verdünnen, wenn der Motor bei geringer
Last arbeitet. Die Anwendung des Schicht-Ladungssystems
führte dazu, daß der Motor sehr empfindlich gegenüber dem
Spülen, der Kraftstoffeinspritzung und dem Mischvorgang war
und im allgemeinen eine beträchtliche Variation der
Verbrennungscharakteristik bei leichten Belastungen
beobachtet wurde, welche, verglichen mit einer stabilen Verbrennung,
wiederum zu einem höheren Kraftstoffverbrauch und
Auspuffemissionen führten. Darüber hinaus können
Schicht-Ladungsmotoren nicht mit einem sogenannten Dreiwegekatalysator, d.h.
einen kombinierten Oxidations- und Reduktionskatalysator,
kombiniert werden, weil eine schnelle und vollständige
Verbrennung einen Überschuß an Sauerstoff erfordert, was
wiederum zu einem sauerstoffreichen Auspuffgas führt, welches
für die Behandlung mittels eines Dreiwegekatalysators
ungeeignet ist.
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Eine homogene Verbrennung, d.h. eine Verbrennung, bei welcher
der angesaugte Anteil eine einheitliche Zusammensetzung im
ganzen Zylinder vor dem Beginn der Verbrennung bildet, wird
daher bevorzugt, wobei es jedoch schwer ist, dies bei
geringer Last zu erreichen. Sofern der Eingangsdruck bei geringer
Last vermindert wird, beispielsweise durch eine Drosselung
des Einlasses, so wird der Spülvorgang weniger effektiv, was
wiederum dazu führt, daß größere Mengen an Auspuffgas im
Zylinder verbleiben. Dies führt zu einer inhomogenen oder einer
Schicht-Ladung zum Zeitpunkt der Verbrennung, was zu einem
unregelmäßigen Verbrennungsvorgang führt und überschüssige
Auspuffemissionen verursacht.
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Es ist bekannt, die Luftmenge im Zylinder zum
Zündungszeitpunkt durch das Herausführen eines Teiles des angesaugten
Teiles während des Kompressionstaktes zu vermindern. GB-A-
4059 offenbart einen Zweitaktmotor mit einem federbelasteten
Relief oder Entlüftungsventil, welches durch den
Zylinderdruck geöffnet werden kann, um einen Anteil des angesaugten
Teiles vor der Zündung abzuführen. Das Entlüftungsventil ist
mit der Motordrossel verbunden, derart, daß der Öffnungsgrad
eine umgekehrte Funktion des Grades der Öffnung der Drossel
beschreibt. Das Entlüftungsventil ist daher nicht
zeitgesteuert und die ganze Zeit bei hohem Druck im Zylinder auch
während des Entspannungstakts geöffnet. Dies ist natürlich
höchst unerwünscht und extrem leistungsverschwendend.
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DE-A-32 28 680 offenbart einen Zweitaktmotor mit einer
Belüftungsleitung, welche ein sich drehendes Ventil umfaßt, das
für einen Zeitabschnitt des Kompressionstaktes geöffnet ist,
um einen Teil des angesaugten Teiles vor der
Kraftstoffzündung abzuführen und das geschlossen ist, wenn der Zylinder
die Entlüftungsleitung überdeckt. Der Anteil des angesaugten
Teiles, der wünschenswerterweise abgeführt wird, verändert
sich tatsächlich mit der momentanen Leistung des Motors, aber
es ist in dieser Beschreibung nichts darüber offenbart, daß
der Zeitpunkt, bei dem das Ventil geöffnet ist, verändert
wird. Wenn die Zeitsteuerung dieses Ventiles in der Tat
unveränderlich ist, ist die abgeführte Luftmenge zu groß, wenn
die Maschine beispielsweise bei 80 % Last betrieben wird.
Wenn der Zeitpunkt für die Öffnung des Ventiles mit der
Motorlast verändert wird, so ist eine veränderliche
Zeitsteuerung zwischen dem Entlüftungsventil und dem Kurbelgehäuse
notwendig, die kompliziert, teuer und unzuverlässig ist.
Rotierende Ventile sind jedenfalls sehr unzuverlässig,
insbesondere wenn sie hohen Temperaturen ausgesetzt werden.
Darüber hinaus bewirkt ein direktes Aussetzen dieses Ventils
gegenüber den Gasen im Verbrennungsraum ein zunehmendes
Zusetzen des Ventiles mit Verbrennungsprodukten und letztlich
einen Ausfall. Das Ventil in dieser Beschreibung nach dem
Stand der Technik ist in einem bestimmten Abstand gegenüber
dem Verbrennungsraum geordnet und der sich daraus ergebende
Zwischenraum bildet ein "totes Volumen", welches in
erheblicher Weise die volumetrische Wirksamkeit des Motors
herabsetzt und zu einem Ansteigen der Schadstoffemission führt.
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JP-A-5 786 522, auf die sich der Oberbegriff des Anspruchs 1
bezieht, offenbart einen Motor vom oben beschriebenen Typ,
bei welchem das erste Ventil aus einem drehbaren Ventil
besteht,
welches synchron zur Bewegung des Zylinders gedreht
wird und in der Entlüftungsleitung etwas stromabwärts des
Zylinders angeordnet ist.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, einen
belüfteten Zweitaktmotor anzugeben, bei dem der verbrannte Anteil
und daher auch der Verbrennungsvorgang im wesentlichen
homogen und unabhängig von der Leistung des Motors sind.
Insbesondere ist es eine Aufgabe der Erfindung, einen Motor des
oben beschriebenen Typs anzugeben, bei dem die Nachteile der
früheren Beschreibungen vermieden werden sowie insbesondere
ein rotierendes Ventil, welches einem Zusetzen und
Fehlfunktionen ausgesetzt ist, und das Vorsehen eines toten Raumes
stromaufwärts der Ventilmittel vermieden werden.
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Nach der vorliegenden Erfindung ist ein Zweitaktmotor des
oben beschriebenen Typs dadurch gekennzeichnet, daß ein
erstes Ventil ein hohlzylindrisches Element umfaßt, welches
koaxial im Zylinder angeordnet ist und eine Zylinderlaufbüchse
bildet, und in dem eine Öffnung gebildet ist, die in und
außer Deckung mit einer Öffnung in der Zylinderwand bewegt
werden kann. Der erfindungsgemäße Motor erlaubt es dem/r
frischen eingesaugten Anteil/Spülungsluft den Zylindern bei
einem im wesentlichen konstanten Druck zu erfüllen, unabhängig
von der Last, welcher der Motor ausgesetzt ist, d.h. die bei
geringen Lasten, unterhalb der Vollast, eingespritzte
Kraftstoffmenge vermindert folglich die Luftmenge im Zylinder,
indem etwas von dieser während des Kompressionstaktes abgeführt
wird, wobei die Luftmenge, die im Zylinder zur Verbrennung
verbleibt, auf die eingespritzte Kraftstoffmenge abgestimmt
ist.
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Beim Betrieb der erfindungsgemäßen Maschine bei oder nahe bei
der Vollast, arbeitet diese in herkömmlicher Weise und ein
zweites Ventil, das nicht-periodisch ausgebildet ist und
nicht synchron mit dem Takt der Maschine öffnet und schließt,
ist derart geregelt, daß dieses während des
Kompressionstaktes
geschlossen bleibt, aber bei einer Betriebsweise bei
geringer Last um einen Betrag geöffnet wird, welcher umgekehrt
in Beziehung zur eingespritzten Kraftstoffmenge steht, um
einen Teil der Einlaßluft vor der Kraftstoffzündung zu
entlüften oder abzuleiten. Das erste Ventil ist zwischen dem
Inneren des Zylinders und der Entlüftungsleitung angeordnet und
daher entsteht kein "totes Volumen". Das erste Ventil ist
nicht von einer konstant rotierenden Art, aber es öffnet und
schließt synchron mit dem Takt der Maschine. Es ist jedoch
nicht für die Veränderung des Anteils des angesaugten Teiles
verantwortlich, welcher abgeführt wird, aber es erlaubt den
Zugang des angesaugten Anteils zu einem zweiten Ventil,
welches diese Funktion übernimmt. Das erste Ventil ist vor dem
oberen Totpunkt geschlossen und vorzugsweise bevor
irgendwelcher Kraftstoff in den Zylinder eingespritzt wurde und die im
Zylinder verbliebene Luftmenge ist, ist daher auf die
eingespritzte Kraftstoffmenge abgestimmt. Dies bewirkt ein Luft-
Kraftstoffgemisch, welches im wesentlichen, auch bei geringer
Last, homogen ist, so daß daher die Verbrennung gleichförmig
ist und der Kraftstoffverbrauch sowie die Erzeugung von
Schadstoffen und Rauch reduziert werden. Berechnungen haben
gezeigt, daß der Motor sowohl effektiv als auch
wirtschaftlich arbeiten wird, auch wenn das erste Ventil nur 30º vor
dem oberen Kolbentotpunkt schließt.
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Es wird angenommen, daß bei dem erfindungsgemäßen Motor der
vollständige Verdichtungsvorgang erst dann beginnt, wenn das
erste Ventil geschlossen ist; wenn der Motor daher bei einer
reduzierten Last arbeitet, wobei ein beträchtlicher Teil der
angesaugten Luft abgeführt wird, wird die Maximaltemperatur
des komprimierten Gases wesentlich vermindert. Es wurde
jedoch gefunden, daß sogar dann, wenn das erste Ventil nur 30º
vor dem oberen Totpunkt schließt, die Gastemperatur
ausreichend für eine zufriedenstellende Verbrennung ist. Während
der erfindungsgemäße Motor tatsächlich ein veränderliches
Verdichtungsverhältnis hat, wird sein Expansionverhältnis
natürlich in keiner Weise durch eine Verminderung des
Verdichtungsverhältnisses
beeinflußt, wodurch es möglich ist, eine
erhebliche Leistungsausbeute vom verbrennenden Kraftstoff zu
erzielen. Berechnungen haben gezeigt, daß der
Gesamtwirkungsgrad des Verbrennungsvorganges und daher der
Maschine selbst durch die Verminderung des
Verdichtungsverhältnisses nicht wesentlich reduziert werden.
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Das hohlzylindrische Buchsenventilelement kann durch alle
möglichen Mittel bewegt werden, bevorzugterweise ist dieses
zur Bewegung mit einem Antrieb verbunden, der beispielsweise
mit der Kurbelwelle verbunden ist. Es kann jedoch entweder
linear, parallel zur Zylinderachse hin- und herbewegt werden
oder in einer kreisbogenförmigen Hin- und Herbewegung
gegenüber der Zylinderachse, wobei eine Bewegung bevorzugt wird,
welche tatsächlich eine Kombination dieser beiden Bewegungen
entspricht, derart, daß jeder Punkt des hohlzylindrischen
Elements eine Orbitalbewegung beschreibt. Derartige Ventile
sind bei Motoren bekannt und sie sind offenbart z.B. in GB-A-
223 121, GB-A-274 564 und GB-A-279 176, auf die für weitere
Details besonders aufmerksam gemacht wird, insbesondere
hinsichtlich des Antriebsmechanismus.
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Während die Erfindung auf Zweitaktmotoren mit einem Zylinder
anwendbar ist, so ist sie insbesondere auch auf
Mehrzylindermotoren z.B. für Automobilzwecke anwendbar, bei denen jeder
Zylinder eine Entlüftungsleitung, ein erstes und ein zweites
Ventil umfaßt, wobei alle ersten Ventile verbunden sind, um
gleichmäßig bewegt zu werden und die zweiten Ventile
verbunden sind, um im selben Ausmaß geöffnet zu werden.
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Weitere Details der Erfindung werden aus der folgenden
Beschreibung bestimmter Ausführungsbeispiele deutlich, wobei
auf die beiliegenden schematischen Zeichnungen Bezug genommen
wird. Hierin zeigen:
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Fig. 1 einen vertikalen Teilschnitt eines Zylinders
eines Mehrzylinderzweitaktmotors, wobei der Kolben
einen Teilabschnitt im Kompressionstakt
durchgeführt hat;
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Fig. 2 eine Ansicht des Zylinders nach Fig. 1, wobei der
Kolben in der Position des unteren Totpunktes
ist;
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Fig. 3 ein Zeitsteuerungsschema, welches die Zeitpunkte
der Öffnung und des Schließens der Einlaß- und
Auslaßöffnungen und der Entlüftungsleitung
darstellt;
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Fig. 4 eine schematische Ansicht eines Motors mit einer
alternativen Art einer Einlaßvorrichtung;
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Fig. 5 einen schematischen Querschnitt durch einen
erfindungsgemäßen kurbelgehäusegespülten Motor; und
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Fig. 6, 7, 8 und 9
Schnitte durch vier alternative Konstruktionen
des Drosselventiles in der Entlüftungsleitung.
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Unter Bezugnahme auf die Fig. 1 und 2 weist der Motor eine
Reihe von Zylindern auf, von denen nur einer gezeigt ist und
beschrieben wird. Jeder Zylinder wird durch eine Zylinderwand
2 gebildet, welche verschiebbar einen Kolben 4 in
herkömmlicher Art und Weise umschließt. Der Kolben ist in
herkömmlicher Weise über ein Pleuel 40 mit der Kurbelwelle 42 im
Kurbelwellengehäuse 44 verbunden. Die Zylinderwand 2 weist eine
Einlaßöffnung 6 und eine Auslaßöffnung 8 auf, die derart
angeordnet sind, daß sie in wiederkehrender Art und Weise durch
den Kolben, welcher sich in dem Zylinder hin- und herbewegt,
bedeckt und unbedeckt sind. Die Einlaßöffnung 6 ist mittels
eines Verteilerkanals 23 mit einem Luftspülgebläse 22
herkömmlichen Typs verbunden. Im oberen Bereich des Zylinders
ist eine Zündkerze 26 und eine Direkteinspritzung 28
angeordnet, welche durch eine elektronische Steuerung 48 gesteuert
wird. Durch den oberen Teil der Zylinderwand erstreckt sich
eine Entlüftungsleitung 10, die ein stellbares Drosselventil
12 beherbergt und welches derart angeordnet ist, daß es mit
dem Inneren des Zylinders, wie im weiteren beschrieben wird,
in Verbindung steht. Die Stellung des Drosselventils wird
durch eine Belüftungssteuerung 50 in Abhängigkeit des
Kraftstoffgehalts, welcher in den Motor eingespritzt wird,
eingestellt und zu diesem Zweck ist die Steuerung 50 mit der
Steuerung 48 oder mit dem Kraftstoffsteuerungshebel oder "der
Drossel" des Motors verbunden. Innerhalb des Zylinders ist
ein hohlzylindrisches Ventil oder eine Buchse 14 angeordnet,
die koaxial mit dem Zylinder ist und zwischen der
Zylinderwand und dem Kolben angeordnet ist und so als Laufbuchse
wirkt. In der Buchse 14 sind drei Öffnungen 16, 18 und 20
gebildet, deren Anordnung mit den Öffnungen 6 und 8 und der
Entlüftungsleitung 10 zusammenwirkt. Die Buchse 14 ist
mittels eines herkömmlichen Zahnradantriebes mit der Kurbelwelle
verbunden, so daß sie sowohl linear als auch drehend bewegt
wird, so daß jeder Teil von ihr im allgemeinen eine
Orbitalbewegung beschreibt und die Öffnungen 16, 18 und 20 in und
außer Deckung mit den Öffnungen 6 und 8 und der Leitung 10 zu
vorgegebenen Zeitpunkten während des Taktes des Motors
gebracht werden.
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Wenn während des Betriebs der Zylinder am unteren Totpunkt,
wie in Fig. 2 gezeigt, ist, sind die Öffnungen 16 und 18 in
Deckung mit den Öffnungen 6 und 8 und Luft erfüllt den
Zylinder über den Einlaßkanal und ersetzt oder spült die
Auspuffgase in das Auspuffsystem. Wenn der Zylinder seinen
Kompressionstakt durchführt, wird die Buchse 14 so bewegt, daß die
Öffnungen 6 und 8 bedeckt sind und die Entlüftungsleitung 10
unbedeckt ist. Die Entlüftungsleitung 10 bleibt während des
größten Teils der Aufwärtsbewegung des Kolbens offen, wie in
Fig. 1 gezeigt, und ermöglicht damit, daß etwas des
eingesaugten Luftanteils in den Verteilungskanal 23 zurückgeführt
wird, mit welchem die Entlüftungsleitung verbunden ist. Bei
ungefähr 30º oder auch mehr, beispielsweise bei 60º vor dem
oberen Totpunkt schließt die Buchse 14 die Entlüftungsleitung
10 und die verbleibende Luft wird dann komprimiert. Bei
ungefähr 30º vor dem oberen Totpunkt wird Kraftstoff in den
Zylinder eingespritzt und der Kraftstoff wird nahe dem oberen
Totpunkt durch eine Zündkerze gezündet.
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Wie bereits oben erwähnt umfaßt die Entlüftungsleitung 10 ein
Drosselventil 12, dessen Stellung direkt oder indirekt durch
den Kraftstoffsteuerhebel oder "die Drossel" des Motors
bestimmt wird, derart, daß, wenn der Motor unter Vollast
betrieben wird, das Drosselventil 12 völlig geschlossen
gehalten wird und keine Luft vom Zylinder entweicht, während, wenn
die Maschine bei geringer Last betrieben wird, das
Drosselventil 12 voll geöffnet ist und ein wesentlicher Anteil der
angesaugten Luft über die Entlüftungsleitung vor den Beginn
der eigentlichen Kompression abgeführt wird und daher den
Motor bei einem minimalen Verdichtungsverhältnis mit einem
Minimum an Luft im Zylinder verläßt, so daß ein Minimum an
Leistung bereitgestellt wird. Bei einer Motorlast zwischen
Minimum und Maximum ist das Drosselventil teilweise offen, wobei
ein Teil der angesaugten Luftmenge entlüftet wird und der
Druck im Zylinder vor dem Verschließen der Entlüftungsleitung
bis zu einem Wert ansteigt, welcher zwischen dem
atmosphärischen Druck und einem Wert liegt, welcher entstehen würde,
wenn die Entlüftungsleitung nicht vorgesehen oder
vollgeschlossen wäre, so daß das effektive Verdichtungsverhältnis
des Motors zwischen Maximum und Minimum liegt.
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Auf diese Weise ist bei jeder Motorlast, also bei jeder
Einstellung der "Drossel" die aktuelle Luftmenge, die beim
Beginn der Zündung im Zylinder vorliegt, auf die
Kraftstoffmenge, welche eingespritzt wird, abgestimmt, so daß das
Luft/Kraftstoffgemisch und die folgende Verbrennung im
wesentlichen homogen sind.
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Im oben beschriebenen Ausführungsbeispiel wird die
einströmende Luft mittels eines Spülgebläses zur Verfügung gestellt
und über die Lufteinlaßvorrichtung entlüftet. Die Einlaßluft
kann jedoch auch allein durch die Bewegung des Kolbens
angesaugt werden und direkt in die Umgebung oder in den
Motorauspuff entlüftet werden.
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Ein typisches Zeitsteuerungsdiagramm eines Motors, wie in den
Fig. 1 und 2 gezeigt ist, ist in Fig. 3 dargestellt. Der
obere Totpunkt ist mit A bezeichnet und die Auspufföffnung
wird bei einer Bewegung im Uhrzeigersinn bei B geöffnet und
die Auspuffgase entweichen in das Auspuffsystem; die
Einlaßöffnung wird bei c geöffnet und frische Luft erfüllt den
Zylinder und verdrängt einen Großteil der Auspuffgase in das
Auspuffsystem; nach dem unteren Totpunkt bei D wird die
Entlüftungsleitung 10 bei E geöffnet und der angesaugte Anteil
der Luft fährt fort, die Auspuffgase in das Auspuffsystem zu
verdrängen; die Auspufföffnung wird durch das Buchsenventil
bei F geschlossen; der angesaugte Anteil wird dem Zylinder
weiterhin über die Einlaßöffnung zugeführt und entweicht über
die Entlüftung und die Einlaßöffnung wird dann entweder durch
den Kolben oder durch das Buchsenventil bei G geschlossen;
der angesaugte Anteil wird komprimiert und/oder entweicht
über die Entlüftungsleitung, je nachdem wie das Drosselventil
12 eingestellt ist; die Entlüftungsleitung 10 wird bei H
geschlossen und Kraftstoff wird eingespritzt und der
Verdichtungsprozeß ist dann bei A vollständig, kurz vor dem
Zeitpunkt, bei dem die Zündkerze angeregt wird, so daß die
Verbrennung beginnt.
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Um sicherzustellen, daß der gewünschte Anteil der Einlaßluft
durch die Entlüftungsleitung abgeführt wird, ist es
selbstverständlich wünschenswert, daß der Gegendruck, welcher im
Bereich der Entlüftungsleitung entsteht, geringer ist als der
Druck in der Einlaßöffnung. Eine Möglichkeit, dies zu
erreichen, ist in Fig. 4 dargestellt, in welcher hinter dem Einlaß
und dem Spülgebläse 22 eine Drossel 24 vorgesehen ist, welche
bewirkt, daß der Druck zwischen der Drossel 24 und dem
Gebläse 22 gering ist. Das Spülgebläse 22 vergrößert
selbstverständlich
den Druck wieder und drückt den angesaugten Anteil
in den Motor. Die Entlüftungsleitung 10 steht mit dem Einlaß
des Spülgebläses stromabwärts der Drossel 24 in Verbindung.
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Ein weiterer Aufbau ist in Fig. 5 gezeigt, indem ein Motor
vom Kurbelgehäuse-Spülungstyp dargestellt ist. In diesem
Aufbau, in dem im Vergleich zu dem in Fig. 4 dargestellten
Aufbau aus Gründen der Vereinfachung das Buchsenventil
weggelassen wurde, wirkt auf den Raum innerhalb des Kurbelgehäuses 30
der Kolben ein und dieser steht mit dem Einlaß 8 via einer
Überströmleitung 32 in Verbindung und es steht darüber hinaus
über die Entlüftungsleitung 10 und über den Einlaßkanal 34,
der ein Rückschlagventil 36, beispielsweise ein Reed-Ventil
umfaßt, in Verbindung. Dieser Motor arbeitet im allgemeinen
in der herkömmlichen Art und Weise, wobei während des
Verdichtungstaktes des Kolbens Luft in das Kurbelgehäuse durch
den Einlaßkanal 34 eingesaugt wird, die dann im folgenden
während des Arbeitstaktes des Kolbens komprimiert wird und
dann durch die Überströmleitung 32 in den Zylinder gedrückt
wird, um als Spülungs- und Verbrennungsluft zu wirken. Wenn
der Motor bei geringer Last betrieben wird, wird entlüftete
Luft aus dem Zylinder während des Verdichtungstaktes in das
Kurbelgehäuse geführt und somit wiederverwendet.
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Wie bereits oben erwähnt ist die Entlüftungsleitung 10
günstig angeordnet und das Buchsenventil 14 derart gestaltet,
daß eine Entlüftung des Zylinders bis ungefähr 30º vor dem
oberen Totpunkt fortgesetzt wird. Der Durchflußquerschnitt
der Entlüftungsleitung sollte groß genug sein, um ein
Ausströmen eines wesentlichen Anteils des angesaugten Anteils
bei relativ geringer Motorlast zu ermöglichen und daher liegt
der Durchflußquerschnitt vorzugsweise zwischen 25 % und 125 %
der Fläche der Einlaßöffnung (diese kann selbstverständlich
in der Praxis eine Reihe von Öffnungen umfassen).
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Das Drosselventil 12 kann auf verschiedene Arten gebildet
sein und kann in seiner einfachsten Form aus einem
Drosselklappenventil,
wie in Fig. 6 gezeigt, bestehen. Alternativ
kann es auch wie in Fig. 7 gezeigt, eine tonnenförmiges
Ventil sein, eine Tellerventil, wie in Fig. 8 gezeigt oder ein
Klappenventil, wie in Fig. 9 gezeigt. In jenem Fall ist das
Ventil 12 jedoch aperiodisch, d.h. daß es sich nicht synchron
mit dem Takt des Motors öffnet und schließt und der Grad
seiner Öffnung wird nur durch die Last bestimmt, welcher der
Motor ausgesetzt ist.
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Die Ausstattung mit einem Buchsenventil 14 als einem Ventil
mit fester Zeitsteuerung, welches sich schließt, um das
Innere des Zylinders gegenüber der Durchlüftungsleitung 10 zu
schließen, ist mit dem Vorteil einer asymmetrischen
Zeitsteuerung der Öffnung und des Schließens der Einlaß- und
Auslaßöffnungen verknüpft, wie in Fig. 3 gezeigt und stellt
sicher, daß das "tote Volumen" zwischen dem Drosselventil 12
und dem Zylinder nicht mit dem Zylinder während des
Verdichtungs- und Entspannungsvorganges in Verbindung steht. Die
asymmetrische Zeitsteuerung vergrößert den volumetrischen
Wirkungsgrad des Lufteintrittsvorgangs und vermindert das
"Totvolumen", so daß sowohl der Kraftstoffverbrauch als auch
die Emissionen an Kohlenwasserstoffen vermindert werden.
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Während die Erfindung in erster Linie auf Motoren mit einer
Direkteinspritzung gerichtet ist, so ist sie jedoch nicht auf
solche Motoren beschränkt und kann auch bei Motoren Anwendung
finden, welche mit einem herkömmlichen Vergaser ausgestattet
sind, wobei die Entlüftungsleitung mit dem Einlaßkanal oder
dem Kurbelgehäuse verbunden ist.