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Die Erfindung betrifft einen Zweitaktmotor der
im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Gattung sowie ein Verfahren
zum Betrieb eines Zweitaktmotors der im Oberbegriff des Anspruchs
11 angegebenen Gattung.
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Aus der
EP 0 302 045 B1 ist ein
Zweitaktmotor bekannt, bei dem im Bereich eines Überströmkanals Kraftstoff in den Brennraum
eingespritzt wird. Um auch bei hohen Drehzahlen eine ausreichende Kraftstoffversorgung
zu gewährleisten,
beginnt die Einspritzung bereits vor dem Öffnen des Überströmkanals. Die Verbrennungsluft
wir dem Brennraum vom Kurbelgehäuse über die Überströmkanäle zugeführt. Die
eingespritzte Kraftstoffmenge wird mit der aus dem Kurbelgehäuse übertretenden
Verbrennungsluft vollständig
in den Brennraum eingetragen. Das Kurbelgehäuse muß separat geschmiert werden.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde,
einen Zweitaktmotor der gattungsgemäßen Art zu schaffen, der keine
separate Schmierung des Kurbelgehäuses benötigt. Weiterhin soll ein Verfahren
zum Betrieb des Zweitaktmotors angegeben werden.
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Diese Aufgabe wird durch einen Zweitaktmotor
mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie durch ein Verfahren mit
den Merkmalen des Anspruchs 11 gelöst.
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Im oberen Totpunkt des Kolbens ist
erfindungsgemäß ein Überströmkanal mit
einem Luftkanal über
ein Kolbenfenster verbunden. In dem Überströmkanal ist eine Einspritzdüse zur Kraftstoffeinspritzung
angeordnet. Im Bereich des oberen Totpunkts des Kolbens spritzt
die Einspritzdüse
Kraftstoff in den Überströmkanal,
der von dem vom Luftkanal durch den Überströmkanal zum Kurbelgehäuse strömenden Luftstrom
dem Kurbelgehäuse
zugeführt
wird. Das Kurbelgehäuse
wird so vom Kraftstoff geschmiert. Die Verbindung von Luftkanal
und Überströmkanal über ein
Kolbenfenster ermöglicht
den Betrieb des Zweitaktmotors mit Spülvorlage. Dadurch werden die
Abgaswerte verbessert.
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Es kann zweckmäßig sein, daß in vorgegebenen
Kolbenstellungen der Luftkanal über
das Kobenfenster mit dem Einlaßfenster
des Überströmkanals
fluidisch verbunden ist. Dadurch läßt sich der Überströmkanal vollständig mit
weitgehend kraftstofffreier Verbrennungsluft füllen, so daß ein gutes Spülergebnis
erzielt wird. Gleichzeitig ergibt sich eine geringe Bauhöhe des Zylinders,
da über
die Längserstreckung
des Überströmkanals
keine zusätzlichen Steueröffnungen
benötigt
werden. Das Einlaßfenster ist
bei einem auf einem Teil seiner Längserstreckung zum Zylinder
geschlossenen Überströmkanal die Öffnung ins
Zylinderinnere im Bereich des Brennraums. Bei einem zum Zylinder
geöffneten Überströmkanal ist
das Einlaßfenster
der Bereich des Überströmkanals,
der im unteren Totpunkt des Kolbens zum Brennraum geöffnet ist.
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Es kann jedoch auch zweckmäßig sein,
daß der Überströmkanal ein
Verbindungsfenster zum Zylinderinneren aufweist, über das
der Überströmkanal in
vorgegebenen Kolbenstellungen mit dem Luftkanal verbunden ist. Insbesondere
ist das Verbindungsfenster gegenüber
dem Einlaßfenster
des Überströmkanals
in Richtung auf das Kurbelgehäuse
versetzt angeordnet. Das Verbindungsfenster ist zweckmäßig etwa
auf der Höhe
des Luftkanalfensters angeordnet. Hierdurch ergibt sich ein kurzer
Strömungsweg,
so daß auch
bei hohen Drehzahlen eine ausreichende Zufuhr von Verbrennungsluft
gewährleistet
ist.
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Zweckmäßig ist der Luftkanal in Umfangsrichtung
des Zylinders gegenüber
einer den Auslaß etwa
mittig teilenden Mittelebene in Richtung auf den die Einspritzdüse aufweisenden Überströmkanal versetzt.
Der Strömungsweg
im Kolbenfenster wird dadurch weiter verkürzt. Gleichzeitig sind große Strömungsquerschnitte
realisierbar, ohne daß der
Bauraum für
Kolbenbolzen und Pleuel beeinträchtigt wird.
Zweckmäßig ist
die Einspritzdüse
gegenüber dem
Einlaßfenster
des Überströmkanals
zum Kurbelgehäuse
hin versetzt angeordnet. Dadurch kann eine ausreichend große Luftmenge
im Überströmkanal selbst
dann vorgelagert werden, wenn kontinuierlich Kraftstoff eingespritzt
wird. Vorteilhaft ist das Luftkanalfenster gegenüber dem Einlaßfenster
des Überströmkanals
in Richtung auf das Kurbelgehäuse
versetzt angeordnet. Um auch bei hohen Drehzahlen eine ausreichende
Versorgung des Zweitaktmotors mit Verbrennungsluft sicherzustellen,
kann es zweckmäßig sein,
einen Einlaß ins
Kurbelgehäuse
zur Zufuhr von zusätzlicher,
weitgehend kraftstofffreier Verbrennungsluft vorzusehen. Um die
Schmiereigenschaften im Kurbelgehäuse zu verbessern, enthält der eingespritzte
Kraftstoff vorteilhaft Schmieröl.
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Für
ein Verfahren zum Betrieb eines Zweitaktmotors ist vorgesehen, daß mindestens
eine Teilmenge der Verbrennungsluft über ein Kolbenfenster durch
einen Überströmkanal,
in den zu vorgegebenen Steuerzeiten Kraftstoff eingespritzt wird,
ins Kurbelgehäuse
angesaugt wird. Kraftstoff wird dabei insbesondere während des
Ansaugens von Verbrennungsluft ins Kurbelgehäuse eingespritzt. Dadurch wird
dem Kurbelgehäuse
Kraftstoff zugeführt,
der dort zur Schmierung dient. Eine separate Kurbelgehäuseschmierung
wird nicht benötigt.
Die Ansaugung durch einen Überströmkanal ermöglicht den Betrieb
des Zweitaktmotors mit Spülvorlage.
Hierdurch werden gute Abgaswerte erreicht.
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Vorteilhaft wird die für die Verbrennung
benötigte
Verbrennungsluft vollständig
aus dem Luftkanal angesaugt. Ein separater Einlaß für Verbrennungsluft ins Kurbelgehäuse ist
somit nicht notwendig. Es kann jedoch auch zweckmäßig sein,
daß eine
Teilmenge der Verbrennungsluft über
einen Einlaß ins
Kurbelgehäuse
angesaugt wird. Dadurch kann eine ausreichende Versorgung des Motors
mit Verbrennungsluft insbesondere bei hohen Drehzahlen gewährleistet werden.
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Es ist vorgesehen, daß Beginn
und/oder Ende der Einspritzung belastungs- und/oder drehzahlabhängig angepaßt werden.
So kann für
jede Verbrennung die optimale Kraftstoffmenge bereitgestellt werden.
Dadurch ergeben sich günstige
Abgaswerte. Um eine hohe Leistung zu erreichen, ist vorgesehen,
daß in
bestimmten Drehzahlbereichen, insbesondere im Bereich der Volllast,
kontinuierlich eingespritzt wird.
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Es ist vorgesehen, daß in bestimmten
Drehzahlbereichen während
des Ansaugens von Verbrennungsluft aus dem Luftkanal ins Kurbelgehäuse mindestens
eine erste Teilmenge des für
die Verbrennung benötigten
Kraftstoffs in den Überströmkanal einge spritzt
wird. Dieser Kraftstoff gelangt direkt ins Kurbelgehäuse und
trägt so
zur Kurbelgehäuseschmierung
bei. Zweckmäßig wird
in bestimmten Drehzahlbereichen mindestens eine zweite Teilmenge
des für
die Verbrennung benötigten
Kraftstoffs überspülsynchron
in den Überströmkanal eingespritzt.
Der Kraftstoff wird somit in den Überströmkanal eingespritzt, während Kraftstoff/Luft-Gemisch
aus dem Kurbelgehäuse
durch den Überströmkanal in den
Brennraum übertritt.
Der eingespritzte Kraftstoff wird somit direkt in den Brennraum
eingetragen und steht für
die nächste
Verbrennung zur Verfügung.
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Vorteilhaft ist der Druck des eingespritzten Kraftstoffs
höher als
der Druck der aus dem Überströmkanal in
den Zylinder eintretenden Verbrennungsluft, wobei der Druck des
eingespritzten Kraftstoffs zweckmäßig um bis zu 6 bar über dem
Druck der aus dem Überströmkanal in
den Zylinder eintretenden Verbrennungsluft liegt. Der vergleichsweise geringe
Differenzdruck und der daraus resultierende geringe Einspritzdruck
ermöglichen
die Verwendung einer einfach aufgebauten Einspritzdüse.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung
werden im Folgenden anhand der Zeichnung erläutert. Es zeigen:
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1 eine
schematische Darstellung eines Zweitaktmotors im Längsschnitt,
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2 einen
Längsschnitt
durch einen Zylinder eines Zweitaktmotors entlang der Linie II-II
in 1,
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3 einen
Schnitt entlang der Linie III-III in 2,
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4 einen
Schnitt durch den Zylinder eines Zweitaktmotors entlang der Linie
II-II in 1,
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5 die
Schnittdarstellung des Zylinders aus 4 mit
dem Kolben im oberen Totpunkt,
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6 einen
Schnitt durch den Zylinder eines Zweitaktmotors entlang der Linie
II-II in 1.
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Der in 1 schematisch
dargestellte Zweitaktmotor 1 weist einen Zylinder 2 und
einen in dem Zylinder 2 ausgebildeten Brennraum 3 auf.
Der Brennraum 3 ist von einem auf- und abgehenden Kolben 5 begrenzt.
Der Kolben 5 treibt über
ein Pleuel 6 eine im Kurbelgehäuse 4 gelagerte Kurbelwelle 7 an. Kurbelgehäuse 4 und
Brennraum 3 sind über
die Überströmkanäle 10 und 11 in
vorgegebenen Kolbenstellungen fluidisch miteinander verbunden. Der auslaßnahe Überströmkanal 10 mündet mit
einem Einlaßfenster 12 in
den Brennraum 3 und der auslaßferne Überströmkanal 11 mit einem
Einlaßfenster 13. Der
Zylinder 2 weist einen Auslaß 8 für Abgase
aus dem Brennraum 3 auf. Zur Zufuhr von zusätzlicher Verbrennungsluft
ist ein Einlaß 9 ins
Kurbelgehäuse 4 vorgesehen.
Im Brennraum 3 ist eine Zündkerze 14 angeordnet,
die das Kraftstoff/Luft-Gemisch im Bereich des oberen Totpunkts
des Kolbens 5 zündet.
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In 2 ist
ein Ausschnitt aus einem Zylinder 2 in einem Schnitt entsprechend
der Linie II-II in 1 dargestellt.
Der Kolben 5, der in 2 im
unteren Totpunkt dargestellt ist, weist ein Kolbenfenster 18 auf.
An der dem Brennraum 3 zugewandten Seite des Kolbens 5 ist
am Umfang des Kolbens 5 ein Kolbenring 29 angeordnet.
Im Zylinder 2 ist ein in 2 strichpunktiert
dargestelltes Luftkanalfenster 27 angeordnet, das bei der
Darstellung in 2 vor
der Zeichenebene liegt. Das Luftkanalfenster 27 ist in Richtung
der Zylinderlängsachse 31 gesehen
gegenüber
dem Einlaßfenster 17 des Überströmkanals 15 in
Richtung auf. das Kurbelgehäuse 4 versetzt
angeordnet. Der Kolben 5 ist am Pleuel 6 über einen
in 2 gestrichelt dargestellten
Kolbenbolzen 30 fixiert.
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In 3 ist
der Zylinder 2 an einem Schnitt entlang der Linie III-III
in 2 dargestellt. Das
Luftkanalfenster 27 bildet die Mündungsöffnung des Luftkanals 19 in
den Zylinder 2. Der Zylinder 2 besitzt eine Mittelebene 21,
die den Auslaß 8 etwa
mittig teilt. Auf einer Seite der Mittelebene 21 sind der
auslaßnahe Überströmkanal 10 und
der auslaßferne Überströmkanal 11 angeordnet.
Auf der gegenüberliegenden
Zylinderseite ist ein Überströmkanal 15 angeordnet.
Der Überströmkanal 15 mündet mit
einem Einlaßfenster 17 in
den Brennraum 3. Der Überströmkanal 15 besitzt
in Umfangsrichtung etwa die Ausdehnung der beiden Überströmkanäle 10 und 11 und
stellt ebenfalls in vorgegebenen Kolbenstellungen eine fluidische
Verbindung zwischen Kurbelgehäuse 4 und
Brennraum 3 her. Es kann jedoch auch zweckmäßig sein,
den Überströmkanal 15 geteilt auszubilden,
wobei sich die Teilung des Überströmkanals über mindestens
einen Teil der Längserstreckung
des Überströmkanals 15 erstrecken
kann.
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Etwa auf der Höhe des Luftkanalfensters 27 ist
in der Laufbüchse 28,
in der der Kolben 5 läuft,
ein Verbindungsfenster 20 angeordnet. Das Verbindungsfenster 20 ist
gegenüber
dem Einlaßfenster 17 des Überströmkanals 15 in
Richtung auf das Kurbelgehäuse 4 hin
versetzt. Das Verbindungsfenster 20 ver bindet im in 3 dargestellten oberen Totpunkt des
Kolbens 5 den Luftkanal 19 über das Kolbenfenster 18 mit
dem Überströmkanal 15.
Etwa auf der Höhe
des Verbindungsfensters 20 ist im Überströmkanal 15 eine Einspritzdüse 16 angeordnet,
die zu vorgegebenen Steuerzeiten Kraftstoff in den Überströmkanal 15 einspritzt.
Das Kolbenfenster 18 ist wie in 3 dargestellt in einer Ebene senkrecht
zur Zylinderlängsachse 31 konkav
ausgebildet. Die Rückwand
des Kolbenfensters 18 kann vorteilhaft parallel zur Zylinderlängsachse 31 verlaufen.
Zweckmäßig geht
der Luftkanal 19 in das Kolbenfenster 18 tangential über. Auch
der Übergang
vom Kolbenfenster 18 über
das Verbindungsfenster 20 in den Überströmkanal 15 ist zweckmäßig tangential
ausgebildet.
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Im Betrieb des Zweitaktmotors 1 wird
im Bereich des oberen Totpunkts des Kolbens 5 Verbrennungsluft
aus dem Luftkanal 19 über
das Kolbenfenster 18, das Verbindungsfenster 20 und
den Überströmkanal 15 ins
Kurbelgehäuse 4 angesaugt.
Während
des Ansaugens wird eine erste Teilmenge Kraftstoff von der Einspritzdüse 16 in
den Überströmkanal 15 eingespritzt.
Der Kraftstoff gelangt mit der Verbrennungsluft ins Kurbelgehäuse 4.
Durch einen Einlaß 9 (1) kann dem Kurbelgehäuse 4 zusätzliche Verbrennungsluft
zugeführt
werden. Bei Abbewegung des Kolbens 5 wird das Kraftstoff/Luft-Gemisch im
Kurbelgehäuse 4 verdichtet
und im Bereich des unteren Totpunkts durch die Überströmkanäle 10, 11 und 15 dem
Brennraum 3 zugeführt.
Während
des Übertritts
von Kraftstoff/Luft-Gemisch in den Brennraum 3 wird zweckmäßig eine
zweite Teilmenge Kraftstoff durch die Einspritzdüse 16 in den Überströmkanal 15 eingespritzt.
Der überspülsynchron eingespritzte
Kraftstoff gelangt gemeinsam mit dem Kraftstoff/Luft-Gemisch aus
dem Kurbelgehäuse 4 direkt
in den Brennraum 3.
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Zweckmäßig ist die Einspritzdüse 16 an
ein elektronisches Gemischdosiersystem angeschlossen. Beginn und
Ende der Einspritzung können
so drehzahl- und/oder lastabhängig
angepaßt
werden. Die dem Brennraum 3 zugeführte Kraftstoffmenge setzt
sich jeweils aus der überspülsynchron
eingespritzten Teilmenge sowie einer aus einem vorangegangenen Einspritzzyklus
aus dem Kurbelgehäuse 4 in
den Brennraum 3 gelangenden Kraftstoffteilmenge zusammen.
Insbesondere bei hohen Drehzahlen ist vorgesehen, daß die Einspritzdüse 16 kontinuierlich Kraftstoff
in den Überströmkanal 15 einspritzt.
Der Druck des überspülsynchron
eingespritzten Kraftstoffs ist zweckmäßig höher als der aus dem Überströmkanal 15 in
den Zylinder 2 eintretenden Verbrennungsluft. Vorteilhaft
liegt der Druck des eingespritzten Kraftstoffs um 1 bar bis 8 bar
höher als
der Druck der Verbrennungsluft. Um eine ausreichende Schmierung
des Kurbelgehäuses 4 zu
erreichen, kann der in den Überströmkanal 15 eingespritzte Kraftstoff
Schmieröl
enthalten.
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Wie in 3 dargestellt,
ist der Luftkanal 19 in Umfangsrichtung gegenüber der
Mittelebene 21 in Richtung auf den Überströmkanal 15 hin versetzt
angeordnet. Es kann zweckmäßig sein,
sowohl dem Überströmkanal 15 als
auch den gegenüberliegend angeordneten Überströmkanälen 10 und 11 weitgehend
kraftstofffreie Verbrennungsluft zuzuführen. Zweckmäßig münden dann
zwei Luftkanäle
an symmetrisch angeordneten Luftkanalfenstern im Zylinder. Der Kolben
weist zweckmäßig zwei
symmetrisch angeordnete Kolbenfenster auf. Es kann zweckmäßig sein,
in mehrere Überströmkanäle Kraftstoff
einzuspritzen. Die Überström kanäle, in die
Kraftstoff eingespritzt wird, können
insbesondere symmetrisch zu einer Mittelebene 21 angeordnet
sein.
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In den 4 und 5 ist ein Ausführungsbeispiel
der Erfindung dargestellt. In 4 ist
ein Kolben 25 in einem Zylinder 2 im unteren Totpunkt
dargestellt, während
in 5 der Kolben 25 im
oberen Totpunkt dargestellt ist. Der Zylinder 2 weist entsprechend
dem in den 2 und 3 dargestellten Zylinder 2 zwei Überströmkanäle 10 und 11 sowie
einen gegenüberliegenden Überströmkanal 23 auf,
wobei in den Überströmkanal 23 Kraftstoff über eine
Einspritzdüse 16 eingespritzt
wird. Die Einspritzdüse 16 ist
in den 4 und 5 nicht dargestellt. Der Überströmkanal 23 mündet mit
einem Einlaßfenster 24 in
den Brennraum 3 des Zylinders 2. Der Kolben 25 weist ein
Kolbenfenster 26 auf, das im in 5 dargestellten oberen Totpunkt des Kolbens 25 den
Luftkanal 19, der mit einem Luftkanalfenster 27 im
Zylinder 2 mündet,
mit dem Einlaßfenster 24 des Überströmkanals 23 verbindet.
Das Luftkanalfenster 27 ist in den 4 und 5 strichpunktiert
dargestellt und liegt vor der Zeichenebene. Der Überströmkanal 23 wird vollständig mit
weitgehend kraftstofffreier Verbrennungsluft aus dem Luftkanal 19 gespült. Zweckmäßig ist
die Einspritzdüse 16 unterhalb
des Einlaßfensters 24, insbesondere
etwa auf der Höhe
des Luftkanalfensters 27 angeordnet. Es kann jedoch auch
zweckmäßig sein,
die Einspritzdüse 16 auf
der Höhe
des Einlaßfensters 24 anzuordnen.
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Zum Betrieb des Zweitaktmotors 2 ist
vorgesehen, daß im
Bereich des oberen Totpunkts des Kolbens 25 Verbrennungsluft
aus dem Luftkanal 19 über das
Luftkanalfenster 27, das Kolbenfenster 26, das Einlaßfenster 24 und
den Überströmkanal 23 ins Kurbelgehäuse 4 angesaugt
wird. Während
des Ansaugens wird Kraftstoff in den Überströmkanal 23 eingespritzt,
der gemeinsam mit der Verbrennungsluft ins Kurbelgehäuse 4 gelangt
und dort zur Schmierung dient. Zweckmäßig endet die Einspritzung
von Kraftstoff, während
noch Verbrennungsluft aus dem Luftkanal 19 in den Überströmkanal 23 strömt, so daß der Überströmkanal 23 vollständig mit
weitgehend kraftstofffreier Luft gefüllt wird. Durch die Anordnung der
Einspritzdüse 16 unterhalb
des Einlaßfensters 24 kann
jedoch auch bei kontinuierlicher Kraftstoffeinspritzung eine ausreichende
Luftvorlagerung erreicht werden. "Unterhalb" bedeutet hier in Richtung auf das Kurbelgehäuse 4 versetzt.
Bei der Abbewegung des Kolbens 25 wird das Kraftstoff/Luft-Gemisch
im Kurbelgehäuse 4 verdichtet
und im Bereich des unteren Totpunkts des Kolbens 25 durch
die Einlaßfenster 24, 12 und 13 der Überströmkanäle in den
Brennraum 3 geleitet. Bei der folgenden Aufbewegung des Kolbens 25 wird
das Gemisch verdichtet und im Bereich des oberen Totpunkts von der
Zündkerze 14 gezündet. Durch
den Auslaß 8 werden
die Abgase aus dem Brennraum 3 abgeführt. Der Einspritzzeitpunkt von
Kraftstoff wird vorteilhaft drehzahl- und/oder lastabhängig variiert.
Vorteilhaft finden insbesondere in unteren Drehzahlbereichen bei
jeder Kurbelwellenumdrehung zwei getrennte Einspritzungen statt, während bei
hohen Drehzahlen kontinuierlich Kraftstoff eingespritzt wird.
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In 6 ist
ein weiteres Ausführungsbeispiel eines
Zylinders 2 dargestellt. Der Zylinder 2 weist
einen Überströmkanal 32 auf,
der mit einem Einlaßfenster 33 in
den Brennraum 3 mündet
sowie einen Überströmkanal 34,
der ein Einlaßfenster 35 in
den Brennraum 3 besitzt. Die Überströmkanäle 32, 34 sind über ihre
gesamte Längserstreckung,
also ihrer Erstreckung in Richtung der Zylinderlängsachse 31, zum Zylinderinneren
hin offen. Die Einlaßfenster 33, 35 sind
jeweils der Bereich der Überströmkanäle 32, 34,
der im Bereich des unteren Totpunkts des Kolbens 25 mit
dem Brennraum fluidisch verbunden ist. Im Kolben 25 ist
das Kolbenfenster 26 angeordnet, das zum Überströmkanal 34 hin
in jeder Stellung des Kolbens 25 geöffnet ist. In Stellungen des
Kolbens 25, in denen das Kolbenfenster 26 sich
im Bereich des Luftkanalfensters 27 befindet, stellt das
Kolbenfenster 26 eine fluidische Verbindung von dem in 6 nicht dargestellten Luftkanal 19 in
den Überströmkanal 34 her.
Vorteilhaft ist die Verbindung im Bereich des oberen Totpunkts des
Kolbens 25 über das
Einlaßfenster 35 hergestellt.
Es kann jedoch auch zweckmäßig sein,
daß das
Kolbenfenster 26 im oberen Totpunkt des Kolbens 25 gegenüber dem
Einlaßfenster 35 in
Richtung auf das Kurbelgehäuse 4 hin
versetzt ist. Entsprechend der Darstellung in 3 ist im Überströmkanal 34 eine Einspritzdüse 16 angeordnet.
In die über
das Kolbenfenster 26 in den Überströmkanal 34 einmündende Verbrennungsluft
kann im Bereich des oberen Totpunkts des Kolbens Kraftstoff eingespritzt
werden, der gemeinsam mit der Verbrennungsluft dem Kurbelgehäuse 4 zugeführt wird.