DE68911117T2

DE68911117T2 - Vorrichtung zum Einbringen eines Gemisches in eine Brennkammer eines Zweitaktmotors.

Info

Publication number: DE68911117T2
Application number: DE89403648T
Authority: DE
Inventors: Jean-Pierre Maissant
Original assignee: IFP Energies Nouvelles IFPEN
Current assignee: IFP Energies Nouvelles IFPEN
Priority date: 1988-12-30
Filing date: 1989-12-22
Publication date: 1994-03-31
Anticipated expiration: 2009-12-23
Also published as: JP2763360B2; EP0376836A1; US5005537A; JPH02223631A; EP0376836B1; FR2641336B1; DE68911117D1; FR2641336A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Einführen eines Brennstoffgemischs unter Druck in eine Kammer eines Zylinders von einem Brennkraft-Zweitaktmotor.
Ganz besonders stellt die Erfindung ein Hilfsorgan für die Steuerung eines automatischen Ventils, das zwischen dem Ende einer Einführungsleitung des Gemischs und der Kammer des Zylinders angeordnet ist, bereit.
Es ist bekannt, Ventile, solche wie Klappenventile, zu verwenden, die mit Mitteln zum Zurückverbringen Zusammenwirken, welche sich unter der Wirkung von Druckunterschieden zwischen jeder ihrer Flächen betätigen, um ein Brennstoffgemisch in die Kammer eines Zylinders einzuführen. Aufgrund insbesondere von mit zu den Druckunterschieden gehörigen Kräften vergleichbaren Trägheitskräften und möglichen Auskolkungen der Mittel zum Zurückverbringen, wenn deren Betriebsfrequenz zu deren Resonanzfrequenz benachbart ist, können diese Ventile indessen nicht verwendet werden, da die Druckunterschiede sehr schwach sind und da ihre Betätigungsgeschwindigkeit sehr groß ist.
Die vorliegende Erfindung stellt eine Vorrichtung bereit, die insbesondere die Vorteile herkömmlicher Vorrichtungen mit automatischem Ventil, so wie Wärmebeständigkeit, schnelle Öffnung und großer Durchlaß, aufweist und im besonderen verwendbar ist, wenn der Druckunterschied zwischen der Kammer des Zylinders und der Einführungsleitung des Brennstoffgemischs klein ist.
Diese Vorrichtung besitzt außerdem den Vorteil, gegenüber Druckschwankungen eines Motorelements empfindlich sein zu können, wobei dieses Element speziell ausgewählt ist, um eine optimale Wirkungsweise der Vorrichtung zu gestatten.
Diese Vorrichtung charakterisiert sich genauer dadurch, daß sie ein Hilfsorgan umfaßt, das ein Trennungselement aufweist, welches mit einem Ende eines Ventilschaftes zusammenwirkt, wobei das Organ ein erstes und ein zweites Volumen trennt, innerhalb jedes derer ein Druck herrscht, wobei das erste Volumen mit der Einführungsleitung derart verbunden ist, daß der Druck in dem ersten Volumen im wesentlichen gleich ist zu dem Druck in der Leitung, und wobei das Element eine Bewegung ausführt, die eine Verschiebung des Ventils entsprechend der Differenz zwischen dem Druck des ersten Volumens und dem Druck des zweiten Volumens erzeugt.
In dem vorliegenden Text versteht man unter Tulpe den Teil des Ventils, der eine aufgeweitete Form aufweist, und unter Gegenstück zum Schaft den Teil des Ventils, der eine verjüngte Form aufweist.
Diese Membran spielt tatsächlich die Rolle des Trennungselements der zwei Volumen. Man verläßt also nicht den Rahmen der vorliegenden Erfindung bei Ersetzen dieser Membran durch einen Hilfskolben, der in einer Zylinderbohrung gleitet, wobei eine Fläche dieses Hilfskolbens zur Begrenzung des ersten Volumens, die andere Fläche zu derjenigen des zweiten Volumens beiträgt.
Das zweite Volumen kann mit einer Gehäuse-Pumpe des ersten Zylinders derart verbunden sein, daß der Druck in dem zweiten Volumen im wesentlichen gleich ist zu dem Druck in der Gehäuse-Pumpe des ersten Zylinders.
Der Motor kann wenigstens einen zweiten Zylinder umfassen, der eine Gehäuse-Pumpe aufweist, die Einführungsleitung in die Kammer des ersten Zylinders kann mit der Gehäuse-Pumpe des zweiten Zylinders verbunden sein, und der zweite Zylinder kann eine Winkelverschiebung ungleich Null, verzögert in bezug auf den ersten Zylinder, besitzen.
Das zweite Volumen kann mit einem Element des Motors verbunden sein, in dem der Druck relativ zu dem Druck des ersten Volumens derart ist, daß er zu den Verschiebungen des Ventils vorteilhafterweise beiträgt.
Der Motor kann wenigstens einen dritten Zylinder umfassen, der einen Gehäuse-Motor aufweist und bei dem der Takt in bezug auf den Takt des ersten Zylinders vorläuft, und der Gehäuse-Motor des dritten Zylinders kann mit dem zweiten Volumen verbunden sein.
Das Mittel zum Zurückverbringen des Ventils in seine geschlossene Stellung kann durch die Membran selbst, deren Elastizität das Ventil hin in seine geschlossene Stellung verbringen kann, verwirklicht sein. Die Membran kann verstärkt sein, um die Steifigkeit zu erhöhen.
Das Trennungselement kann einen Nutzquerschnitt größer als der Querschnitt des Ventils aufweisen.
Die Einführungsleitung kann ein Organ zur Einführung von Brennstoffgemisch umfassen.
Die Leitung kann in Nähe des Zylinderkopfes des ersten Zylinders einmünden.
Der Motor kann mehrere Zylinder umfassen, die jeder eine Gehäuse-Pumpe aufweisen, welchen Luft durch eine Lufteinlaßleitung zugeführt ist, wobei diese Einlaßleitung ein Element umfaßt, das geeignet ist, den Einlaß von Luft zu reduzieren, und der Teil der Luftleitung, die mehreren Zylindern gemeinsam und stromabwärts von dem Element, das geeignet ist, den Einlaß von Luft zu reduzieren, gelegen ist, kann mit der zweiten Kammer des Hilfsorgans verbunden sein.
Die Erfindung ist besser verständlich und ihre Vorteile treten deutlich hervor anhand der Lektüre der Beschreibung eines nicht beschränkenden Beispiels der durch die beigefügten Figuren dargestellten Vorrichtung, wobei:
Fig. 1 eine Anordnung eines Zweitaktmotors zur gesteuerten Zündung, die die Vorrichtung gemäß der Erfindung umfaßt, darstellt und
Fig. 2 die Entwicklung der Drücke in mehreren Zylindern, deren Verwertung eine insbesondere vorteilhafte Anwendung der Vorrichtung gemäß der Erfindung gestattet, beschreibt.
Die Fig. 1 stellt in durchgezogenen Linien den betrachteten Zylinder 1 mit seinem Kolben 2 am Ende der Spülung, seinem Auslaß 3, seinem Auslaßschlitz 4, der über den Punkt, geschlossen zu sein, ist, seinen seitlichen 5 und hinterer 6 Überführungsschlitze, sein Gehäuse 7 mit einem einzigen Lufteinlaß, zum Beispiel durch Klappenventile 8, seiner Zündkerze 9 und dem Pleuelstangensystem 10 dar.
In strich-punktierten Linien ist der zweite Zylinder 11 mit einem Kolben 12 dargestellt, dessen Bewegung winkelmäßig um 120º durch das Zwischenglied des Pleuelstangensystems 13 in bezug auf den Kolben 2 des betrachteten Zylinders 1 verzögert ist. Der Kolben 12 befindet sich in der Entspannungsphase in dem zweiten Zylinder 11 und zugleich in der Komprimierungsphase in der Gehäuse-Pumpe 14.
Die Gehäuse-Pumpe 14, bei der die Bewegung des Kolbens 12 winkelmäßig um 120º verzögert ist, führt der Kammer 16 des betrachteten Kolbens 1 über das Zwischenstück der Einführungsleitung 15 Luft zu.
Die hintere Überführung 6 des Zylinders ist mit der Gehäuse-Pumpe und dem Zylinder 1 über das Zwischenstück der Leitung 17 verbunden.
Die Einführung von Luft unter Druck in die Kammer 16, die von der Gehäuse-Pumpe 14 herrührt, erfolgt über eine Mündung 18, deren Öffnung durch ein bewegliches Ventil 19 gesteuert ist, welches mit einem festen Sitz zusammenwirkt. Stromaufwärts von dem Ventil 19 befindet sich eine Niederdruck-Kraftstoffeinführ- und -dosiereinrichtung 20.
Diese Einrichtung kann Niederdruckeinspritzer, wie man ihn auf dem Markt antrifft, eine Kraftstoffpumpe, die durch die aufeinanderfolgenden Drücke und Unterdrücke einer Gehäuse-Pumpe betätigt ist, sein.
Die Einführung von flüssigem Kraftstoff kann in der Leitung 15 während der gesamten Zeit, in welcher das Ventil 19 geschlossen ist, ebenso wie während derjenigen, in der es geöffnet ist, stattfinden.
Dieser Kraftsstoffeinführ- und -dosiereinrichtung 20 kann eine Venturidüse 21 zugeordnet sein, die in der Leitung 15 genau stromaufwärts von dem Ventil 19 und der Mündung 18, entsprechend dem Patent EP-189 714, angeordnet ist, um die Zerstäubung des Kraftstoffs durch von der Druckquelle (Gehäuse-Pumpe 14) kommende Luft zu verbessern.
Ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen, kann die Einrichtung 20 durch einen Vergaser ersetzt sein, wobei die Venturidüse 21 in diesem Vergaser integriert ist.
Genau stromabwärts von der Mündung 18 kann man auch vorteilhafterweise ein Ablenkblech 22 oder dergleichen anordnen, das auf einer Ausrichteinrichtung von dem strahl des Gemischs, eingeführt in den Zylinder, montiert ist. Diese Einrichtung, die einen Teil des Zylinderkopfes ausmacht oder an dem Zylinderkopf angebracht ist, ist zum Beispiel von in dem Patent EP- 189 715 beschriebenem Typ.
Das Ende des Ventilschaftes 19 ist mit dem Zentrum einer elastischen Membran 22 verbunden, die ein erstes Volumen 23 von einem zweiten Volumen 24 abtrennt, wobei der Unterschied der entsprechenden Drücke Bewegungen der Membran und so Verschiebungen des Ventils 19, mit welchem sie verbunden ist, zu erzeugen. Das Ventil wirkt mit einer Feder 25 zusammen, um das automatische Zurückverbringen des Ventils 19 in eine Stellung, in welcher die Leitung 15 zur Einführung des Brennstoffgemischs verschlossen ist, zu ermöglichen.
Das erste Volumen 23 ist mit der Leitung 15 derart verbunden, daß ein Druck in der Gehäuse-Pumpe 14 zugleich auf die Fläche der Membran 22, die dem ersten Volumen zugewandt ist, durch Erzeugung einer Kraft, die darauf abzielt, das Ventil 19 zu öffnen, und auf die höher gelegene Fläche der Tulpe von dem Ventil 19 wirkt, wobei die höher gelegene Fläche der Tulpe von dem Ventil 19 der tiefer gelegenen Fläche der Tulpe von dem Ventil, welche hin zu dem Inneren der Kammer 16 gewandt ist, gegenüberliegt.
Das zweite Volumen 24 kann seinen konstanten Druck, zum Beispiel gleich dem atmosphärischen Druck aufgrund beispielsweise der Verbindung dieses zweiten Volumens mit der Atmosphäre, aufweisen oder kann seinen variablen Druck aufweisen, derart, um die Öffnung oder die Aufrechterhaltung in der offenen Stellung oder die Schließung oder noch die Aufrechterhaltung in der geschlossenen Stellung des Ventils 19 gemäß den verschiedenen Phasen der Verschiebung von dem Ventil zu begünstigen. Dieser variable Druck, den man in dem zweiten Volumen 24 aufbauen kann, kann durch die Gehäuse-Pumpe 7 des betrachteten Zylinders 1 oder durch die Gehäuse-Pumpe eines Zylinders, dessen Takt winkelmäßig um 90º oder 120º in bezug auf den Takt des betrachteten Zylinders 1 vorverschoben ist, befreit werden.
Die Intensitätsschwankungen der Resultierenden der Kräfte, insbesondere des beidseits der Membran wirkenden Drucks sowie des beidseits der Tulpe des Ventils wirkenden Drucks, erzeugen die Öffnungsveränderungen des Ventils 19 und so die fortlaufende Zufuhr von Brennstoffgemisch durch Herrühren aus der Einführungsleitung 15 und Verbringen in die Verbrennungskammer 16 des betrachteten Zylinders 1.
Die Fig. 2 zeigt Druckschwankungen in verschiedenen Volumen des Motors in Abhängigkeit des Kurbelwinkels von dem betrachteten Zylinder 1.
Die mit P1 bezeichnete Kurve 1 in ausgezogener Linie zeigt die Schwankung des Druckes in der Kammer des betrachteten Zylinders 1, die mit P3 bezeichnete Kurve in gestrichelter Linie zeigt die Schwankung des Druckes in der Gehäuse-Pumpe 7 des betrachteten Zylinders und die mit P2 bezeichnete Kurve in strich-punktierter Linie zeigt die Schwankung des Druckes in der Gehäuse-Pumpe 14 des Zylinders 11, dessen Takt eine Verzögerung von 120º in bezug auf den Takt des Zylinders 1 aufweist.
Die Fig. 2 zeigt deutlich, daß zwischen ungefähr 155º und 275º des Kurbelwinkels des Zylinders 1 der Druck P2 der Gehäuse-Pumpe 14 größer ist als der Druck P1 der Kammer des Zylinders 1 und daß sich ein Ausfluß von mit Kraftstoff vergaster Luft in der Einführungsleitung 15, seitdem das Ventil 19 geöffnet ist, vollzieht.
Die Fig. 2 zeigt außerdem, daß von etwa 180º bis mindestens 275º des Kurbelwinkels der Druck P3 in der Gehäuse-Pumpe 7 des betrachteten Zylinders 1 geringer ist als der Druck P2 in der Einführungsleitung der mit Kraftstoff vergasten Luft und daß dieser Unterdruck zum Öffnen des Ventils, wenn sie mit der Kammer 24 verbunden ist, verwendet werden kann.
Die Wahl insbesondere des Nutzquerschnitts der Membran 22, die Abgleichung der Mittel zum Zurückverbringen 25, der Querschnitt der Tulpe von dein Ventil, der Verbindung des zweiten Volumens 24 mit einem Motorelement, wie der Gehäuse-Pumpe 7 des Zylinders 1, muß an jeden Motor angepaßt werden, um die gewünschten Verschiebungen des Ventils zu erzeugen. Tatsächlich verändern die schwingenden, vibrierenden und jeweils motoreigenen Vorgänge von verschiedenen Elementen eines Motors, wie der Einführungsleitung 15, stark die Verschiebungen des Ventils, das die Hilfsvorrichtung gemäß der Erfindung umfaßt.
Auf gleiche Weise, wie man den Druck der Gehäuse-Pumpe eines mit Verzögerung von 120º verschobenen Zylinders verwendet, um die Kammer 16 zu versorgen, kann man den Druck einer Gehäuse- Pumpe eines Zylinders, dessen Takt mit Verzögerung von 90º verschoben ist, wie in der französischen Patentanmeldung 87/09.035 beschrieben, verwenden. Man kann auch den Druck der Gehäuse-Pumpe eines Zylinders, dessen Takt um 90º oder 180º in bezug auf den Takt eines betrachteten Zylinders vorverschoben ist, verwenden, um das zweite Volumen 24 zu versorgen.
Man verläßt nicht die Erfindung bei der Betrachtung, daß die Mittel zum Zurückverbringen die Membran 22 und das zweite Volumen 24 umfassen können, wenn der Druck in diesem Volumen größer ist als der Druck in dem ersten Volumen 23 und das Zurückverbringen des Ventils hin in die eine geschlossene Stellung erfolgt.

Claims

1. Vorrichtung zum Einführen eines Brennstoffgemischs unter Druck in eine Kammer (16) eines ersten Zylinders (1) von einem Zweitaktmotor, umfassend ein Ventil (19), welches mit einem Sitz zusammenwirkt, um eine Einführungsleitung (15) des Brennstoffgemischs in die Kammer (16) des ersten Zylinders zu verschließen, und Mitteln zum Zurückverbringen (25) des Ventils (25), dadurch gekennzeichnet, daß sie ein Hilfsorgan umfaßt, das ein Trennungselement aufweist, welches mit einem Ende eines Ventilschaftes (19) zusammenwirkt, wobei das Organ (22) ein erstes (23) und ein zweites (24) Volumen trennt, innerhalb jedes derer ein Druck herrscht, wobei das erste Volumen (23) mit der Einführungsleitung (15) derart verbunden ist, daß der Druck in dem ersten Volumen (23) im wesentlichen gleich ist zu dem Druck in der Leitung (15), und wobei das Element (22) eine Bewegung ausführt, die eine Verschiebung des Ventils (19) entsprechend der Differenz zwischen dem Druck des ersten Volumens und dem Druck des zweiten Volumens erzeugt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Volumen (24) mit einer Gehäuse-Pumpe (7) des ersten Zylinders (1) derart verbunden ist, daß der Druck in dem zweiten Volumen (24) im wesentlichen gleich ist zu dem Druck in der Gehäuse-Pumpe (7) des ersten Zylinders.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Motor wenigstens einen zweiten Zylinder (11) umfaßt, der eine Gehäuse-Pumpe (14) aufweist, daß die Einführungsleitung (15) in die Kammer des ersten Zylinders mit der Gehäuse-Pumpe (14) des zweiten Zylinders verbunden ist, und daß der zweite Zylinder (11) eine Winkelverschiebung ungleich Null, verzögert in Bezug auf den ersten Zylinder (1) besitzt.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Volumen (24) mit einem Element des Motors verbunden ist, in dem der Druck relativ zu dem Druck des ersten Volumens (23) derart ist, daß er zu den Verschiebungen des Ventils (19) beiträgt.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Motor wenigstens einen dritten Zylinder umfaßt, der einen Gehäuse-Motor aufweist und bei dem der Takt in Bezug auf den Takt des ersten Zylinders (1) vorverschoben ist, und daß der Gehäuse-Motor des dritten Zylinders mit dem zweiten Volumen (24) verbunden ist.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Trennungselement eine Membran ist.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Trennungselement (22) einen Nutzquerschnitt größer als der Querschnitt des Ventils (19) aufweist.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Einführungsleitung (15) ein Organ (29) zur Einführung von Brennstoffgemisch umfaßt.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitung (15) in Nähe eines Zylinderkopfes des ersten Zylinders (1) einmündet.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Motor mehrere Zylinder umfaßt, die jeder eine Gehäuse-Pumpe aufweist, welchen Luft durch eine Lufteinlaßleitung zugeführt ist, wobei die Einlaßleitung ein Element umfaßt, das geeignet ist, den Einlaß von Luft zu reduzieren, und daß der Teil der Luftleitung, die mehreren Zylindern gemeinsam und stromabwärts von dem Element, das geeignet ist, den Einlaß von Luft zu reduzieren, gelegen ist, mit der zweiten Kammer des Hilfsorgans verbunden ist.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5 und 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Trennungselement ein Kolben ist.

12. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zum Zurückverbringen die Membran umfassen.