WO2017190722A1 - Zweitakt-brennkraftmaschine - Google Patents

Zweitakt-brennkraftmaschine Download PDF

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WO2017190722A1
WO2017190722A1 PCT/DE2017/000120 DE2017000120W WO2017190722A1 WO 2017190722 A1 WO2017190722 A1 WO 2017190722A1 DE 2017000120 W DE2017000120 W DE 2017000120W WO 2017190722 A1 WO2017190722 A1 WO 2017190722A1
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internal combustion
combustion engine
stroke internal
piston
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PCT/DE2017/000120
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Joachim Böhme
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Joachim Böhme
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    • F02B25/20—Means for reducing the mixing of charge and combustion residues or for preventing escape of fresh charge through outlet ports not provided for in, or of interest apart from, subgroups F02B25/02 - F02B25/18
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01L—CYCLICALLY OPERATING VALVES FOR MACHINES OR ENGINES
    • F01L5/00—Slide valve-gear or valve-arrangements
    • F01L5/04—Slide valve-gear or valve-arrangements with cylindrical, sleeve, or part-annularly shaped valves
    • F01L5/06—Slide valve-gear or valve-arrangements with cylindrical, sleeve, or part-annularly shaped valves surrounding working cylinder or piston
    • 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
    • F02B25/00—Engines characterised by using fresh charge for scavenging cylinders
    • F02B25/02—Engines characterised by using fresh charge for scavenging cylinders using unidirectional scavenging
    • F02B25/04—Engines having ports both in cylinder head and in cylinder wall near bottom of piston stroke
    • 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
    • F02B33/00—Engines characterised by provision of pumps for charging or scavenging
    • F02B33/02—Engines with reciprocating-piston pumps; Engines with crankcase pumps
    • F02B33/28—Component parts, details or accessories of crankcase pumps, not provided for in, or of interest apart from, subgroups F02B33/02 - F02B33/26
    • F02B33/30—Control of inlet or outlet ports
    • 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, in particular for a motor vehicle, with direct fuel injection with at least one working cylinder in which a piston is arranged oscillating, at least one outlet channel which opens above the top dead center of the piston in the working cylinder and at least two
  • Cylinder space The fresh gas pushes the exhaust gas in the same direction from the inlet to the outlet.
  • inlet slots at bottom dead center and one or more outlet valves at top dead center serve for the gas exchange.
  • a flushing pump introduces pressurized fresh air through the inlet slots into the cylinder. When the exhaust valve or valve is open, the exhaust gas from the cylinder is previously expelled through the pressure gradient.
  • the internal combustion engine includes a cylinder provided with a first intake passage and an exhaust passage defined in the upper portion of the cylinder and a second intake passage defined at the lower portion of the cylinder; a cylindrical bushing, which is arranged in the cylinder and is provided with a third inlet channel, in the lower Area of the liner is set; a sleeve pusher, which is around the cylindrical
  • Rotary sleeve is arranged rotatable around to selectively open the third inlet channel and close, wherein the sleeve valve with an integrally formed
  • Rotation means for rotating the sleeve slider under the influence of electromagnetic forces acting on the permanent magnet;
  • Inlet channel opening and closing means for selectively opening and closing the first inlet channel in the upper region of the cylinder; Exhaust duct opening and closing means for selectively opening and closing the exhaust duct at the top of the cylinder; Supercharging means for supplying air under pressure to the first inlet port and the second inlet port, and cycle mode selecting means for, on the one hand, actuating the rotational means to rotate the sleeve spool to rotate the third inlet port into
  • Inlet and exhaust duct opening and closing means to operate the engine in four-stroke mode.
  • the gas exchange takes place as pure Gleischstrom Introduceung.
  • the sleeve valve does not control the actual gas exchange.
  • the opening and closing of the inlet channels takes place through the upper edge of the piston.
  • a control for a two-stroke internal combustion engine with DC purge is known, which is achieved in that in the bottom of the working cylinder outlet bores are provided which during the rotational movement of the working cylinder alternately opening and closing openings of an exhaust plate, and that at the inner end of the cylinder inlet slots are provided which alternately release openings of a cylinder enclosing the inlet ring and reclose, which is arranged to adjust the intake timing adjustable on the crankcase.
  • the charge is changed by the rotating cylinder, whereby the outlet holes and the inlet slots are released and closed.
  • the inlet ring is adjustable on the crankcase
  • the inlet slide is mounted in the bore of the cylinder and the cylinder cover, pressed with its conical surface of at least three tie rods, which are mounted in the cylinder jacket, in the axial direction of the cylinder with springs against conical surfaces of the cylinder, and when moving the piston just before reaching the bottom Totchans is entrained by this, so that an annular air gap is formed, and at the same time of the three tie rods on the spring carrier opens the three exhaust valves in the cylinder head.
  • Cylinder bore and inlet slide bore are the same diameter.
  • the piston ring surface abuts against the inner annular surface of the inlet slide after about 9/10 of the piston stroke and opens the
  • Two-stroke engines with DC flushing, with flushing or loading slots in the cylinder wall and exhaust valves in cylinder covers are well known. They are usually designed as slow-running large engines and have good efficiencies. However, they have a significant disadvantage due to their long piston and cylinder and therefore have complex dimensions and large weights.
  • the present invention the object of the invention to provide a two-stroke internal combustion engine with DC flushing, in which reduced at the same power of known motor vehicle engines, the number of cylinders or the cylinder volume can be increased, the better
  • such a two-stroke internal combustion engine has the features of independent claim 1.
  • the dependent claims relate to advantageous developments of the invention.
  • the two-stroke internal combustion engine can operate both by the diesel method and after the Ottover method, in which case a spark plug is additionally to be provided.
  • the two-stroke internal combustion engine according to the invention may consist of one or more cylinders with crankcase. Above the top dead center of the piston is at least one outlet channel and above the bottom dead center of the piston, at least two inlet openings are provided. The release or closing of the
  • annular sealing elements are preferably designed in the form of piston rings and provided in the direction of the crankcase below the inlet openings.
  • the oscillating movement of the pipe slide during the charge exchange on the outer wall of the bushing is effected by a control device.
  • This can either be designed as a desmodromic control device in the form of a cam control with an acting on the outer circumference of the pipe slide lever, which is preferably forked, as an electromagnetic or hydraulic control device.
  • a spaced-apart swirl ring can be arranged on its outer wall.
  • the upstream swirl ring has flow channels
  • the swirl ring ensures that the air flow through the inlet opening flows in a direction tangential to the circumference of the working cylinder.
  • Such unidirectional flow which is unidirectional, uniformly supplies the working cylinder with fresh air through each flushing opening during the flushing process.
  • the two-stroke internal combustion engine may be designed, if this is designed in monobloc construction or if the working cylinder are designed as a blind cylinder.
  • the advantages are an optimized cooling in the top dead center, the elimination of the cylinder head gasket and no distortion, since the cylinder head bolts omitted.
  • Inlet openings are located in the so-called "cold" area, which reduces the
  • Another advantage of the two-stroke internal combustion engine according to the invention over a four-stroke internal combustion engine is that at the same load (medium pressure), the number of cylinders can be reduced, which is associated with a reduction in engine weight and the cost of production.
  • Engine power can be achieved arbitrarily by connecting the electric compressor, whereby an additional second exhaust gas turbocharger can be omitted.
  • Inlet openings arranged sliders such as roller slide, are that the pipe slide is arranged to slide directly on the outer wall of the liner, resulting in a low Schadvolumen.
  • the pipe slide follows the
  • Piston movement covers the piston rings and at the same time is sealing element that seals the purge air to the crankcase space, and thus affects the height of the internal combustion engine.
  • piston skirt can be made much shorter, similar to pistons for four-stroke internal combustion engines, since the piston skirt with its sealing rings no longer has to cover the inlet openings.
  • Figure 1 Schematic representation of the working cylinder of a two-stroke internal combustion engine
  • Figure 2 inlet area with pipe slide
  • FIG. 1 shows a schematic diagram of the working cylinder 1 of a two-stroke internal combustion engine. For the sake of simplicity, only one will follow
  • the two-stroke internal combustion engine - hereinafter referred to as two-stroke diesel engine - consists essentially of the crankcase with the crankshaft, a
  • the working cylinder 1 with a blind-hole-shaped bushing has inlet openings 5 distributed over the circumference in the region of the bottom dead center.
  • a pipe slide 4 is arranged with a closed jacket, which closes or releases the inlet openings 5 in an oscillating manner.
  • the inlet openings 5 are arranged at a uniform distance from each other.
  • sealing rings 7 are held on the outer wall of the liner of the working cylinder 1 above and below the inlet openings 5 in circumferential grooves sealing rings 7 are held. These seal the gap between liner of the working cylinder 1 and pipe slide 4 from.
  • the pipe slide 4 has a closed shell and thus controls the release or closing of the inlet openings 5 by its oscillating movement by means of the control edge 4 a. This eliminates the actual control of the inlet openings 5 through the upper edge of the piston 6 and the seal toward the crankcase by a much longer piston skirt and the corresponding piston ring.
  • control of the pipe slide 4 by means of a desmodromic control unit takes the form of a cam control with a on the outer circumference of the pipe slide 4 rotatably engaging and fork-shaped lever.
  • the illustrated two-stroke diesel engine operates as follows:
  • Outlet channels 2 completely open. The overpressure of the fresh air generated by a non-illustrated exhaust gas turbocharger and an electrically driven compressor.
  • the scavenging air enters suitably in a known manner in the tangential direction in the cylinder and forms a standing on the piston crown spine, which increases by helical increase in height, forms a plug and displaces the combustion gases. These are expelled through the fully open exhaust ducts.
  • Inlet openings 5 completely open.
  • the pipe pusher 4 is moved in the same direction via the desmodromic control on the outer wall of the liner of the working cylinder 1 and closes the inlet openings 5.
  • the fresh air is further compressed.
  • the fuel is injected and ignited via the injection nozzle 9. The process begins again.
  • the switchable electric compressor can also work simultaneously with the exhaust gas turbocharger.

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  • Mechanical Engineering (AREA)
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  • Cylinder Crankcases Of Internal Combustion Engines (AREA)

Abstract

Zweitakt-Brennkraftmaschine, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, mit Kraftstoffdirekteinspritzung mit wenigstens einem Arbeitszylinder (1) mit Laufbuchse, in dem ein Kolben (6) oszillierend bewegbar ist, mit wenigstens einem Auslasskanal (2), welcher oberhalb des oberen Totpunktes des Kolbens (6) in den Arbeitszylinder (1) mündet und wenigstens zwei über den Umfang der Laufbuchs verteilten Einlassöffnungen (5), welche oberhalb des unteren Totpunktes des Kolbens (6) in den Arbeitszylinder (1) münden, so dass sich im Betrieb der Zweitakt-Brennkraftmaschine eine Gleichstromspülung des Arbeitszylinders (1) ergibt, und einem die Einlassöffnungen(5) freigebenden und verschließenden Schieber, wodurch der Schieber als ein die Laufbuchse des Arbeitszylinders (1) umfassender Rohrschieber (4) mit einem geschlossenen Mantel ausgebildet ist, wobei dieser in Längsrichtung der Laufbuchse oszillierend während des Ladungswechsels die Einlassöffnungen (5) freigibt oder verschließt.

Description

"Zweitakt-Brennkraftmaschine"
[0001] Die Erfindung betrifft eine Zweitakt-Brennkraftmaschine, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, mit Kraftstoffdirekteinspritzung mit wenigstens einem Arbeitszylinder, in dem ein Kolben oszillierend angeordnet ist, wenigstens einen Auslasskanal, welcher oberhalb des oberen Totpunktes des Kolbens in den Arbeitszylinder mündet und wenigstens zwei
Einlaßöffnungen, welche oberhalb eines unteren Totpunktes des Kolbens in den
Arbeitszylinder münden, sodass sich im Betrieb der Zweitakt-Brennkraftmaschine eine Gleichstromspülung des Arbeitszylinders ergibt.
[0002] Bei Zweitaktmotoren ist das Gleichstromspülverfahren eines der allgemein bekannten Spülverfahren. Beim Gleichstromspülverfahren strömt das Gas im Zylinder nur in einer Richtung. Auslass- und Einlaßkanal liegen an entgegengesetzten Enden des
Zylinderraumes. Das Frischgas schiebt das Abgas in immer gleicher Richtung vom Einlass zum Auslass. In der Regel dienen Einlassschlitze im unteren Totpunkt und ein oder mehrere Auslassventile im oberen Totpunkt dem Gaswechsel. Durch eine Spülpumpe wird unter Druck gesetzte Frischluft durch die Einlassschlitze in den Zylinder eingeleitet. Bei geöffnetem Auslassventil bzw. - entilen wird das Abgas aus dem Zylinder vorher durch das Druckgefälle ausgetrieben.
[0003] Bekannt ist aus der DE 690 10 865 52 ein Verbrennungsmotor mit variablen Zylken, der wechselweise im Zweitaktverfahren und im Viertaktverfahren in Abhängigkeit von der Rotationsgeschwindigkeit und der Belastung des Motors arbeitet. Der Verbrennungsmotor umfasst einen Zylinder, der mit einem ersten Einlasskanal und einem Auslasskanal versehen ist, die im oberen Bereich des Zylinders festgelegt sind, und mit einem zweiten Einlasskanal, der im unteren Bereich des Zylinders festgelegt ist; eine zylindrische Laufbuchse, die im Zylinder angeordnet ist und mit einem dritten Einlasskanal versehen ist, der im unteren Bereich der Laufbuchse festgelegt ist; einem Hülsenschieber, der um die zylindrische
Laufbuchse rundum rotierbar angeordnet ist, um wahlweise den dritten Einlasskanal zu öffnen und zu schließen, wobei der Hülsenschieber mit einem integral ausgebildeten
Permanentmagneten versehen ist; Rotationsmittel, um den Hülsenschieber unter Einfluss elektromagnetischer Kräfte, die auf den Permanentmagneten wirken, zu drehen;
Einlasskanalöffnungs- und -schließmitteln, um wahlweise den ersten Einlasskanal im oberen Bereich des Zylinders zu öffnen und zu schließen; Auslasskanalöffnungs- und -schließmitteln, um den Abgaskanal im oberen Bereich des Zylinders wahlweise zu öffnen und zu schließen; Überverdichtungsmitteln, um Luft unter Druck zum ersten Einlasskanal und zum zweiten Einlasskanal zu liefern und Zyklenmodus-Auswahlmitteln, um einerseits die Rotationsmittel in Gang zu setzen, um den Hülsenschieber zu drehen, um den dritten Einlasskanal in
Abstimmung mit dem zweiten Einlasskanal zu öffnen, und um die Abgaskanalöffnungs- und - schließmittel zu betreiben, und andererseits um die Rotationsmittel in Gang zu setzen, um den Hülsenschieber zu drehen, um den dritten Einlasskanal zu schließen und um die
Einlasskanal- und Abgaskanalöffnungs- und -schließmittel zu betreiben, um den Motor im Viertaktmodus zu betreiben.
[0004] Dies bedeutet, dass, wenn der Verbrennungsmotor im Viertaktmodus betrieben wird, der Gaswechsel über die im oberen Bereich des Zylinders angeordneten Auslasskanal- und Einlasskanalöffnungs- und Schließmittel gesteuert wird. Wenn der Verbrennungsmotor im Zweitaktmodus betrieben wird, erfolgt der Gaswechsel über die im oberen Bereich des Zylinders angeordneten Auslassöffnungs- und Schließmittel und über die im unteren Bereich im Zylinder angeordneten Einlasskanäle, die in diesem Fall durch Verdrehen des
Hülsenschiebers freigegeben werden. Die Einlaßkanäle im oberen Bereich des Zylinders bleiben dabei geschlossen.
[0005] Im Zweitaktmodus erfolgt der Gaswechsel als reine Gleischstromspülung. Der Hülsenschieber steuert hierbei nicht den eigentlichen Gaswechsel. Das Öffnen und Schließen der Einlasskanäle erfolgt durch die Kolbenoberkante.
[0006] Aus der DE 865 237 B ist eine Steuerung für eine Zweitakt-Brennkraftmaschine mit Gleichstromspülung bekannt, die dadurch erreicht wird, dass im Boden des Arbeitszylinders Auslassbohrungen vorgesehen sind, die bei der Drehbewegung des Arbeitszylinders abwechselnd Öffnungen einer Auspuffplatte freigeben und verschließen, und dass am inneren Ende des Zylinders Einlassschlitze vorgesehen sind, die abwechselnd Öffnungen eines den Zylinder umschließenden Einlassring freigeben und wieder verschließen, der zwecks Regelung des Einlasszeitpunktes verstellbar am Kurbelgehäuse angeordnet ist.
[0007] Der Ladungswechsel erfolgt durch den sich drehenden Zylinder, wodurch die Auslassbohrungen und die Einlaßschlitze freigegeben und verschlossen werden. Zur
Regelung des Einlasszeitpunktes ist der Einlassring verstellbar am Kurbelgehäuse
angeordnet.
[0008] Die DE 197 00 412 AI beschreibt einen Zweitakt-Dieselmotor mit
Gleichstromspülung, mit Einlaßschieber und Auslassventilen vom Arbeitskolben gesteuert. Der Einlassschieber ist in der Bohrung des Zylinders und des Zylinderdeckels gelagert, mit seiner Konusfläche von mindestens drei Zugstangen, welche im Zylindermantel gelagert sind, in Achsrichtung des Zylinders mit Federn gegen Konusflächen des Zylinders gepresst wird, und beim Verschieben des Kolbens kurz vor Erreichen des unteren Totpunktes von diesem mitgerissen wird, so dass ein ringförmiger Luftspalt entsteht, und gleichzeitig von den drei Zugstangen über den Federträger die drei Auslassventile im Zylinderkopf öffnet. Die
Zylinderbohrung und die Einlassschieberbohrung haben den gleichen Durchmesser. Bei der Abwärtsbewegung des Kolbens (Arbeitshub) stößt die Kolbenringfläche gegen die innere Ringfläche des Einlassschiebers nach etwa 9/10 des Kolbenhubes und öffnet den
Einlassquerschnitt. Dabei werden die Federträger mit den Federn und der Federhülse gespannt. Bei Aufwärtsbewegung des Kolbens wird der Einlassschieber über die Zugstangen mittels der gespannten Federn mit seiner Konusfläche gegen die Konusfläche des Zylinders gezogen und der Einlassquerschnitt geschlossen.
[0009] Zweitaktmotoren mit Gleichstromspülung, mit Spül- oder Ladeschlitzen in der Zylinderwand und Abgasventilen in Zylinderdeckeln sind hinreichend bekannt. Sie sind meist als langsam laufende Großmotoren ausgebildet und besitzen gute Wirkungsgrade. Sie haben jedoch einen entscheidenden Nachteil aufgrund ihrer langen Kolben und Zylinder und besitzen deshalb aufwendige Baumaße und große Gewichte. [0010] Bei den mittelschnell laufenden Zweitaktmotoren werden Kolben mit einem sehr langen Kolbenhemd, an dessen unteren Rand ein bis zwei Kolbenringe angeordnet sind, verwendet, die verhindern, dass die Spülluft ungehindert in den Kurbelgehäuseraum eindringen kann._Dies wirkt sich ebenfalls nachteilig in Bezug auf die Bauraumgröße des Motors und auf den konstruktiven Aufwand aus.
[0011] Ausgehend vom vorbekannten Stand der Technik liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zu Grunde, eine Zweitakt-Brennkraftmaschine mit Gleichstromspülung zu schaffen, bei der bei gleicher Leistung von bekannten Kraftfahrzeugmotoren die Anzahl der Zylinder reduziert oder das Zylindervolumen erhöht werden kann, den besseren
Wirkungsgrad des Zweitaktverfahrens nutzt, um das Gewicht und die Baugröße der
Brennkraftmaschine zu senken.
[0012] Erfindungsgemäß weist eine derartige Zweitakt-Brennkraftmaschine die Merkmale des unabhängigen Patentanspruchs 1 auf. Die abhängigen Ansprüche beziehen sich auf vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung. Die Zweitakt-Brennkraftmaschine kann sowohl nach dem Dieselverfahren als auch nach dem Ottoverfahren arbeiten, wobei hier zusätzlich eine Zündkerze vorzusehen ist.
[0013] Die erfindungsgemäße Zweitakt-Brennkraftmaschine kann aus einem oder mehreren Zylindern mit Kurbelgehäuse bestehen. Oberhalb des oberen Totpunktes des Kolbens ist wenigstens ein Auslasskanal und oberhalb des unteren Totpunktes des Kolbens sind mindestens zwei Einlassöffnungen vorgesehen. Das Freigeben bzw. Schließen der
Einlaßöffnungen und damit die Zufuhr der Spülkraft in den Arbeitszylinder wird mittels eines die Laufbuchse des Arbeitszylinders umfassenden Rohrschiebers mit geschlossenen Mantel, der sich oszillierend in Längsrichtung des Arbeitszylinders auf der Außenwandung der Laufbuchse bewegt. Zur Abdichtung des Spalts zwischen der Innenwandung des
Rohrschiebers und der Außenwandung der Laufbuchse ist mindestens ein ringförmiges Dichtelement angeordnet. Die ringförmigen Dichtelemente sind vorzugsweise in Form von Kolbenringen ausgebildet und in Richtung des Kurbelgehäuses gesehen unterhalb der Einlassöffnungen vorgesehen. [0014] Die oszillierende Bewegung des Rohrschiebers während des Ladungswechsels auf der Außenwand der Laufbuchse erfolgt durch eine Steuereinrichtung. Diese kann entweder als desmodromische Steuereinrichtung in Form einer Nockensteuerung mit einem am äußeren Umfang des Rohrschiebers angreifenden Hebel, der vorzugsweise gegabelt ausgeführt ist, als elektromagnetische oder als hydraulische Steuereinrichtung ausgebildet sein.
[0015] Zusätzlich zum Rohrschieber kann auf seiner Außenwandung ein dazu beabstandeter Drallring angeordnet sein. Der vorgelagerte Drallring weist Strömungskanäle mit
verschiedenen tangentialen Einströmwinkeln auf, die es erlauben, den Spülvorgang im Arbeitszylinder zu beeinflussen. Der Drallring sorgt dafür, dass der Luftstrom durch die Einlassöffnung in eine Richtung strömt, die tangential zum Umfang des Arbeitszylinders verläuft. Ein derartiger in einer Richtung verlaufender nicht verwirbelter Strom versorgt den Arbeitszylinder während des Spülvorganges über jede Spülöffnung gleichmäßig mit Frischluft.
[0016] Weiter vorteilhaft kann die Zweitakt-Brennkraftmaschine ausgeführt sein, wenn diese in Monoblockbauweise ausgebildet ist bzw. wenn die Arbeitszylinder als Sackzylinder ausgebildet sind.
[0017] Die Vorteile sind eine optimierte Kühlung im Bereich des oberen Totpunktes, der Entfall der Zylinderkopfdichtung und keine Verzüge, da auch die Zylinderkopfschrauben entfallen.
[0018] Insgesamt liegen die Vorteile bei der erfindungsgemäßen Zweitakt- Brennkraftmaschine mit Gleichstromspülung in einem optimalen Spülwirkungsgrad gegenüber den bekannten Spülungsarten, wie z. B. Umkehrspülung, Querstromspülung.
[0019] Durch die Verwendung von vier Auslassventilen ergeben sich geringere
Drosselverluste beim Ausstoß der Abgase und somit ein geringerer Restgasanteil im
Arbeitszylinder. Die Verwendung der Vierventiltechnik für den Auslass in Verbindung mit der Gleichstromspülung - Einlaßöffnungen im Bereich des unteren Totpunktes des Kolbens lassen unsymmetrische Steuerdiagramme für den Ladungswechsel zu, wobei der Vorauslass das notwendige Spülgefälle erzeugt. [0020] Die Verteilung der Einlaßöffnungen über dem Zylinderumfang ermöglicht für den Ladungswechsel große zeit- und geometrische Querschnitte. Dadurch, dass sich die
Einlaßöffnungen im sogenannten "kalten" Bereich befinden, verringert sich die
Verkokungsneigung gegenüber im Zylinderkopf liegenden Einlassbereichen.
[0021] Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Zweitakt-Brennkraftmaschine gegenüber einer Viertakt-Brennkraftmaschine liegt darin, dass bei gleicher Belastung (Mitteldruck) die Anzahl der Zylinder verringert werden kann, was mit einer Senkung des Motorgewichts und der Kosten für die Herstellung einhergeht.
[0022] Durch kleinere bewegte Triebswerksmassen hat die Brennkraftmaschine ein wesentlich besseres Ansprechverhalten.
[0023] Durch die Verwendung von Einrichtungen zur Aufladung, z. B. Abgasturbolader und einem elektrisch zuschaltbaren Verdichter, insbesondere für den Startbereich der
Brennkraftmaschine, lässt sich dieser sofort hochfahren. Eine gewünschte höhere
Motorleistung läßt sich beliebig durch Zuschalten des elektrischen Verdichters erreichen, wodurch ein zusätzlicher zweiter Abgasturbolader entfallen kann.
[0024] Die Vorteile des Rohrschiebers gegenüber von anderen im Abstand zu den
Einlassöffnungen angeordneten Schiebern, wie z. B. Walzenschieber, liegen darin, dass der Rohrschieber unmittelbar gleitend auf der Außenwandung der Laufbuchse angeordnet ist, wodurch sich ein geringes Schadvolumen ergibt. Der Rohrschieber folgt der
Kolbenbewegung, deckt die Kolbenringe ab und ist gleichzeitig Dichtelement, dass den Spülluftraum zum Kurbelkastenraum hin abdichtet, und beeinflußt somit die Bauhöhe der Brennkraftmaschine.
[0025] Ein weiterer Vorteil in der Verwendung eines Rohrschiebers liegt darin, dass das Kolbenhemd wesentlich kürzer ausgeführt werden kann, ähnlich wie bei Kolben für Viertakt- Brennkraftmaschinen, da das Kolbenhemd mit seinen Dichtringen die Einlaßöffnungen nicht mehr abdecken muss.
[0026] Anhand eines Ausführungsbeispiels soll die Erfindung näher erläutert werden. Es zeigen: [0027] Figur 1 - Prinzipdarstellung des Arbeitszylinders einer Zweitakt-Brennkraftmaschine [0028] Figur 2 - Einlassbereich mit Rohrschieber
[0029] Die Figur 1 zeigt eine Prinzipdarstellung des Arbeitszylinders 1 einer Zweitakt- Brennkraftmaschine. Zum einfachen Verständnis wird nachfolgend nur auf einen
Arbeitszylinder Bezug genommen und der Arbeitszylinder 1 als Laufbuchse in
Sacklochbauform dargestellt.
[0030] Die Zweitakt-Brennkraftmaschine - im Weiteren als Zweitakt-Dieselmotor bezeichnet - besteht im Wesentlichen aus dem Kurbelgehäuse mit der Kurbelwelle, einem
Arbeitszylinder 1 mit im Bereich des oberen Totpunktes angeordneter Einspritzdüse 9 und vier ventilgesteuerten Auslasskanälen 2, einem im Arbeitszylinder 1 oszillierend bewegbaren und über ein Pleuel 3 mit der Kurbelwelle verbundenen Kolben 6.
[0031] Der Arbeitszylinder 1 mit einer sacklochförmigen Laufbuchse weist im Bereich des unteren Totpunktes über den Umfang verteilt Einlassöffnungen 5 auf. Auf der
Außenwandung der Laufbuchse ist ein Rohrschieber 4 mit einem geschlossenen Mantel angeordnet, der oszillierend die Einlassöffnungen 5 verschließt oder freigibt.
[0032] Die Anordnung der Einlassöffnungen 5 im Bereich des unteren Totpunktes in Verbindung mit dem Rohrschieber 4 zeigt die Figur 2.
[0033] Über den Umfang der Laufbuchse verteilt sind mit gleichmäßigem Abstand zueinander die Einlassöffnungen 5 angeordnet. Auf der Außenwandung der Laufbuchse des Arbeitszylinders 1 sind ober- und unterhalb der Einlassöffnungen 5 in umlaufenden Nuten Dichtringe 7 gehalten. Diese dichten den Spalt zwischen Laufbuchse des Arbeitszylinders 1 und Rohrschieber 4 ab.
[0034] Der Rohrschieber 4 weist einen geschlossenen Mantel auf und steuert somit das Freigeben oder Schließen der Einlassöffnungen 5 durch seine oszillierende Bewegung mittels der Steuerkante 4 a. [0035] Damit entfällt die eigentliche Steuerung der Einlassöffnungen 5 durch die Oberkante des Kolbens 6 und die Abdichtung in Richtung Kurbelgehäuse durch ein wesentlich längeres Kolbenhemd und dem entsprechenden Kolbenring.
[0036] Im vorliegenden Beispiel erfolgt die Steuerung des Rohrschiebers 4 mit Hilfe einer desmodromischen Steuereinheit in Form einer Nockensteuerung mit einem am äußeren Umfang des Rohrschiebers 4 drehbeweglich angreifenden und gabelförmig ausgebildeten Hebels 8.
[0037] Die dargestellte Zweitakt-Dieselmotor arbeitet wie folgt:
[0038] Nach Beenden des Verdichtungshubes und dem Einspritzen des Kraftstoffes zündet das Kraftstoff-Luftgemisch. Die Auslasskanäle 2 sind geschlossen, die Einlassöffnungen 5 sind mittels des Rohrschiebers 4 ebenfalls geschlossen. Bei der Abwärtsbewegung des Kolbens 6 (Arbeitstakt) öffnen zu einem vorgegebenen Zeitpunkt die Auslasskanäle 2 teilweise und es beginnt der Vorauslass. Beim Erreichen der Einlassöffnungen durch die Oberkante des Kolbens 6 beginnt der Rohrschieber 4 durch Bewegen in die gleiche Richtung wie der Kolben 6 die Einlassschlitze 5 mit seiner Steuerkante 4 a freizugeben und die Frischluft tritt über die Einlassschlitze in den Zylinderraum ein. Gleichzeitig sind die
Auslasskanäle 2 vollständig geöffnet. Den Überdruck der Frischluft erzeugt ein nicht näher dargestellter Abgasturbolader und ein elektrisch angetriebener Verdichter.
[0039] Für eine einwandfreie Spülung tritt die Spülluft zweckmäßig in bekannter Weise in tangentialer Richtung in den Zylinder ein und bildet eine auf dem Kolbenboden stehende Wirbelsäule, die durch wendelartiges Ansteigen an Höhe zunimmt, einen Pfropfen bildet und die Verbrennungsgase verdrängt. Diese werden durch die voll geöffneten Auslasskanäle ausgetrieben.
[0040] In der Kolbenstellung unterer Totpunkt sind die Auslasskanäle 2 und die
Einlassöffnungen 5 vollständig geöffnet.
[0041] Gleichzeitig mit der Bewegung des Kolbens 6 wird der Rohrschieber 4 über die desmodromische Steuerung auf der Außenwand der Laufbuchse des Arbeitszylinders 1 in die gleiche Richtung bewegt und schließt die Einlassöffnungen 5. [0042] Im weiteren Verlauf der Aufwärtsbewegung des Kolbens 6 wird die Frischluft weiter verdichtet. Kurz vor Erreichen des oberen Totpunktes wird über die Einspritzdüse 9 der Kraftstoff eingespritzt und gezündet. Der Vorgang beginnt von Neuem.
[0043] Im Falle des Anlassens der Zweitakt-Brennkraftmaschine erfolgt die Erzeugung des Überdrucks der Frischluft zur Spülung mittels eines zuschaltbaren elektrischen Verdichters, der nach Anlauf des Abgasturboladers wieder abgeschaltet wird.
[0044] Der zuschaltbare elektrische Verdichter kann aber auch gleichzeitig mit dem Abgasturbolader arbeiten.
Bezugszeichenaufstellung
1 - Arbeitszylinder
2 - Auslasskanal
3 - Pleuel
4 - Rohrschieber
4a - Steuerkante
5 - Einlassöffnungen
6 - Kolben
7 - ringförmiges Dichtelement
8 - Hebel
9 - Einspritzdüse

Claims

Schutzansprüche 1.
Zweitakt-Brennkraftmaschine, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, mit
Kraftstoffdirekteinspritzung mit wenigstens einem Arbeitszylinder (1) mit Laufbuchse, in dem ein Kolben (6) oszillierend bewegbar ist, mit wenigstens einem Auslasskanal (2), welcher oberhalb des oberen Totpunktes des Kolbens (6) in den Arbeitszylinder (1) mündet und wenigstens zwei über den Umfang der Laufbuchs verteilten Einlassöffnungen (5), welche oberhalb des unteren Totpunktes des Kolbens (6) in den Arbeitszylinder (1) münden, so dass sich im Betrieb der Zweitakt-Brennkraftmaschine eine Gleichstromspülung des
Arbeitszylinders (1) ergibt, und einem die Einlassöffnungen(5) freigebenden und
verschließenden Schieber,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Schieber als ein die Laufbuchse des Arbeitszylinders (1) umfassender Rohrschieber (4) mit einem geschlossenen Mantel ausgebildet ist, wobei dieser in Längsrichtung der
Laufbuchse oszillierend während des Ladungswechsels die Einlassöffnungen (5) freigibt oder verschließt.
2.
Zweitakt-Brennkraftmaschine nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass
im Spalt zwischen Innenwandung des Rohrschiebers (4) und der Außenwandung der Laufbuchse mindestens ein ringförmiges Dichtelement (7) angeordnet ist.
3.
Zweitakt-Brennkraftmaschine nach Anspruch 1 und 2,
dadurch gekennzeichnet, dass
die oszillierende Bewegung des Rohrschiebers (4) auf der Außenwand der Laufbuchse des Arbeitszylinders (1) mittels einer desmodronischen Steuereinrichtung in Form einer
Nockensteuerung mit einem am äußeren Umfang des Rohrschiebers angreifenden Hebels (8) erfolgt.
4.
Zweitakt-Brennkraftmaschine nach Anspruch 1 und 2,
dadurch gekennzeichnet, dass
die oszillierende Bewegung des Rohrschiebers (4) auf der Außenwand der Laufbuchse des Arbeitszylinders (1) mittels einer elektromagnetischen Steuereinrichtung erfolgt.
5.
Zweitakt-Brennkraftmaschine nach Anspruch 1 und 2,
dadurch gekennzeichnet, dass
die oszillierende Bewegung des Rohrschiebers (4) auf der Außenwand der Laufbuchse des Arbeitszylinders (1) mittels einer hydraulischen Steuereinrichtung erfolgt.
6.
Zweitakt-Brennkraftmaschine nach Anspruch 1 und wenigstens einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass
auf der Außenseite des Rohrschiebers (4) beabstandet dazu ein Drall-Ring angeordnet ist.
7.
Zweitakt-Brennkraftmaschine nach Anspruch 1 und wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass
der Arbeitszylinder (1) als Sackzylinder ausgebildet ist.
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