Zweitakt-Brennkraftmaschine

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.

Beschreibung

[0001] 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.

[0002] 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.

[0003] 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.

[0004] 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.

[0005] 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.

[0006] Außerdem ergibt sich dadurch eine verbesserte Möglichkeit der Steuerung der Ladungsschichtung im Zylinderraum.

[0007] 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.

[0008] 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.

[0009] Eine bessere Verteilung des Kraftstoffes auf der Oberfläche des Kolbenbodens wird erfindungsgemäß erreicht, wenn die Ein­spritzdüse als Mehrlochdüse, vorzugsweise als Zweistrahldüse, ausgebildet ist.

[0010] 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.

[0011] 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.

[0012] 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.

[0013] 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.

[0014] 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.

[0015] 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.

[0016] 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.

[0017] 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.

[0018] 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.

Ansprüche

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.

Zeichnung