DE69404148T2

DE69404148T2 - Luft-brennstoff-gemischzufuhrvorrichtung für eine zweitaktbrennkraftmaschine

Info

Publication number: DE69404148T2
Application number: DE69404148T
Authority: DE
Inventors: Jean-Marc Masse
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1993-08-03
Filing date: 1994-08-02
Publication date: 1998-01-15
Anticipated expiration: 2014-08-03
Also published as: CN1049948C; DE69404148D1; EP0704017A1; ATE155208T1; FR2708666A1; US5586525A; JPH09500943A; ES2105739T3; FR2708666B1; WO1995004212A1; CN1128555A; EP0704017B1

Description

Bei der vorliegenden Erfindung geht es um eine Einrichtung zum Zuführen des Kraftstoff-Luft-Gemisches bei einem Zweitaktverbrennungsmotor in der Ausführung mit Spülung durch aus dem Gehäuse kommender komprimierter Luft, wobei wenigstens ein Zylinder, ein in dem Zylinder hin- und hergehender Kolben, der einen Brennraum begrenzt, wenigstens ein Überströmschlitz, der über einen Kanal mit dem Gehäuse strömungsmäßig verbunden ist, und wenigstens eine Einlassöffnung vorgesehen ist, um das Kraftstoff- Luft-Gemisch am Ende der Spülung in den Brennraum zu bekommen. Die Merkmale, die in ihrer Kombination aus dem Stand der Technik bekannt sind (siehe WO-A-9102144), sind in dem Oberbegriff des unabhängigen Anspruchs aufgeführt.
Verbrennungsmotoren, die als Zweitakter arbeiten, zeigen einen großen Verbrauch und erweisen sich als stark umweltbelastend. Beide Probleme sind eine Folge der Spülung des Brennraums, wobei die Spülung mittels des Kraftstoff-Luft-Gemisches durchgeführt wird und ein Teil des Kraftstoff-Luft-Gemisches unmittelbar aus dem Auslass- Schlitz mitgerissen wird, d.h. ein Verlust von unverbranntem Gas auftritt, um eine gute Füllung des Brennraums mit dem Kraftstoff-Luft-Gemisch sowie eine maximale Beseitigung der Verbrennungsgase aus dem Brennraum zu erreichen.
Dies ist der Grund, warum bereits vorgeschlagen wurde, die Spülung des Brennraums nur mit Luft anstelle eines Kraftstoff-Luft-Gemisches durchzuführen, wobei der Kraftstoff erst gegen Ende der Spülung in dem Brennraum eingebracht wird. Hierzu ist es möglich, den Kraftstoff entweder direkt in den Brennraum einzuspritzen (siehe Patentanmeldung FR-2 582 349) oder indirekt (Patentanmeldung FR-2 609 504) einzuspritzen oder pneumatisch einzubringen (Patentanmeldung FR-2 496 758). Um den Kraftstoff durch Einspritzung einzubringen, muss ein verhältnismäßig hoher Einspritzdruck zur Verfügung stehen und die verwendeten Einspritzventile werden häufig aus Gründen der einfacheren Regulierung elektronisch gesteuert. Auf der anderen Seite werden die Systeme mit pneumatischer Kraftstoffzufuhr mittels Ventilen verwirklicht, die beispielsweise elektronisch oder durch Nocken, angetrieben über die Drehung des Motors, realisiert sind, was den Betriebsbereich wegen der Gefahr des Schnarrens der Ventile oder der Betätigungszeiten der elektronischen Steuerung begrenzt.
Alle bekannten Lösungen beeinträchtigen die dem Zweitaktmotor innewohnenden Vorteile, nämlich der verhältnismäßig einfache Aufbau und der geringere Herstellungspreis, Vorteile, die insbesondere bei kleinen Motoren interessant sind, wie sie beispielsweise bei Zweiradfahrzeugen verwendet werden.
Die vorliegende Erfindung zielt darauf ab, die Nachteile der bekannten Lösungen zu beseitigen oder zumindest im großen Umfang zu vermindern, die bereits zwecks Verminderung des Verbrauches und der Umweltbelastung für Zweitaktmotoren vorgeschlagen wurden.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Einrichtung zur Zufuhr eines Kraftstoff-Luft-Gemisches für einen Zweitaktverbrennungsmotor der Bauart mit einer Spülung mittels in einem Gehäuse komprimierter Luft zu schaffen, wobei der Motor wenigstens einen Zylinder, einen in dem Zylinder hin- und hergehenden Kolben, der einen Brennraum begrenzt, und ein Gehäuse zum Komprimieren von Spülluft aufweist, die mit einem Lufteinlass versehen ist. Der Zylinder weist einen Auslass-Schlitz, wenigstens einen Überströmschlitz, der über einen Überströmkanal mit dem Gehäuse in Verbindung steht und einen Einlass-Schlitz auf, um gegen Ende der Spülung ein Kraftstoff-Luft-Gemisch in den Brennraum einzubringen. Gemäß der Erfindung ist wenigstens ein synchron mit der Rotation des Motors angetriebener Drehschieber dem Schlitz zum Zuführen des Kraftstoff-Luft- Gemisches in den Brennraum zugeordnet.
Die Steuerung des Einlass-Schlitzes für das Kraftstoff-Luft-Gemisch mittels eines Drehschiebers gestattet es, auf besonders einfacheweise sämtliche Beschränkungen zu überwinden, insbesondere hinsichtlich des Betriebsbereiches, denen die bekannten Einspritzsysteme oder pneumatischen Kraftstoff-Zufuhr-Systeme bei Zweitaktverbrennungsmotoren unterliegen.
Die erfindungsgemäße Zufuhreinrichtung weist einen Luftbehälter auf, der mit Luft gespeist wird, die unter einem Druck steht, der höher ist als der Druck, der in dem Brennraum vor dem Öffnen des Auslass-Schlitzes herrscht, sowie ferner eine Venturi-Düse, die zwischen dem Vorratsbehälter und dem Drehschieber angeordnet ist, und eine Kraftstoff-Zufuhr, die aus einer Schwimmerkammer gespeist wird und in den divergierenden Teil der Venturi-Düse mündet. In diesem Falle ist der Drehschieber vorzugsweise im Inneren des Behälters angeordnet.
Der Drehschieber kann auch vorzugsweise ein becherförmiger zylindrischer Drehschieber sein, dessen Achse parallel zu der Zylinderachse liegt und der in seinem zylindrischen Kragen ein Fenster enthält, das die Strömungsverbindung des Behälters mit dem Brennraum über den Einlass-Schlitz steuert.
Der Luftbehälter kann mit Luft gespeist sein, die mittels eines motorexternen Systems unter Druck gesetzt wird oder auch durch ein motorinternes System. Im letzten Falle wird der Behälter vorzugsweise mit Luft gespeist, die über einen Kanal aus dem Kurbelgehäuse kommt, der in der gleichen Weise durch einen Drehschieber gesteuert wird, der synchron mit der Rotation des Motors angetrieben ist.
Die obere Kante des Einlass-Schlitzes, über den das Kraftstoff-Luft-Gemisch in den Brennraum gelangt, kann sich auf derselben Höhe wie der obere Rand des Auslass- Schlitzes befinden, jedoch ist gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der obere Rand des Einlass-Schlitzes auf einer Höhe angeordnet, die sich auf einem Niveau, das näher zu dem Zylinderkopfliegt als der obere Rand des Auslass-Schlitzes, befindet, so dass während der Aufwärtsbewegung des Kolbens der Brennraum noch mit dem Luftbehälter kommuniziert und die Vergrößerung des Drucks in dem Brennraum eine Erhöhung des Luftdrucks in dem Behälter für das Zuführen des Kraftstoff-Luft-Gemisches während des nachfolgenden Zyklus bewirkt.
Vorzugsweise ist der Kraftstoff-Luft-Strahl aus der Gemischzufuhreinrichtung in Richtung auf den Zylinderkopf gerichtet, damit der Strahl nicht auf den Auslass-Schlitz trifft.
Unter Bezugnahme auf die einzige Figur der beigefügten Zeichnung ist nachstehend im Einzelnen ein Ausführungsbeispiel beschrieben, das lediglich der Erläuterung dient und für die Anordnung gemäß der Erfindung nicht beschränkend ist.
Der Motor, wie er in der Zeichnung dargestellt ist, ist ein Verbrennungsmotor, der mit zwei Takten arbeitet, und zwar in der Ausführungsform mit Spülung durch Luft, die in dem Kurbelgehäuse komprimiert wird. In der Zeichnung ist ein Zylinder 1 zu sehen, der in einem Zylinderblock 2 ausgebildet ist, auf dem ein Zylinderkopf 3 befestigt ist, der eine Zündkerze 4 enthält. Der Zylinderblock 2 befindet sich auf einem Kurbelgehäuse 5, das mit einer Einlassöffnung 6 für Luft und mit einem nicht dargestellten Ventil versehen ist. In dem Kurbelgehäuse 5 dreht sich eine Kurbelwelle 7, mit der über ein Pleuel 8 ein Kolben 9 verbunden ist, der in dem Zylinder 1 hin- und hergeht und der darin zusammen mit dem Zylinderkopf 3 einen Brennraum begrenzt.
Der Zylinder 1 weist ferner einen Auslass-Schlitz 11 sowie einen Überströmschlitz 12 auf, der über einen nicht gezeigten Überströmkanal mit dem Kurbelgehäuse 5 in Verbindung steht, wobei die beiden Schlitze 11 und 12 so in dem Zylinder 2 angeordnet sind, dass sie in dem Brennraum 10 auf einer Höhe münden, derart, dass sie nur dann vollständig frei sind, wenn sich der Kolben 9, wie gezeigt, im unteren Totpunkt befindet.
Gemäß der Erfindung weist der oben beschriebene Motor ferner eine Einrichtung 13 zum Zuführen eines Kraftstoff- Luft-Gemisches zu dem Brennraum 10 auf. Zu der Einrichtung 13 gehört ein Luftbehälter 14, der über einen Kanal 15 mit dem Kurbelgehäuse 5 sowie über einen Schlitz 16 mit dem Zylinder 1 in Verbindung steht, wobei sich der Schlitz 16 im Wesentlichen auf derselben Höhe wie der Auslass-Schlitz 11 befindet. Eine Venturi-Düse 17, in deren divergierendem Teil eine Kraftstoffzufuhr 18, die an eine nicht veranschaulichte Schwimmerkammer angeschlossen ist, mündet, ist in der Kammer 13 an jener Stelle angebracht, an der der Auslass der Kammer zu dem Schlitz 16 führt. Ein Drehschieber 19, der sich um eine zu der Achse des Zylinders 1 parallele Achse dreht, ist in dem Behälter 14 drehbar gelagert, in der Weise, dass er die Strömungsverbindung zwischen dem Inneren des Behälters 14 und dem Zylinder 1 steuert. Bei dem gezeigten Beispiel ist der Drehschieber 19 ein becherförmiger Drehschieber, dessen zylindrischer Kragen oder zylindrisches Hemd, das sich zwischen der Venturi-Düse 17 und dem Schlitz 16 befindet, ein Fenster 21 enthält. Die Welle 20 des Drehschiebers 19 trägt ferner einen weiteren Drehschieber 22, dessen Schlitz 23 die über den Kanal 15 laufende Strömungsverbindung zwischen der Kammer 14 und dem Kurbelgehäuse 5 steuert, sowie ein Antriebsritzel 24 in Form eines Kegelrads, das mit einem nicht veranschaulichten Kegelrad einer Welle in Eingriff steht, die zu der Kurbelwelle 7 parallel liegt und durch letztere angetrieben ist.
Bei dem veranschaulichten Beispiel ist zu beachten, dass der Einlass-Schlitz 16 so angeordnet ist, dass sein unterer Rand auf der Höhe des Kolbenbodens des Kolbens 9 liegt, wenn sich letzterer in dem unteren Totpunkt befindet, und dass sich sein oberer Rand auf einer Höhe befindet, die geringfügig über dem oberen Rand des Auslass- Schlitzes 11 liegt. Ferner befindet sich der Einlass- Schlitz 16 gegenüber dem Auslass-Schlitz 11, und die Venturi-Düse 17 ist schräg nach oben in Richtung auf den Zylinderkopf 3 gerichtet, damit sie einen Strahl erzeugt, der die Achse des Zylinders 1 kreuzt und über dem Auslass- Schlitz 11 vorbeigeht.
Nachstehend wird die Arbeitsweise des oben erläuterten Motors beschrieben.
Ausgehend von dem unteren Totpunkt, wie er in der Zeichnung dargestellt ist, bewegt sich der Kolben 9 zu dem Zylinderkopf 3 in Richtung auf den oberen Totpunkt. Während dieser Aufwärtsbewegung des Kolbens vergrößert sich das wirksame Volumen des Kurbelgehäuses 5 und es wird durch die Einlassöffnung 6 sowie das nicht veranschaulichte Ventil Luft in das Kurbelgehäuse 5 eingesaugt. Sobald der Kolben 9 am oberen Totpunkt angekommen ist, zündet die Zündkerze 4 die Verbrennung des Kraftstoff-Luft-Gemisches, das in dem Brennraum 10 enthalten ist und zufolge des Gasdrucks, der sich aus der Verbrennung ergibt, entfernt sich der Kolben 9 von dem Zylinderkopf 3 in Richtung auf den unteren Totpunkt. Während der Abwärtsbewegung des Kolbens 9 wird die zuvor in das Kurbelgehäuse 5 eingesaugte Luft komprimiert, wobei das nicht veranschaulichte Ventil das Entweichen der Luft durch die Einlassöffnung 6 verhindert.
Während der Abwärtsbewegung gibt der Kolben 9 nach und nach den Einlass-Schlitz 16, den Auslass-Schlitz 11 und den Überströmkanal 12 frei. Der Einlass-Schlitz 16 ist durch den Drehschieber 19 noch geschlossen, während die Auspuffgase durch den Auslass-Schlitz 11 entweichen, wobei diese Bewegung durch das Zuführen von zuvor in dem Kurbelgehäuse 5 komprimierter Luft über den Überströmkanal 12 unterstützt wird.
Während dieser Zeit bleibt die Strömungsverbindung zwischen dem Luftbehälter 14 und dem Zylinder 1 durch den Drehschieber 19 abgesperrt, obgleich der Einlass-Schlitz 16 von dem Kolben 9 freigegeben wird.
Erst wenn der Kolben 9 den unteren Totpunkt erreicht und beginnt, sich nach oben in Richtung auf den Zylinderkopf 3 zu bewegen, kommt das Fenster 21 des Drehschiebers 19 zu dem Einlass-Schlitz 16 und stellt so die Strömungsverbindung zwischen dem Behälter 14 und dem Zylinder 1 her. Unter dem Druck der Luft in dem Behälter 14, die unter einem höheren Druck steht, als es dem Druck in dem Zylinder 1 entspricht, wobei der Auslass-Schlitz 12 immer noch nicht geschlossen ist, strömt die Luft aus dem Behälter 14 durch die Venturi-Düse 17 und saugt zufolge dieser Kraftstoff aus der Kraftstoffzufuhr 18 an, wobei der Strom aus Luft und Kraftstoff nach oben in den Brennraum über den Auslass-Schlitz 11 gerichtet ist, damit so möglichst wenig Kraftstoff diesen Schlitz erreicht, bevor er durch den Kolben 9 verschlossen wird.
Nach dem darauffolgenden Verschließen des Auslass- Schlitzes 11 gestatten das Fenster 21 und der Schlitz 16 noch, dass während eines kurzen Moments eine Strömungsverbindung zwischen dem Brennraum 10 und dem Behälter 14 bestehen bleibt, damit der Druck, der sich in dem Brennraum 10 zufolge der Aufwärtsbewegung des Kolbens 9 einstellt, den Luftdruck, wie er in dem Behälter 14 herrscht, für das Einspeisen des Kraftstoffs während des nachfolgenden Zyklus erhöht wird.
Der Kolben 9 setzt noch seine Bewegung nach oben in Richtung auf den Zylinderkopf 3 fort, wobei er das Kraftstoff-Luft-Gemisch in dem Brennraum 10 komprimiert und Luft in das Kurbelgehäuse über die Einlassöffnung 6 und das nicht veranschaulichte Ventil einsaugt.
Sobald der Kolben 9 seinen oberen Totpunkt erreicht, wiederholen sich die beschriebenen Schritte in derselben Reihenfolge.
Es ist hervorzuheben, dass das gezeigte und beschriebene Ausführungsbeispiel lediglich als Erläuterung und nicht beschränkend zu verstehen ist und dass zahlreiche Modifikationen und Varianten im Rahmen der Erfindung möglich sind.
So ist es anstelle der Zufuhr unter Druck stehender Luft in den Behälter 4 mittels eines motorinternen Systems (Übertragung eines Teils der Luft, die in dem Kurbelgehäuse 5 komprimiert wurde, in den Behälter 4) möglich, dies in ähnlicher Weise durch ein motorexternes System vorzunehmen.
Anstatt den oberen Rand des Auslass-Schlitzes 16 oberhalb des oberen Randes des Auslass-Schlitzes 11 anzuordnen, ist es ebenfalls möglich, den oberen Rand der beiden Schlitze auf derselben Höhe anzubringen, was eine Erhöhung des Luftdrucks in dem Behälter 14 während der Aufwärtsbewegung des Kolbens 9 verhindert.
Ferner kann der Schieber 19 ein Drehschieber mit einer anderen Form als einer Becherform sein und sich um eine Achse drehen, die nicht parallel zu der Achse des Zylinders ist, obgleich die beschriebene und dargestellte Einrichtung besonders vorteilhaft dahingehend ist, dass sie gestattet, den Drehschieber sehr dicht an dem Einlass- Schlitz 16 anzuordnen und die Zufuhreinrichtung 13 in ihrer Gesamtheit in eine besonders kompakte Form zu bringen.

Claims

1. Einrichtung, um einen Zweitaktverbrennungsmotors, der in der Bauart mit Spülung durch aus dem Gehäuse kommende komprimierte Luft ausgeführt ist, mit einem Kraftstoff-Luft-Gemisch zu versorgen, mit wenigstens einem Zylinder, mit einem in dem Zylinder hin- und hergehenden beweglichen Kolben, der darin eine Brennkammer begrenzt, mit einem Gehäuse für unter Druck stehende Spülluft, das mit einer Lufteinlassöffnung versehen ist, wobei der Zylinder wenigstens einen Auslass-Schlitz, wenigstens einen Überstromschlitz, der über einen Überströmkanal mit dem Gehäuse strömungsmäßig in Verbindung steht, und wenigstens einen Einlass-Schlitz zum Einlassen des Kraftstoff- Luft-Gemischs in die Brennkammer gegen Ende der Spülung aufweist, mit einem Drehschieber (19), der synchron mit der Drehbewegung des Motors angetrieben und dem Einlass- Schlitz (16) für das Kraftstoff-Luft-Gemisch zugeordnet ist, und mit einem Luftvorratsbehälter (14), der mit Luft gespeist wird, die unter einem höheren Druck steht als der Druck in der Brennkammer vor dem Öffnen des Auslass- Schlitzes (11), dadurch gekennzeichnet, dass sie unter anderem eine Venturi-Düse (17) aufweist, die zwischen dem Vorratsbehälter (14) und dem Drehschieber (19) angeordnet ist, und dass eine Kraftstoffeinlassöffnung (18) vorhanden ist, die aus einer Kammer mit konstantem Füllstand gespeist wird und die in den divergierenden Teil der Venturi-Düse mündet.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Drehschieber (18) innerhalb des Behälters (14) angeordnet ist.

3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Drehschieber (19) ein zylindrischer becherförmiger Drehschieber ist, dessen Achse parallel zu der Achse des Zylinders (1) verläuft und der in seinem zylindrischen Kragen ein Fenster (21) enthält, das die strömungsmäßige Verbindung über den Einlass-Schlitz (16) des Vorratsbehälters (14) mit der Brennkammer (10) steuert.

4. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Luftvorratsbehälter (14) durch ein von dem Motor getrenntes System mit Druckluft versorgt wird.

5. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Luftvorratsbehälter (14) durch ein in dem Motor befindliches System mit Druckluft versorgt wird.

6. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Luftvorratsbehälter (14) mit unter Druck stehender Luft versorgt wird, die von der Kurbelkammer (5) durch einen Kanal (15) kommt, der durch einen Drehschieber (22) gesteuert wird, der synchron mit der Drehbewegung des Motors angetrieben ist.

7. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die obere Kante des Einlass-Schlitzes (16) für das Kraftstoff-Luft-Gemisch sich in der Brennkammer (10) auf derselben Höhe befindet wie die obere Kante des Auslass-Schlitzes (11).

8. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die obere Kante des Einlass-Schlitzes (16) für das Kraftstoff-Luft-Gemisch in der Brennkammer (10) sich auf einer Höhe befindet, die näher an dem Zylinderkopf (3) liegt als die obere Kante des Auslass-Schlitzes (11).

9. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kraftstoff-Luft-Gemischstrahl der Kraftstoff-Luft-Gemischzufuhreinrichtung in Richtung auf den Zylinderkopf (3) gerichtet ist, in der Weise, dass der Strahl nicht auf den Auslass-Schlitz (11) trifft.