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DE3712750A1 - Zweitakt-brennkraftmaschine, insbesondere in hubkolbenbauart - Google Patents

Zweitakt-brennkraftmaschine, insbesondere in hubkolbenbauart

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Publication number
DE3712750A1
DE3712750A1 DE19873712750 DE3712750A DE3712750A1 DE 3712750 A1 DE3712750 A1 DE 3712750A1 DE 19873712750 DE19873712750 DE 19873712750 DE 3712750 A DE3712750 A DE 3712750A DE 3712750 A1 DE3712750 A1 DE 3712750A1
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DE
Germany
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internal combustion
combustion engine
stroke internal
outlet
engine according
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Withdrawn
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DE19873712750
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English (en)
Inventor
Hermann Meindl
Josef Fritzenwenger
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Bayerische Motoren Werke AG
Original Assignee
Bayerische Motoren Werke AG
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Publication date
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    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
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    • F02D13/0284—Variable control of exhaust valves only
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F01L—CYCLICALLY OPERATING VALVES FOR MACHINES OR ENGINES
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Zweitakt-Brenn­ kraftmaschine mit im Oberbegriff des Hauptanspruches beschriebenen Mitteln zum Nachladen gegen Ende der Spülphase.
Zur Leistungssteigerung bei Zweitakt-Brennkraftmaschinen ist das Nachladen üblich. Unter Nachladen wird das weitere Einbringen einer Frischladung über einen noch offenen Schlitz der einen Art bei im wesentlichen bereits geschlossenem Schlitz der anderen Art verstan­ den. Demnach wird ein auslaßseitig gesteuertes Nachladen von einem einlaßseitig gesteuerten Nachladen unter­ schieden.
Wesentlichen Einfluß auf das Leistungs- und Drehmoment- Verhalten einer Zweitakt-Brennkraftmaschine hat ferner die Abstimmung des Ansaugsystems und des Auslaßsystems zu einem Schwingsystem für die durchzusetzende Ladung. Bei einer Zweitakt-Brennkraftmaschine mit einem Auslaß­ schlitz mit einem Vorauslaß kann durch ein entsprechend abgestimmtes Schwingsystem vor allem im oberen Drehzahl­ bereich im ersten Takt bei bereits geschlossenem Über­ ström- oder Einlaß-Schlitz in das Auslaßsystem gelangte Frischladung über den Vorauslaß in den Zylinderraum zurückgeschoben werden. Damit ist ein gasdynamisch bewirktes, auslaßseitiges Nachladen erzielt. Mittels eines Steuerorgans im Vorauslaßbereich kann der Quer­ schnitt des Auslaß-Schlitzes zur Anpassung an das Schwingsystem über den gesamten Drehzahlbereich der Maschine verändert werden.
Bei einer aus der US-PS 42 02 297 bekannten Bauart einer Zweitakt-Brennkraftmaschine gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruches ist das gesonderte Steuerorgan in einem Vorauslaßbereich nach Art eines Walzendrehschiebers von kreissegmentförmigem Querschnitt gestaltet. Hierbei wird der Querschnitt des Vorauslaßbereiches lediglich durch eine Winkelverstellung des lastabhängig betätigten Steuerorgans gesteuert. Weiter wird bei dieser bekannten Zweitakt-Brennkraftmaschine bei gänzlich abgedecktem Vorauslaßbereich der Auslaß-Schlitz mit seinem übrigen Querschnitt vom Arbeitskolben im ersten Takt zeitlich nach den Überström- oder Einlaß-Schlitzen geschlossen.
Ferner ist eine bauartähnliche Zweitakt-Brennkraftma­ schine mit einem winkelverstellbaren Steuerorgan aus der US-PS 42 85 311 bekannt, bei der das Steuerorgan über einen von der Brennkraftmaschine angetriebenen Flieh­ kraftregler drehzahlabhängig verstellbar ist für ein auslaßseitig gesteuertes Nachladen.
Die vorgenannten Beispiele betreffen Zweitakt-Brenn­ kraftmaschinen mit einer Umkehrspülung, bei der in der Höhe unterschiedliche Auslaß- und Einlaß-Schlitze im wesentlichen in einer gemeinsamen Ebene angeordnete UT-seitige Steuerkanten aufweisen und die Auslaß- Schlitze im ersten Takt vom Arbeitskolben zeitlich nach den Einlaß-Schlitzen verschlossen werden. Für eine Zweitakt-Brennkraftmaschine mit einer durch unterhalb der Auslaß-Schlitze angeordnete Einlaß-Schlitze bewirk­ ten Umkehrspülung ist aus der DE-PS 4 67 660 für auslaß­ seitig bewirktes Nachladen ein den Auslaßkanal in einem Abstand vom Zylinder periodisch verschließender Walzen­ drehschieber bekannt.
Ein einlaßseitig gesteuertes Nachladen ist vorzugsweise bei Zweitakt-Brennkraftmaschinen mit Querstromspülung bekannt. Verwirklicht wird diese Art des Nachladens mittels eines unsymmetrischen Steuerdiagramms.
Hierzu ist aus der DE-PS 6 08 209 eine Zweitakt-Brenn­ kraftmaschine mit zueinander höhenversetzt angeordneten Einlaß- und Auslaß-Schlitzen bekannt, bei der der Einlaß-Schlitz während der Auspuffphase im wesentlichen durch einen Schieber abgedeckt bleibt. Der Schieber ist am Kolben über die Schwenkbewegungen des Pleuels ver­ schiebebeweglich angeordnet, und zwar derart, daß der Einlaßschlitz bei im wesentlichen vom Arbeitskolben verschlossenem Auslaß-Schlitz freigegeben wird.
Weiter zeigt und beschreibt die DE-PS 8 42 425 eine Steuereinrichtung für eine mit Überladung arbeitende Zweitakt-Brennkraftmaschine, bei der die auf gleicher Höhe einander gegenüberliegenden Einlaß- und Auslaß- Schlitze jeweils von einem am Kolben über die Schwenk­ bewegungen des Pleuels betätigten Schieber gesteuert werden.
Die beiden vorgenannten Einrichtungen sind wegen des mechanischen Aufbaues nicht für hochdrehende Zweitakt- Brennkraftmaschinen geeignet.
Hierfür nicht geeignet ist schließlich auch eine aus der DE-PS 6 15 241 bekannte Zweitakt-Brennkraftmaschine. Diese weist vom Kolben gesteuerte Einlaß- und Auslaß- Schlitze mit in einer gemeinsamen Ebene angeordneten UT-seitigen Steuerkanten auf. Für einen Nachladeeffekt sind die Einlaß-Schlitze gegenüber den Auslaß-Schlitzen bei etwa gleicher Breite höher ausgebildet. In den Einlaß-Schlitzen schwenkbeweglich angeordnete Klappen öffnen beim Spülen des Zylinderraumes druckabhängig und werden im beginnenden Verdichtungstakt (1. Takt) vom Arbeitskolben in die Einlaß-Schlitze zurückgeschwenkt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine schlitz­ gesteuerte Zweitakt-Brennkraftmaschine gemäß dem Ober­ begriff des Hauptanspruches mit einer Auslaß-Schlitz- Steuerung zu schaffen, die ein für jede Spülart bei schlitzgesteuerten Zweitakt-Brennkraftmaschinen geeig­ netes einlaßseitiges Nachladen bewirkt.
Gelöst wird diese Aufgabe mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruches. Mit der erfindungsgemäß unsymmetrischen Steuerung des Auslaß-Schlitzes kann in vorteilhafter Weise bei jeder der bekannten Spülarten für eine schlitzgesteuerte Zweitakt-Brennkraftmaschine ein einlaßseitiges Nachladen zur Leistungssteigerung erreicht werden. Eine Leistungssteigerung der Zweitakt- Brennkraftmaschine ist mit der Erfindung bereits bei geringem Nachladen, z.B. Kurbelgehäuse-Spülung, schon dadurch erreicht, daß mit dem gemeinsam von Arbeits­ kolben und Steuerorgan bewirkten frühzeitigen Ver­ schließen des gesamten Auslaß-Schlitzes der Kompres­ sionshub des Arbeitskolbens effektiv vergrößert ist. Damit kann weiter in Verbindung mit einem gesteigerten Nachladen durch bekannte Maßnahmen, beispielsweise einer Aufladevorrichtung, die Energieumsetzung für eine erhöhte Leistungs- und Drehmoment-Entfaltung verbessert werden. Zu der damit verbundenen Verbrauchssenkung tragen wesentlich auch die verringerten Spülverluste bei.
Bei effizientem Nachladen bietet die Erfindung den weiteren Vorteil des Fortfalls eines ansaug- und aus­ puffseitig abgestimmten Schwingungssystems für die durchzusetzende Ladung. Mit dem Fortfalls eines Schwin­ gungssystems ergibt sich eine einfachere Auspuffanlage, die bei einer erfindungsgemäß ausgebildeten Zweitakt- Brennkraftmaschine mit direkter Kraftstoffeinspritzung und schmiermittelfreier Ladeluft einen Konverter bzw. Katalysator zur Nachbehandlung der Abgase aufnehmen kann.
Die Erfindung führt weiter bei einer Zweitakt-Brenn­ kraftmaschine ohne ausgeprägtem Schwingungssystem zu dem zusätzlichen Vorteil einer relativ drehzahlunabhängigen Drehmoment-Entfaltung. Die Drehmoment-Entfaltung läßt sich desweiteren durch ein relativ zum Arbeitskolben verstellbares Steuerorgan beeinflußen. Eine weitere Möglichkeit hierfür kann auch ein im Bereich des Vor­ auslasses ungleichförmig angetriebenes Steuerorgan sein.
Um eine Verzögerung in der Leistungs- und Drehmoment- Entfaltung bei Änderung der Drehzahl der Zweitakt- Brennkraftmaschine zu vermeiden, ist in weiterer Ausge­ staltung der Erfindung das vorzugsweise als Walzendreh­ schieber ausgebildete Steuerorgan direkt von der Kur­ belwelle aus angetrieben. In einfachster Ausgestaltung weist der Walzendrehschieber eine mit der Kurbelwelle übereinstimmende Drehzahl und Drehrichtung auf, wobei durch die gemeinsame Drehrichtung ein zum Arbeitskolben im ersten Takt gegensinnig angetriebener Walzendreh­ schieber erreicht ist. Damit wird der Bildung von Ablagerung am Walzendrehschieber entgegengewirkt.
Um ab dem Zusammenwirken eines quer zum Zylinder ange­ ordneten Walzendrehschiebers mit dem Arbeitskolben zum gemeinsamen Verschluß des Auslaß-Schlitzes eine relativ gute Abdichtung zu haben, sind die gemeinsame Dich­ tungslinie von Walzendrehschieber und Arbeitskolben sowie die Drehachse des Steuerorgans in einer Ebene angeordnet, die zur Zylinderachse quergerichtet ist. Über eine von dieser Ebene aus beabstandete OT-seitige Steuerkante des Einlaßschlitzes bestimmt sich nicht unerheblich der Umfang des einlaßseitigen Nachladens.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeich­ nung dargestellt. Es zeigen:
Fig. 1 eine im Längsschnitt durch einen Zylinder schematisch dargestellte Zweitakt-Brennkraft­ maschine mit der Auslaß-Schlitz-Steuerung,
Fig. 2 ein unsymmetrisches Steuerdiagramm für den Auslaßschlitz der Maschine nach Fig. 1.
Eine Hubkolben-Zweitakt-Brennkraftmaschine 1 weist durch einen Arbeitskolben 2 gesteuerte Einlaß-Schlitze 3 sowie einen Auslaß-Schlitz 4 auf. Der Auslaß-Schlitz 4 weist einen Vorauslaßbereich 5 auf, der zusätzlich durch einen Walzendrehschieber 6 steuerbar ist. Der Walzendreh­ schieber 6 wirkt mit dem Arbeitskolben 2 über die Breite des Vorauslaßbereiches 5 durch eine der Kolbenlaufbahn 7 entsprechende Kontur im wesentlichen dicht zusammen. Weiter steht der Walzendrehschieber 6 mit einer Kurbel­ welle 8 der Zweitakt-Brennkraftmaschine 1 in direkter Antriebsverbindung für eine gleichsinnige Drehrichtung bei mit der Kurbelwelle 8 identischen Drehzahlen. Weiter ist der Walzendrehschieber 6 mit seinem kreissegment­ förmigen Steuerteil 9 relativ zur Kurbelwelle 8 derart eingestellt, daß dieser im Betrieb der Zweitakt-Brenn­ kraftmaschine 1 im ersten Takt bei von UT nach OT gehenden Arbeitskolben 2 gemeinsam den Auslaßschlitz 4 verschließt vor dem endgültigen Verschließen der Ein­ laß-Schlitze 3.
Mit dem gänzlichen Verschließen des Auslaß-Schlitzes 4 durch das kombinierte Zusammenwirken des den Vorauslaß­ bereich 5 periodisch verschließenden Walzenschiebers 6 mit dem den übrigen Querschnitt des Auslaß-Schlitzes 4 verschließenden Arbeitskolben 2 mit den dabei noch teilweise offenen Einlaß-Schlitzen 3 ist über eine mit den Einlaß-Schlitzen 3 ladungsführend verbundene Auf­ ladevorrichtung 10 ein wirkungsvolles, einlaßseitiges Nachladen des Brenn- bzw. Zylinderraumes 11 erreicht. In die von Schmierstoffen für die Zweitakt-Brennkraftma­ schine 1 freie Ladeluft wird gegen Ende der zum ersten Takt gehörenden Verdichtung Kraftstoff über eine Düse 12 eingespritzt. Die anschließende Verbrennung des La­ dungs-Gemisches kann entweder durch Selbstzündung oder durch Fremdzündung mittels einer Zündkerze 13 erfolgen. Die fremdgezündete Zweitakt-Brennkraftmaschine 1 mit schmiermittelfreier Ladeluft kann in einer Abgasanlage 14 einen Konverter 15, insbesondere einen katalytisch wirkenden Konverter, zur Abgasnachbehandlung aufweisen.
Um eine wirksame Abdichtung zwischen dem Steuerteil 9 des Walzendrehschiebers 6 und dem Arbeitskolben 2 beim gemeinsamen Verschließen des Auslaßschlitzes 4 zu erreichen, ist der zur Zylinderachse 16 quer angeordnete Walzendrehschieber 6 mit seiner Drehachse 17 in einer zur Zylinderachse 16 im wesentlichen senkrechten Ebene "E" angeordnet. In dieser Ebene "E" liegt nämlich auch die gemeinsame Dichtungslinie von Walzendrehschieber 6 bzw. dessen Steuerteil 9 und Arbeitskolben 2 beim gemeinsamen Verschluß des Auslaßschlitzes 4. Schließlich wird durch einen von der Ebene "E" um ein vorbestimmtes Maß "x" beabstandete OT-seitige Steuerkante 18 der Einlaß-Schlitze 3 der Umfang des einlaßseitigen Nach­ ladens nicht unerheblich bestimmt.
Um den Einfluß des Steuerteiles 9 des Walzendrehschie­ bers 6 beim Durchgang durch die Abgasleitung 19 während einer Abgasströmung geringzuhalten, ist das Ausmaß des kreissegmentförmigen Querschnittes des Steuerteiles 9 im wesentlichen über die Sehnenlänge "s" bestimmt, wobei deren Maß im wesentlichen dem der Höhe h des Auslaß- Schlitzes 4 entspricht.
Schließlich kann in der Antriebsverbindung zwischen dem Walzendrehschieber 6 und der Kurbelwelle 8 eine nicht dargestellte Verstelleinrichtung angeordnet sein, mittels der der Walzendrehschieber 6 zur weiteren Beeinflussung des Leistungs- und Drehmoment-Verlaufes relativ zum Arbeitskolben 2 verstellbar ist. In dem in Fig. 2 dargestellten unsymmetrischen Steuerdiagramm für den Auslaßschlitz 4 ist ein mit 20 bezeichneter Ver­ stellbereich angegeben.

Claims (9)

1. Zweitakt-Brennkraftmaschine, insbesondere in Hubkolbenbauart,
  • - mit durch einen Arbeitskolben (2) gesteuerte Einlaß- und Auslaß-Schlitze (3, 4),
  • - wobei der Auslaß-Schlitz (4) einen Vorauslaßbereich (5) aufweist,
  • - der zusätzlich durch ein gesondertes Steuerorgan (Walzendrehschieber 6) steuerbar ist,
  • - wobei das Steuerorgan mit dem Arbeitskolben über die Breite des Vorauslaßbereiches durch eine der Kolbenlaufbahn (7) entsprechende Kontur im wesent­ lichen dicht zusammenwirkt, dadurch gekennzeichnet,
  • - daß das Steuerorgan (Walzendrehschieber 6) des Vorauslaßbereiches (5) derart periodisch gesteuert ist,
  • - daß gemeinsam mit dem Arbeitskolben (2) im ersten Takt ein Verschluß des gesamten Auslaß-Schlitzes (4) vor dem endgültigen Verschließen des Einlaß- Schlitzes (3) bewirkt ist.
2. Zweitakt-Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
  • - daß das Steuerorgan ein zur Zylinderachse (16) quer angeordneter Walzendrehschieber (6) ist mit einer Drehachse (17),
  • - die mit der beim Verschluß des Auslaß-Schlitzes (4) gemeinsamen Dichtungslinie von Walzendrehschieber (6) und Arbeitskolben (2) eine Ebene (E) bestimmt,
  • - von der eine OT-seitige Steuerkante (18) des Einlaßschlitzes (3) um ein vorbestimmtes Maß (x) beabstandet angeordnet ist.
3. Zweitakt-Brennkraftmaschine nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet,
  • - daß der Walzendrehschieber (6) ein kreissegment­ förmiges Steuerteil (9) aufweist von einer Sehnen­ länge (s),
  • - deren Maß im wesentlichen dem der Höhe (h) des Auslaß-Schlitzes (4) entspricht.
4. Zweitakt-Brennkraftmaschine nach den Ansprüchen 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß der Walzendreh­ schieber (6) zur Bewegungsrichtung des Arbeits­ kolbens (2) im ersten Takt gegensinnig angetrieben ist.
5. Zweitakt-Brennkraftmaschine nach den Ansprüchen 1-4, dadurch gekennzeichnet,
  • - daß der Walzendrehschieber (6) mit einer Kurbel­ welle (8) in Antriebsverbindung steht, und
  • - gleichförmig oder ungleichförmig drehend angetrie­ ben sein kann.
6. Zweitakt-Brennkraftmaschine nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Walzendrehschieber (6) mittels einer Verstelleinrichtung relativ zum Arbeitskolben (2) verstellbar angetrieben ist.
7. Zweitakt-Brennkraftmaschine nach einem oder mehre­ ren der Ansprüche 1-6, dadurch gekennzeichnet, daß eine Direkteinspritzvorrichtung (Einspritz­ düse 12) für den Kraftstoff vorgesehen ist.
8. Zweitakt-Brennkraftmaschine nach den Ansprüchen 1-7, dadurch gekennzeichnet, daß eine gesonderte Aufladevorrichtung (10) mit dem/den Einlaß- Schlitz(en) (3) in ladungsführender Verbindung steht.
9. Zweitakt-Brennkraftmaschine nach den Ansprüchen 1-8, dadurch gekennzeichnet, daß ein Konverter (15) in einer Abgasanlage (14) angeordnet ist.
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