EP0302045A2 - Zweitakt-Brennkraftmaschine - Google Patents

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EP0302045A2
EP0302045A2 EP88890184A EP88890184A EP0302045A2 EP 0302045 A2 EP0302045 A2 EP 0302045A2 EP 88890184 A EP88890184 A EP 88890184A EP 88890184 A EP88890184 A EP 88890184A EP 0302045 A2 EP0302045 A2 EP 0302045A2
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piston
overflow
internal combustion
combustion engine
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EP0302045B2 (de
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Diethard Dipl.-Ing. Plohberger
Leopold Dr. Mikulic
Klaus Dr. Landfahrer
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AVL List GmbH
AVL Gesellschaft fuer Verbrennungskraftmaschinen und Messtechnik mbH
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    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M69/00—Low-pressure fuel-injection apparatus ; Apparatus with both continuous and intermittent injection; Apparatus injecting different types of fuel
    • F02M69/04—Injectors peculiar thereto
    • F02M69/042—Positioning of injectors with respect to engine, e.g. in the air intake conduit
    • F02M69/045—Positioning of injectors with respect to engine, e.g. in the air intake conduit for injecting into the combustion chamber
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B75/00—Other engines
    • F02B75/02—Engines characterised by their cycles, e.g. six-stroke
    • F02B2075/022—Engines characterised by their cycles, e.g. six-stroke having less than six strokes per cycle
    • F02B2075/025—Engines characterised by their cycles, e.g. six-stroke having less than six strokes per cycle two

Definitions

  • the invention relates to a two-stroke internal combustion engine with crankcase flushing with an overflow channel, the overflow opening in the cylinder is controlled by the engine piston, the bottom of which is flat and rotationally symmetrical, and with a fuel injection nozzle opposite the outlet opening.
  • the aim of the invention is to avoid these disadvantages and to propose a two-stroke internal combustion engine of the type mentioned at the outset, which is distinguished by a simple structure and only very low fuel losses and hydrocarbon emissions.
  • this is achieved in that the injection jet of the injection nozzle is directed toward the side facing the cylinder space and at least predominantly towards the half of the piston head opposite the outlet opening, the jet axis of the injection jet including an angle with the piston axis which is less than 90 °.
  • the fuel injection takes place during the purging phase nem when the overflow channel and outlet channel are open. The fuel evaporates quickly on the side of the piston head facing the cylinder chamber.
  • the air movement that occurs during the purging of the cylinder leads on the one hand to a very good mixture formation and on the other hand to surprisingly low fuel losses, because due to the at least predominant injection onto the half of the piston head opposite the outlet opening there is an air flow that is directed towards the fuel jet and prevents the outflow of mixture forms a kind of barrier through the simultaneously opened outlet.
  • the measures according to the invention result in the advantage of good cooling of the piston crown by the injected fuel, which also removes the heat of vaporization necessary for the evaporation. This makes it possible to increase the performance of the internal combustion engine with the same dimensions without resulting in an increased fuel loss.
  • the start of injection is fixed before the overflow opening of the overflow channel is opened by the piston, so that part of the fuel can pre-evaporate in the overflow channel. This results in a particularly good mixture formation.
  • the injection nozzle is designed as a multi-hole nozzle, preferably as a two-jet nozzle.
  • each jet axis of the injection jets viewed in a top view of the piston, is directed essentially towards one of the overflow channels additionally arranged on the circumference of the cylinder wall.
  • FIG. 1 shows a two-stroke internal combustion engine according to the invention in longitudinal section, in which a plurality of channels 2, 2 'distributed on the circumference of the cylinder wall 9 open into overflow openings 12, 12' in the cylinder chamber 1, to which an outlet channel 3 with an outlet opening 13 is assigned, which extends over a larger part of the height of the cylinder chamber 1 than the overflow openings 12, 12 'and is therefore released earlier by the piston 4 when the piston 4 moves in the direction of the crankcase, not shown, in order to allow the combustion gases to flow out before the opening of the To enable overflow openings.
  • an injection nozzle 5 is attached arranges whose injection jet 7 is directed against the side 8 of the piston head 6 facing the cylinder chamber 1.
  • the beam axis 7 ' encloses an angle ⁇ with the piston movement directed parallel to the bottom dead center and which is smaller than 90 °.
  • the fuel is largely injected at a point in time at which the piston 4 is in the region of its bottom dead center and the overflow openings 12, 12 'are therefore open. If the duration of the injection exceeds the opening duration of the overflow channels, as can be the case at very high speeds, it is possible and provided with the arrangement described to shift the start of injection in the "earlier" direction so that part of the fuel in the overflow channel 2 or 2 'can pre-evaporate, which also results in a very good mixture formation. As a result, the two-stroke internal combustion engine described is also suitable for very high speeds of up to over 10,000 revolutions per minute, without loss of performance or increased fuel consumption due to insufficient mixture formation or increased fuel losses.
  • FIG. 2 shows a variant of a two-stroke internal combustion engine according to the invention with a plurality of injection nozzles 5 arranged in overflow channels 2, 2 '.
  • the jet axes 7' of the injection jets 7 of this injection nozzle cross each other in a manner clearly offset from the center 11 of the piston 4 in the direction of the overflow channel 2 Point.
  • the injection direction of the nozzle arranged in the overflow channel 2 ' is essentially opposite to the inflow direction of the scavenging air of the opposite overflow channels 2'. This leads to a correspondingly strong swirling of the purge air with the vaporized fuel, which results in a good mixture Direction and control of the charge stratification results. In addition, this also reduces the loss of fuel via the outlet duct 3 and thus also reduces the hydrocarbon emission.
  • FIG. 3 shows a further variant of a two-stroke internal combustion engine according to the invention, in which a two-jet nozzle 5 'is arranged in the overflow channel 2 or in the direction of the area of the cylinder chamber 1 directly adjoining it.
  • the jet axes 7 'of the injection jets 7 of this nozzle are essentially directed against the scavenging air streams entering the cylinder space 1 from two different overflow channels 2'. This ensures particularly good swirling and thus mixture preparation. At the same time, the fuel losses caused by an outflow of the fuel mixture into the outlet channel 3 are minimized.

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Abstract

Bei einer Zweitakt-Brennkraftmaschine mit Kurbelgehäusespülung mit einem Überströmkanal (2), dessen Überströmöffnung (12) in den Zylinder (1) vom Motorkolben (4) gesteuert wird ist zur Verbesserung der Gemischbildung sowie zur Verringerung des Kraftstoffverbrauches und der Kohlenwasserstoff-Emission vorgesehen, daß der Einspritzstrahl (7) der Einspritzdüse (5) auf die dem Zylinderraum (1) zugewandte Seite (8) und zumindest überwiegend auf die der Auslaßöffnung (13) gegenüberliegende Hälfte des Kolbenbodens (4) gerichtet ist, wobei die Strahlachse (7') des Einspritzstrahles (7) mit der Kolbenachse (10) einen Winkel (α) einschließt, der kleiner als 90° ist.

Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf eine Zweitakt-Brennkraftma­schine mit Kurbelgehäusepülung mit einem Überströmkanal, des­sen Überströmöffnung in den Zylinder vom Motorkolben gesteuert wird, dessen Boden flach und rotationssymmetrisch ausgebildet ist, sowie mit einer der Auslaßöffnung gegenüberliegenden Kraftstoff-Einspritzdüse.
  • Eine solche Zweitakt-Brennkraftmaschine wurde z.B. durch die EP-A1 223 767 bekannt. Bei dieser bekannten Lösung ist der Einspritzstrahl von der Kurbelgehäuseseite her in das Innere des hohlen Kolbens gerichtet. Dabei trifft bei der Kolbenbewe­gung zum Kurbelgehäuse hin ein Teil des Kraftstoffes auf die zum Kurbelgehäuse gerichtete Seite des Kolbenbodens auf. Damit läßt sich zwar eine relativ gute Gemischaufbereitung errei­chen, doch muß in Kauf genommen werden, daß ein beträchtlicher Teil des aufbereiteten Gemisches beim Spülen unverbrannt in den Auslaßkanal gelangt und damit verloren geht.
  • Ziel der Erfindung ist es, diese Nachteile zu vermeiden und eine Zweitakt-Brennkraftmaschine der eingangs erwähnten Art vorzuschlagen, die sich durch einen einfachen Aufbau und nur sehr geringe Kraftstoffverluste und Kohlenwasserstoff-Emis­sionen auszeichnet.
  • Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß der Einspritz­strahl der Einspritzdüse auf die dem Zylinderraum zugewandte Seite und zumindest überwiegend auf die der Auslaßöffnung ge­genüberliegende Hälfte des Kolbenbodens gerichtet ist, wobei die Strahlachse des Einspritzstrahles mit der Kolbenachse einen Winkel einschließt, der kleiner als 90° ist. Dabei er­folgt die Kraftstoffeinspritzung während der Spülphase zu ei­ nem Zeitpunkt, zu dem Überströmkanal und Auslaßkanal offen sind. Der Kraftstoff verdampft rasch an der dem Zylinderraum zugewandten Seite des Kolbenbodens. Durch die während der Spü­lung des Zylinders vorhandene Luftbewegung kommt es einerseits zu einer sehr guten Gemischbildung und andererseits zu überra­schend geringen Kraftstoffverlusten, weil durch das zumindest überwiegende Einspritzen auf die der Auslaßöffnung gegen­überliegende Hälfte des Kolbenbodens eine dem Kraftstoffstrahl entgegengerichtete Luftströmung vorhanden ist, welche gegen das Abströmen von Gemisch durch den gleichzeitig geöffneten Auslaß eine Art Barriere bildet.
  • Weiters ergibt sich durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen der Vorteil einer guten Kühlung des Kolbenbodens durch den einge­spritzten Kraftstoff, der diesem auch die für die Verdampfung notwendige Verdampfungswärme entzieht. Dadurch ist eine Lei­stungssteigerung der Brennkraftsmaschine bei gleichbleibenden Abmessungen möglich, ohne daß sich dadurch ein erhöhter Kraft­stoffverlust ergibt.
  • Außerdem ergibt sich dadurch eine verbesserte Möglichkeit der Steuerung der Ladungsschichtung im Zylinderraum.
  • In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, daß für den Bereich höherer Motordrehzahlen und Lasten der Einspritzbeginn schon vor Öffnen der Überströmöffnung des Überströmkanals durch den Kolben festgelegt ist, sodaß ein Teil des Kraftstoffes im Überströmkanal vorverdampfen kann. Dies ergibt eine besonders gute Gemischbildung.
  • Es ist auch möglich, erst zu einem gegenüber dem Beginn des Spülvorganges verzögerten Zeitpunkt einzuspritzen, wodurch die Kraftstoffverluste weiter minimiert werden können. Diese sind im allgemeinen niedriger als bei der eingangs genannten aus der EP-A1 223 767 bekannten Brennkraftmaschine.
  • Eine bessere Verteilung des Kraftstoffes auf der Oberfläche des Kolbenbodens wird erfindungsgemäß erreicht, wenn die Ein­spritzdüse als Mehrlochdüse, vorzugsweise als Zweistrahldüse, ausgebildet ist.
  • Im Rahmen der Erfindung ist es vorteilhaft, wenn in zusätzlich am Umfang der Zylinderwand angeordneten Überströmkanälen wei­tere Einspritzdüsen vorgesehen sind. Deren Achsen können, in Draufsicht auf den Kolben gesehen, im wesentlichen entspre­chend der Richtung der an den Zylinderraum unmittelbar an­schließenden Teile der Überströmkanäle verlaufen.
  • Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, daß jede Strahlachse der Einspritzstrahlen, in Draufsicht auf den Kol­ben gesehen, im wesentlichen auf einen der zusätzlich am Um­fang der Zylinderwand angeordneten Überströmkanäle gerichtet ist. Durch diese Maßnahmen ist sichergestellt, daß die Ein­spritzstrahlen Komponenten des Spülluftstromes entgegengerich­tet sind, wodurch einerseits die Verwirbelung des entstehenden Kraftstoffdampfes mit der Spülluft verbessert und anderseits ein Mitreißen des entsprechenden Kraftstoffgemisches in den Auslaßkanal weiter vermindert wird.
  • Die Erfindung wird nun anhand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigen:
    • Fig. 1 schematisch einen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße Zweitakt-Brennkraftmaschine,
    • Fig. 2 und 3 verschiedene Ausführungsvarianten einer erfindungsgemäßen Zweitakt-Brennkraftmaschine im Querschnitt.
  • Fig. 1 zeigt eine erfindungsgemäße Zweitakt-Brennkraftmaschine im Längsschnitt, bei der in den Zylinderraum 1 mehrere, am Um­fang der Zylinderwand 9 verteilte Kanäle 2, 2' in Überström­öffnungen 12, 12' münden, denen ein Auslaßkanal 3 mit einer Auslaßöffnung 13 zugeordnet ist, der sich über einen größeren Teil der Höhe des Zylinderraumes 1 als die Überströmöffnun­gen 12, 12' erstreckt und daher bei einer Bewegung des Kol­bens 4 in Richtung auf das nicht dargestellte Kurbelgehäuse früher vom Kolbem 4 freigegeben wird, um ein Abströmen der Verbrennungsgase vor dem Öffnen der Überströmöffnungen zu er­möglichen.
  • In einem der Überströmkanäle 2 ist eine Einspritzdüse 5 ange­ ordnet, deren Einspritzstrahl 7 gegen die dem Zylinderraum 1 zugewandte Seite 8 des Kolbenbodens 6 gerichtet ist. Die Strahlachse 7' schließt dabei mit der zur Kolbenachse 10 pa­rallelen zum unteren Totpunkt gerichteten Kolbenbewegung einen Winkel α ein, der kleiner als 90° ist.
  • Wie in Fig. 1 angedeutet ist, erfolgt die Einspritzung des Kraftstoffes zum Großteil zu einem Zeitpunkt, zu dem sich der Kolben 4 im Bereich seines unteren Totpunktes befindet und die Überströmöffnungen 12, 12' daher offen sind. Wenn die Dauer der Einspritzung die Öffnungsdauer der Überströmkanäle über­steigt, wie das bei sehr hohen Drehzahlen der Fall sein kann, ist es mit der beschriebenen Anordnung möglich und vorgesehen, den Einspritzbeginn in Richtung "früher" so zu verschieben, daß ein Teil des Kraftstoffes im Überströmkanal 2 bzw. 2' vor­verdampfen kann, wodurch sich ebenfalls eine sehr gute Ge­mischbildung ergibt. Dadurch eignet sich die beschriebene Zweitakt-Brennkraftmaschine auch für sehr hohe Drehzahlen bis über 10 000 Umdrehungen pro Minute, ohne daß ein Leistungsver­lust oder erhöhter Kraftstoffverbrauch durch mangelnde Ge­mischbildung oder erhöhte Kraftstoffverluste auftreten kann.
  • Durch das Auftreffen von relativ kühlem Kraftstoff auf den Kolbenboden 6 und dessen Verdampfung ergibt sich ein beträcht­licher Kühleffekt für den Kolbenboden 6, sodaß dieser einer­seits dünner ausgeführt werden kann und anderseits eine ent­sprechende Leistungssteigerung aufgrund der verminderten Wär­medehnung des Kolbenoberteils möglich ist.
  • Fig. 2 zeigt eine Variante einer erfindungsgemäßen Zwei­takt-Brennkraftmaschine mit mehreren in Überströmkanälen 2, 2' angeordneten Einspritzdüsen 5. Die Strahlachsen 7' der Ein­spritzstrahlen 7 dieser Einspritzdüse kreuzen einander in einem deutlich vom Mittelpunkt 11 des Kolbens 4 in Richtung zum Überströmkanal 2 hin versetzten Punkt. Dabei ist die Ein­spritzrichtung der im Überströmkanal 2' angeordneten Düse im wesentlichen der Einströmrichtung der Spülluft der gegenüber­liegenden Überströmkanäle 2' entgegengerichtet. Dies führt zu einer entsprechend starken Verwirbelung der Spülluft mit dem verdampften Kraftstoff, wodurch sich eine gute Gemischaufbe­ reitung und Steuerung der Ladungsschichtung ergibt. Außerdem wird dadurch auch ein Verlust von Kraftstoff über den Auslaß­kanal 3 verringert und damit auch eine Verringerung der Koh­lenwasserstoff-Emission erreicht.
  • Fig. 3 zeigt eine weitere Variante einer erfindungsgemäßen Zweitakt-Brennkraftmaschine, bei der im Überströmkanal 2, bzw. in Richtung des an den Zylinderraum 1 unmittelbar anschließen­den Bereiches eines solchen, eine Zweistrahldüse 5' angeordnet ist. Dabei sind die Strahlachsen 7' der Einspritzstrahlen 7 dieser Düse im wesentlichen den aus zwei verschiedenen Über­strömkanälen 2' in den Zylinderraum 1 eintretenden Spülluft­strömen entgegengerichtet. Dadurch wird eine besonders gute Verwirbelung und damit Gemischaufbereitung sichergestellt. Gleichzeitig werden die durch ein Abströmen von Kraftstoffge­misch in den Auslaßkanal 3 bedingten Kraftstoffverluste mini­miert.

Claims (5)

1. Zweitakt-Brennkraftmaschine mit Kurbelgehäusepülung mit einem Überströmkanal (2), dessen Überströmöffnung (12) in den Zylinder (1) vom Motorkolben (4) gesteuert wird, des­sen Boden (8) flach und rotationssymmetrisch ausgebildet ist, sowie mit einer der Auslaßöffnung (13) gegenüberlie­genden Kraftstoff-Einspritzdüse (5), dadurch gekennzeich­et, daß der Einspritzstrahl (7) der Einspritzdüse (5) auf die dem Zylinderraum (1) zugewandte Seite (8) und zu­mindest überwiegend auf die der Auslaßöffnung (13) gegen­überliegende Hälfte des Kolbenbodens (4) gerichtet ist, wobei die Strahlachse (7') des Einspritzstrahles (7) mit der Kolbenachse (10) einen Winkel (α) einschließt, der kleiner als 90° ist.
2. Zweitakt-Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch ge­kennzeichet, daß für den Bereich höherer Motordrehzahlen und Lasten der Einspritzbeginn schon vor Öffnen der Überströmöffnung (12) des Überströmkanals (2) durch den Kolben (4) festgelegt ist, sodaß ein Teil des Kraftstoffes im Überströmkanal (2) vorverdampfen kann.
3. Zweitakt-Brennkraftmaschine nach Anspruch 1 oder 2, da­durch gekennzeichet, daß die Einspritzdüse als Mehrloch­düse, vorzugsweise als Zweistrahldüse (5') ausgebildet ist.
4. Zweitakt-Brennkraftmaschine nach einem der Anspürche 1 bis 3, dadurch gekennzeichet, daß in zusätzlich an Umfang der Zylinderwand (9) angeordneten Überströmkanälen (2') weite­re Einspritzdüsen (5) vorgesehen sind.
Zweitakt-Brennkraftmaschine nach Anspruch 3 oder 4, da­durch gekennzeichet, daß jede Strahlachse (7') der Ein­spritzstrahlen (7), in Draufsicht auf den Kolben (4) ge­sehen, im wesentlichen auf einen der zusätzlich am Umfang der Zylinderwand (9) angeordneten Übströmkanäle (2') ge­richtet ist.
EP19880890184 1987-07-30 1988-07-11 Zweitakt-Brennkraftmaschine Expired - Lifetime EP0302045B2 (de)

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