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Zweitaktmotor - Dokument DE3942032C2
 
PatentDe  


Dokumentenidentifikation DE3942032C2 15.10.1992
Titel Zweitaktmotor
Anmelder Fuji Jukogyo K.K., Tokio/Tokyo, JP
Erfinder Morikawa, Koji, Tokio/Tokyo, JP
Vertreter Reichel, W., Dipl.-Ing.; Lippert, H., Dipl.-Ing., Pat.-Anwälte, 6000 Frankfurt
DE-Anmeldedatum 20.12.1989
DE-Aktenzeichen 3942032
Offenlegungstag 05.07.1990
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 15.10.1992
Veröffentlichungstag im Patentblatt 15.10.1992
IPC-Hauptklasse F01L 7/12
IPC-Nebenklasse F02D 13/02   

Beschreibung[de]

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Zweitaktmotor und geht aus von der GB-OS 21 75 643, die im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 gewürdigt ist.

In Zweitaktmotoren wird jeder Motorzyklus mit einer Umdrehung einer Kurbelwelle abgeschlossen, so daß die Selbstansaugfunktion in einem Zylinder nicht stattfindet. Aus diesem Grund wird ein Verfahren benutzt, bei dem Luft in einen Kurbelkasten unter Ausnutzung von Vakum eingeleitet wird, das im Kurbelkasten erzeugt wird, während ein Kolben sich in seinem Aufwärtshub befindet, und in welchem die Ansaugung in den Zylinder über einen Spülschlitz durch erhöhten Druck im Kurbelkasten infolge des Abwärtshubs vom Kolben erfolgt, während die Gase, die nach der Verbrennung im Zylinder erzeugt worden sind, durch die Spülströmung des angesaugten Gases aus dem Zylinder herausgedrängt werden. Ferner ist für eine motorlastabhängige Steuerung ein Drosselventil im Ansaugsystem vorgesehen, und es wird die Ansaugmenge durch Variierung des Öffnungsgrades vom Drosselventil eingestellt.

In solchen bekannten Anordnungen ist eine unzureichende Spülströmung unter geringer Lastbedingung infolge einer geringen Ansaugmenge wahrscheinlich, wodurch Fehlzündungen mit resultierenden nicht stabilen Betriebszuständen des Motors hervorgerufen werden. Darüber hinaus ist es schwierig, eine gleichförmige, glatte Drehmomentkennlinie des Motors in Übereinstimmung mit den Betriebsbedingungen zu erzielen, so daß viel Kraftstoff verbraucht wird und die Abgase, d. h. deren Werte verschlechtert sind. Darüber hinaus besteht bei diesen Arten von Spülsystemen, die den Kurbelkastendruck ausnutzen, eine Grenze hinsichtlich der Erhöhung der Spülfähigkeit des Motors. Dies bedeutet, daß es schwierig ist, ein ausreichend vergrößertes Drehmoment des Motors unter hoher Last zu erzielen.

In der eingangs erwähnten GB-OS 21 75 643 wird lediglich in Abhängigkeit der Last und Fahrgeschwindigkeit ein mit einem Auslaßschlitz gekoppeltes Abgasdrehschieberventil so gesteuert, daß die Kohlenwasserstoffemission unter vorgegebenen Grenzwerten gehalten werden kann. Über die gesteuerte Schwenkbewegung des Abgasdrehschieberventils wird gleichzeitig der Zeitpunkt der Öffnung und Schließung des Auslaßschlitzes variiert. Wie jedoch dieser Zeitpunkt sich bei den Öffnungsgradeinstellungen des Ventils ändert, ist nicht erläutert. Das Phänomen des Einflusses der Spülströmung auf die Motorleistung sowie die Abgase findet keine Beachtung. Dies gilt auch für die GB-PS 6 27 381. Diese zeigt zwar ein Ventil in der Spülpassage bzw. im Spülschlitz, das Ventil wird jedoch mit vorgegebener, mit der Motordrehzahl gekoppelter Drehbewegung stets auf die gleiche Weise gesteuert.

Vor diesem Hintergrund besteht der Bedarf, eine Anordnung zu entwickeln, die eine erhöhte Spülfähigkeit bzw. einen erhöhten Spülwirkungsgrad aufweist und in welcher die Strömung des Kraftstoffs durch den Zylinder herabgesetzt ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Zweitaktmotor anzugeben, bei dem ein hohes Drehmoment und ein geringer Kraftstoffverbrauch über einen weiten Bereich von Betriebszuständen des Motors erzielt werden.

Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand des Patentanspruchs 1 gelöst.

Danach werden die Zeitpunkte der Öffnung und Schließung sowohl des Abgas- als auch des vorgesehenen Spüldrehschieberventils in ganz bestimmter Weise in bezug aufeinander sowie last- und drehzahlabhängig gesteuert. Bei geringer Geschwindigkeit und geringer Last wird der Öffnungszeitpunkt des Abgasdrehschieberventils gegenüber der Öffnung des Auslaßschlitzes verzögert. Aus diesem Grund ist der Auslaßvorgang bezüglich des Zeitpunkts der Öffnung des Auslaßschlitzes bei geringer Geschwindigkeit und Last verzögert, wenn die Abgasmenge gering ist. Ferner ist der effektive Abwärtshub des Kolbens verlängert, wodurch das Arbeitsvolumen des Motors vergrößert wird, verbunden mit einer Leistungssteigerung bei geringer Geschwindigkeit und geringer Last.

Bei hoher Geschwindigkeit und hoher Last werden die Steuerzeitpunkte der Öffnung vom Drehschieberabgasventil und dem Auslaßschlitz im wesentlichen angeglichen. Somit ist gegenüber dem Fall geringer Geschwindigkeit und geringer Last der Zeitpunkt des Auslaßbeginns vorgezogen, wodurch das Abblasen der Abgase durch den sich abwärts bewegenden Kolben im Abwärtshub eine ausreichende Auslaßwirkung zur Folge hat, wiederum verbunden mit einer Steigerung der Ausgangsleistung.

Ferner liegt der Öffnungszeitpunkt des Spülventils erfindungsgemäß später als die Öffnung des Spülschlitzes und die Öffnung des Auslaßschlitzes sowie des Abgasdrehschieberventils. Infolgedessen wird der Spülschlitz geschlossen, nachdem der Auslaßvorgang infolge der Schließung des Ventils abgeschlossen ist, und es wird Luft in den Zylinder gespeist, bis der Spülschlitz geschlossen wird, wodurch Verluste, die durch den Zylinder geblasene Luft verursacht werden, ausgeglichen werden und der Wirkungsgrad der Zylinderfüllung verbessert wird.

Weiterhin liegt erfindungsgemäß der Zeitpunkt der Schließung des Spülschlitzes vor dem Zeitpunkt der Schließung des Spüldrehschieberventils und des Auslaßschlitzes sowie nach der Schließung des Abgasdrehschieberventils. Infolge dieser Steuerung wird in der Periode zwischen Schließung des Abgasventils und Schließung des Spülschlitzes Luft in den Zylinder gespeist, wodurch die durch das Blasen von Spülluft durch den Zylinder verursachten Verluste ausgeglichen werden. Die Einspeisung von Luft in den Zylinder nach Beenden des Gasauslasses trägt ebenfalls zur Verbesserung des Wirkungsgrades der Füllung des Zylinders bei.

Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Danach wird vorzugsweise eine gespeicherte Tabelle verwendet, mit der das Motorbetriebszustandssignal verglichen wird. Ein Kraftstoffeinspritzmengenkalkulator spricht auf die Motordrehzahl und den Grad der Gaspedalabsenkung an und liefert so ein Signal für die obige Ventilsteuerung, die vorzugsweise durch Phasenänderungseinrichtungen ausgeführt wird.

Derartige Einrichtungen zum Verstellen der Zeitpunkte von Öffnung und Schließung der Ventile sind auch z. B. aus dem JP-GM 61-1 79 307 entnehmbar.

Im folgenden wird die Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Zweitaktmotors gemäß der Erfindung;

Fig. 1A eine Darstellung, die die Prinzipien einer Phasenänderungsvorrichtung verdeutlicht;

Fig. 2 ein Zeitsteuerungsdiagramm, das die Öffnung und Schließung von Auslaßschlitzen und Spülschlitzen von Abgas- und Spüldrehschieberventilen verdeutlicht;

Fig. 3 ein Blockschaltbild, das eine Steuereinheit darstellt, die in der vorliegenden Erfindung verwendet wird;

Fig. 4A ein ähnliches Zeitsteuerdiagramm wie in Fig. 2 für einen Betriebszustand geringer Drehzahl und geringer Last; und

Fig. 4B ein Zeitsteuerdiagramm ähnlich dem in Fig. 2 für den Betriebszustand hoher Drehzahl und hoher Last.

Der in Fig. 1 dargestellte Zweitaktmotor umfaßt einen Zylinder 2, einen Kolben 3, der in diesem Zylinder 2 gleitend angeordnet ist, eine Pleuelstange 6, die mit dem Kolben 3 verbunden ist, und eine Kurbelwelle 5, die in einem Kurbelkasten 4 angeordnet ist. Ein Ausgleichs- oder Gegengewicht 7 ist an der Kurbelwelle 5 angebracht.

In der Wandung des Zylinders 2 sind ein Abgas- oder Auslaßschlitz 11 und ein Spülschlitz 16 entweder um 90° winkelmäßig gegeneinander versetzt oder so angeordnet, daß sie sich gegenüberliegen. Der Schlitz 11 und der Schlitz 16 werden mit einer vorbestimmten Zeitsteuerung durch den Kolben 3 geöffnet und geschlossen.

Eine Zündkerze 9 und ein Zwei-Fluid-Einspritzer 10 sind an der Oberseite an der Verbrennungskammer 8 des Zylinders 2 vorgesehen. Der Einspritzer bzw. das Einspritzventil 10 ist so ausgelegt, daß eine vorbestimmte Kraftstoffmenge gemeinsam mit komprimierter Luft in Form eines Luft- Kraftstoffgemischs eingespritzt wird. Dabei wird dem Einspritzer 10 Kraftstoff von einem Kraftstofftank 23 über eine Kraftstoffleitung 20, die ein Filter 21 umfaßt, eine Kraftstoffpumpe 22 und einen Kraftstoffdruckregulator 24 zugeführt, der den Kraftstoff konstant auf einem vorbestimmten geringen Druck hält. Der Kraftstoff wird mit Luft gemischt, die dem Einspritzer 10 aus einem Luftverdichter 28 über eine Luftleitung 25 zugeführt wird, die einen Speicherbehälter 27 und einen Luftdruckregulator 26 umfaßt.

Dem Motor 1 wird über ein Luftfilter 34, eine Verdrängerspülpumpe 33, einen Zwischenkühler 32 zum Kühlen von Spülluft und ein Ansaugrohr 30 Luft zugeführt, wobei das Ansaugrohr 30 eine Spülkammer 31 umfaßt, die Spüldruckwellen absorbiert, wenn sich der Spülschlitz 16 öffnet und schließt. Ein Bypass 35 ist um die Spülpumpe 33 und den Zwischenkühler 32 als Umleitung vorgesehen. Der Bypass 35 ist mit einem Steuerventil 36 ausgestattet. Abgase vom Motor 1 werden durch den Auslaßschlitz 11, eine Abgasleitung 12 mit einem Katalysator 13, eine Auslaßkammer 14 und einen Auspufftopf 15 abgeführt.

Die Spülpumpe 33 ist betriebswirksam mit der Kurbelwelle 5 über eine Übertragungsvorrichtung 37 gekoppelt, die einen Endlosriemen umfaßt, der über eine Kurbelriemenscheibe und eine Pumpenriemenscheibe geführt ist. Die Spülpumpe 33 wird von der Kurbelwelle 5 über die Übertragungsvorrichtung 37 so angetrieben, daß sie einen Spüldruck erzeugt. Ein Gaspedal 50 ist betriebswirksam mit dem Steuerventil 36 über eine Ventilsteuereinheit 51 verbunden. Der Grad der Öffnung des Steuerventils 36 wird durch die Steuereinheit 51 so gesteuert, daß er invers proportional zum Grad des Herabdrückens vom Gaspedal 50 ist. Ferner sind ein Motordrehzahlsensor 52 und ein Gaspedalabsenkgradsensor 53 vorgesehen, um die Motorbetriebsbedingungen zu erfassen.

Ausgangssignale der Sensoren 52 und 53 werden einer Steuereinheit 55 zugeführt, die der Zündkerze 9 und dem Einspritzer 10 jeweils ein Zündsignal bzw. ein Kraftstoffeinspeisungsimpulssignal und Lufteinspeisungsimpulssignal zuführt. Wird das Kraftstoffeinspeisungssignal zugeführt, so wird eine vorbestimmte Kraftstoffmenge in den Einspritzer 10 gespeist, und wird das Lufteinspeisungs- oder -einspritzimpulssignal zugeführt, nachdem der Auslaßschlitz 11 sich geschlossen hat, so wird in den Einspritzer 10 unter Druck stehende Luft eingespeist, um die Einspritzung der Kraftstoff-Luftmischung auszulösen.

Der Auslaßschlitz 11 und der Spülschlitz 16 sind als Steueröffnungen so ausgelegt, daß sie einen großen Winkelbereich der Öffnung der Schlitze umfassen, so daß die Auslegung für den Motorbetrieb mit hoher Drehzahl geeignet ist. Explizit liegt hierbei beispielsweise der Winkelbereich der Öffnung des Auslaßschlitzes 11 90° vor und hinter dem unteren Totpunkt UT und der Winkelbereich der Öffnung des Spülschlitzes 16 liegt beispielsweise 80° vor und hinter dem unteren Totpunkt UT, wie dies in Fig. 2 angedeutet ist.

Wie aus Fig. 1 hervorgeht, ist ein Abgasdrehschieberventil 41 in einem Auslaßkanal 11a vorgesehen, der mit dem Auslaßschlitz 11 in Verbindung steht. Das Auslaßdrehschieberventil 41 wird über eine Übertragungsvorrichtung 40 mit Hilfe der Kurbelwelle 5 konstant gedreht. Darüber hinaus ist ein Spüldrehschieberventil 43 in einem Spülkanal 16a vorgesehen, der eine Verbindung zum Spülschlitz 16 aufweist. Das Spüldrehschieberventil 43 wird ebenfalls konstant von der Kurbelwelle 5 über eine weitere Übertragungsvorrichtung 42 gedreht.

Das Abgasdrehschieberventil 41 weist eine Phasenänderungsvorrichtung 44 auf, die so wirkt, daß die Zeitsteuerung (Synchronisation) der Öffnung und Schließung des Drehschieberventils 41 geändert wird, wie durch die gestrichelten Linien in Fig. 2 angezeigt ist. Das Spüldrehschieberventil 43 weist ebenfalls eine Phasenänderungsvorrichtung 45 auf, die so wirkt, daß die Zeitsteuerung der Öffnung und Schließung dieses Drehschieberventils 43 in der durch die Punkt-Strichlinien in Fig. 2 angedeuteten Weise geändert wird. Auf diese Weise dienen das Abgasdrehschieberventil 41 und das Spüldrehschieberventil 43 dazu, die Abgasauslaßperiode bzw. die Spülperiode festzulegen.

Jede Phasenänderungsvorrichtung 44 oder 45 kann an der Übertragungsvorrichtung 40 bzw. 42 angebracht werden, die eine an der Kurbelwelle 5 befestigte Riemenscheibe 101, eine Riemenscheibe 102 zum Drehen der Drehschieberventile 41 oder 43 und einen Riemen 103 umfassen, der um beide Riemenscheiben 101, 102 geführt ist. Wie aus Fig. 1A hervorgeht, umfaßt jede der Phasenänderungsvorrichtungen 44 und 45 weiterhin ein Paar von Spannern 104 und 105, eine Feder 106, einen Öldämpfer 107 und eine Betätigungseinrichtung 108. Jeder Spanner ist drehbar auf dem Umfang des Riemens 103 angeordnet, um diesen nach innen zu zwingen.

Die Feder 106 ist so vorgesehen, daß sie beide Spanner 104 und 105 zur Herabsetzung des Spiels vom Riemen 103 verbindet. Der Öldämpfer 107 ist zwischen den beiden Spannern 104 und 105 vorgesehen, um diese an plötzlichen Bewegungen zu hindern. Die Betätigungseinheit 108 wirkt so auf den Spanner 104, daß die ausgeübte Zwangskraft gesteuert wird, indem die Verschiebung des Spanners 104 derart geändert wird, daß die Phase des Drehschieberventils gegenüber der der Kurbelwelle verändert wird. Die japanische offengelegte Gebrauchsmusteranmeldung 61-1 79 307 beschreibt den erläuterten Typ einer Phasenänderungsvorrichtung.

Das Abgasdrehschieberventil 41 weist einen festen Öffnungswinkelbereich auf, in dem das Ventil seine Öffnungsstellung beibehält, so daß, wenn die Zeitsteuerung der Ventilöffnung vorverlegt oder verzögert wird, die Zeitsteuerung der Schließung des Ventils entsprechend vorverlegt bzw. hinausgezögert wird. Das Spüldrehschieberventil 43 weist denselben Aufbau wie das Abgasdrehschieberventil 41 auf.

Der Motor wird durch eine weiter unten erläuterte Steueranordnung gesteuert. Das Gaspedal 50 ist über die Steuereinheit 51 mit deren Einrichtungen zum Ändern des Öffnungsgrades des Ventils 36 im umgekehrten Verhältnis zum Grad des Herabdrückens des Gaspedals 50 in der zuvor beschriebenen Weise verbunden. Der Motordrehzahlsensor 52 erfaßt die Motordrehzahl bzw. Geschwindigkeit N, während der Gaspedalabsenkgradsensor 53 den Grad Φ des Herabdrückens oder Herabsenkens des Gaspedals 50 erfaßt. Die Steuereinheit 55 führt in der oben beschriebenen Weise der Zündkerze 9 und dem Einspritzer 10 Signale zu sowie auch den Phasenänderungsvorrichtungen 44 und 45 des Abgas- und Spüldrehschieberventils 41 bzw. 43.

Im folgenden wird die Steuereinheit 55 mit Bezug auf Fig. 3 näher erläutert. Die Steuereinheit 55 umfaßt einen Kraftstoffeinspritzmengenkalkulator 56, dem ein Signal der Motordrehzahl N und das Signal des Grads Φ des Herabdrückens des Gaspedals 50 (das im folgenden als Gaspedalabsenkungsgrad Φ bezeichnet wird) zugeführt werden. Ansprechend auf diese Signale N und Φ berechnet der Kalkulator bzw. die Berechnungseinheit 56 die Kraftstoffmenge, die in den Zylinder 2 einzuspritzen ist und hinsichtlich der Betriebsbedingungen, die durch die Motordrehzahl N und den Gaspedalabsenkungsgrad Φ wiedergegeben werden, geeignet ist.

Das Ausgangssignal vom Kalkulator 56 wird einem Zeitsteuerausgabebestimmungsabschnitt 57 zugeführt, dem wiederum ein Spülzeitsteuersignal und ein Auslaßzeitsteuersignal von einem Spül- und Auslaßzeitsteuerbestimmungsabschnitt 60, der weiter unten erläutert wird, zugeführt werden. Der Abschnitt 57 bestimmt eine Steuerzeitausgabe für die Einspritzung der Luft-Kraftstoffmischung in Abhängigkeit von den Signalen vom Kraftstoffeinspritzmengenkalkulator 56 und vom Spül- und Auslaßzeitsteuerbestimmungsabschnitt 60. Die Steuerzeitausgabe wird auf eine Zeitsteuerung festgelegt, nachdem sowohl der Spülschlitz 16 als auch der Auslaßschlitz 11 geschlossen sind. Das Zeitsteuerausgabesignal vom Abschnitt 57 wird einem Impulsausgabeabschnitt 58 zugeführt, von dem ein Impulssignal zum Einspritzer 10 für die Einspritzung der Luft-Kraftstoffmischung in den Zylinder 2 geliefert wird.

Die Steuereinheit umfaßt ferner einen Motorbetriebszustandbestimmungsabschnitt 59, dem die Signale der Motordrehzahl N und des Gaspedalabsenkgrades Φ vom Sensor 53 zugeführt werden. Ein Motorbetriebszustandssignal wird vom Abschnitt 59 an den Spül- und Auslaßzeitsteuerbestimmungsabschnitt 60 geleitet. Der Abschnitt 60 bestimmt Phasenwinkel des Abgasdrehschieberventils 41 und des Spüldrehschieberventils 43 im Vergleich mit einer gespeicherten Tabelle in einem Tabellenfestlegungsabschnitt 61. Signale der Phasenwinkel der Drehschieberventile 41 und 43 werden einem Antriebsabschnitt 62 zur Betätigung der Phasenänderungsvorrichtungen 44 und 45 der beiden Drehschieberventile 41 und 43 zugeführt.

Die Funktionsweise der Steuereinheit 55 wird im folgenden unter Bezug auf die Fig. 4A und 4B erläutert.

Bei geringer Drehzahl und unter geringer Last wirkt der Spül- und Auslaßzeitsteuerungsbestimmungsabschnitt 60 in der in Fig. 4A gezeigten Weise und verzögert hierbei die Zeitpunkteinstellung der Öffnung des Abgasdrehschieberventils 41 auf eine Zeitpunkteinstellung, die später liegt als die Zeitpunkteinstellung der Öffnung des Auslaßschlitzes 11, und verzögert die Zeitpunkteinstellung der Schließung des Abgasdrehschieberventils 41 auf eine Zeitpunkteinstellung, die noch vor der Schließung des Spülschlitzes 16 liegt. Darüber hinaus wirkt der Zeitsteuerungsbestimmungsabschnitt 60 so, daß er einen vorbestimmten Winkelbereich α vorgibt, um den die Öffnung des Abgasdrehschieberventils 41 der Zeit der Öffnung des Spüldrehschieberventils 43 vorausgeht.

Bei hoher Geschwindigkeit und unter hoher Last wirkt der Spül- und Auslaßzeitsteuerungsbestimmungsabschnitt 60 in der in Fig. 4B gezeigten Weise und verlegt die Öffnung des Abgasdrehschieberventils 41 auf eine Zeitpunkteinstellung vor, die der Öffnung des Auslaßschlitzes 11 entspricht oder geringfügig früher als der entsprechende Zeitpunkt liegt, und hält die Schließung des Abgasdrehschieberventils 41 zeitlich vor der Schließung des Spülschlitzes 16. Der Zeitsteuerungsbestimmungsabschnitt 60 wirkt ferner so, daß das Spüldrehschieberventil 43 sich mit einem vorbestimmten Winkelbereich β, um den die Öffnung des Auslaßschlitzes 11 der Öffnung des Spüldrehschieberventils 43 vorausgeht, nach der Öffnung des Auslaßschlitzes 11 öffnet. Darüber hinaus wirkt der Abschnitt 60 so, daß er die Zeitsteuerung bzw. Zeitpunkteinstellung der Schließung des Spüldrehschieberventils 43 auf eine Zeitpunkteinstellung festlegt, die später als die Zeitpunkteinstellung der Schließung des Spülschlitzes 16 liegt.

Der oben erläuterte Zweitaktmotor kann in der folgenden Weise arbeiten.

Anzusaugende Luft wird zunächst durch das Luftfilter 34 geführt und dann über die Spülpumpe 33 in den Zwischenkühler 32, in dem die Luft gekühlt wird. Die gekühlte Luft breitet sich teilweise durch das Spüldrehschieberventil 43 und den Spülschlitz 16 in den Zylinder 2 aus, während der verbleibende Teil der gekühlten Luft durch den Bypass 35 zirkuliert. Die Luftmenge, die durch den Bypass 35 zirkuliert, wird mittels des Steuerventils 36 eingestellt. Es sei darauf hingewiesen, daß die übrige Luftmenge, d. h. die abgesehen von der in dem Bypass 35 strömenden Luftmenge vorliegende Luftmenge, in den Zylinder 2 eingeleitet wird.

Wie oben bereits erwähnt wurde, verhält sich der Grad der Öffnung R des Steuerventils 36 invers proportional zum Gaspedalabsenkungsgrad Φ. Infolgedessen gilt, daß je geringer der Gaspedalabsenkungsgrad Φ ist, umso größer ist der Grad der Öffnung R des Steuerventils 36, wodurch mehr gekühlte Luft durch den Bypass 35 strömt und eine geringere Menge an Spülluft in den Zylinder 2 eingeleitet wird. Infolgedessen wird der Leistungsverlust infolge des Betriebs der Spülpumpe 33 auf einem minimalen Wert gehalten. Wenn der Kolben 3, wie in Fig. 1 dargestellt ist, sich dem unteren Totpunkt UT bei gleichzeitig geöffnetem Auslaßschlitz 11 und Spülschlitz 16 nähert, so wird eine Spülluftmenge durch die Spülpumpe 33 entsprechend dem Gaspedalabsenkungsgrad unter Druck gesetzt und in den Zylinder 2 über den Spülschlitz 16 nach Kühlung im Zwischenkühler 32 eingeleitet. Die derart eingeleitete Spülluft drängt das im Zylinder verbliebene Gas aus dem Zylinder 2 durch den Auslaßschlitz 11 hinaus, so daß auf diese Weise die Spülfunktion so ausgeführt wird, daß die Einleitung nur der Luft in den Zylinder 2 in einer kurzen Zeitspanne ermöglicht wird. Unterliegt der Kolben 3 seinem aufgehenden Hub oder Aufstieg, so schließt er den Spülschlitz 16 und den Auslaßschlitz 11, wodurch der Spülvorgang abgeschlossen wird und ein Verdichtungshub stattfindet.

Nachdem der Spülschlitz 11 sich geschlossen hat, wird Kraftstoff, der vorab in den Einspritzer 10 ansprechend auf einen Kraftstoffeinspeisungsimpuls eingespeist worden ist, ansprechend auf einen Lufteinspeisungsimpuls vom Einspritzer 10 mit unter Druck gesetzter Luft eingespritzt, wodurch im Zylinder 2 das Luft-Kraftstoffgemisch erzeugt wird. Die Zündkerze 9 wird unmittelbar vor dem oberen Totpunkt OT gezündet, und es findet im Zylinder 2 die Verbrennung statt. Unter diesen Betriebsbedingungen wird der Kraftstoff vom Einspritzer 10 am oberen Ende der Verbrennungskammer 8 mit einer geeigneten Zeitpunkteinstellung und mit einer geeigneten Periode eingespritzt. Der so eingespritzte Kraftstoff wird mit der Spülluftströmung vom Spülschlitz 16 gemischt und tritt unterhalb der Zündkerze 9 ein. In der Umgebung der Kerze 9 wird eine dichte Kraftstoff-Luftmischung angesammelt und infolgedessen findet eine Schichtverbrennung statt.

Nach der Explosion infolge der Verbrennung bewegt sich der Kolben 3 zur Expansion der abgebrannten Gase nach unten und der Auslaßschlitz 11 öffnet sich zunächst, um den Ablaß der Verbrennungsgase infolge des Innendrucks im Zylinder 2 zu ermöglichen. Nähert sich der Kolben 2 dem unteren Totpunkt, so wird der Spülvorgang, begleitet von der Einspeisung von Frischluft, in der oben beschriebenen Weise ausgelöst. Infolgedessen fährt der Motor mit seinem Betrieb fort.

Während des Motorbetriebs in der oben erläuterten Weise wird eine der Last entsprechende Menge an Spülluft in den Zylinder 2 unter Einstellung des Steuerventils 36 infolge des Herabdrückens vom Gaspedal 50 eingeleitet. Die Kraftstoffeinspritzmenge wird im Kraftstoffeinspritzmengenkalkulator 56 in Abhängigkeit von der Motordrehzahl N und dem Gaspedalabsenkungsgrad Φ berechnet. Ein derartig berechnetes Kraftstoffmengensignal wird vom Kalkulator 56 ausgegeben, und die Menge und Zeitpunkteinstellung der Kraftstoffeinspritzung aus dem Einspritzer 10 werden entsprechend gesteuert. Infolgedessen wird das Verhältnis von Kraftstoff zu Luft in der Kraftstoff-Luftmischung im wesentlichen konstant gehalten, und der Motor wird in Abhängigkeit von Belastung durch Ändern der in den Zylinder 2 einzuleitenden Kraftstoff-Luftmischungsmenge gesteuert.

Daneben werden die Betriebsbedingungen, die die Motordrehzahl N und den Gaspedalabsenkungsgrad Φ umfassen, von den Sensoren 52 und 53 erfaßt und dem Motorbetriebszustandbestimmungsabschnitt 59 zugeführt. Auf der Grundlage der auf diese Weise erfaßten Betriebsbedingungen werden die Spül- und Abgaszeitpunkteinstellungen im Spül- und Auslaßzeitsteuerungsbestimmungsabschnitt 60 festgelegt und die Phasenänderungsvorrichtungen 44 und 45 werden über den Antriebsabschnitt 62 so eingestellt, daß ihre Phaseneinstellungen geändert werden. Infolgedessen werden die Zeitpunkteinstellungen der Öffnung und Schließung des Abgasdrehschieberventils 41 und des Spüldrehschieberventils 43 verändert. Die beiden Drehschieberventile 41 und 43 wiederholen alternierend ihre Öffnungs- und Schließvorgänge, während sie konstant durch die Kurbelwelle 5 gedreht werden. Infolgedessen werden die tatsächlichen Winkelbereiche der Spülungs- und Auslaßvorgänge entsprechend den Betriebsbedingungen des Motors in Verbindung mit der Öffnung und Schließung des Spül- und Auslaßschlitzes 16 und 11 gesetzt.

Dabei werden bei geringer Geschwindigkeit und unter geringer Belastung die Zeitpunkteinstellungen in der in Fig. 4A gezeigten Weise eingestellt. Das heißt, auch dann, wenn der Auslaßschlitz 11 und der Spülschlitz 16 während des Abwärtshubes vom Kolben 3 geöffnet sind, finden die Auslaß- und Spülvorgänge nicht unmittelbar statt. Nachdem der Spülschlitz 16 sich geöffnet hat, öffnet sich das Abgasdrehschieberventil 41 und daraufhin öffnet sich das Spüldrehschieberventil 43. Infolgedessen wird die Zeitpunktsteuerung des Beginns vom Auslaßvorgang relativ zur Zeitpunktsteuerung der Öffnung des Auslaßschlitzes 11 beim Zustand einer geringen Drehzahl und geringen Belastung, bei denen die Abgasgasmenge gering ist, verzögert. Aus diesem Grund ist der effektive Abwärtshub des Kolbens 3 verlängert, wodurch das Arbeitsvolumen des Motors verbunden mit einer resultierenden Anhebung der Leistung bei geringer Drehzahl und unter geringer Belastung vergrößert wird.

Öffnet sich das Abgasdrehschieberventil 41, so wird im Zylinder 2 verbliebenes Gas infolge des Innendrucks während des Winkelbereichs α über den Auslaßschlitz 11 ausgelassen. Daraufhin wird, wenn sich das Spüldrehschieberventil 43 öffnet, die Luft in den Zylinder 2 eingeleitet, und es werden die Spül- und Auslaßvorgänge ausgeführt. Anschließend schließt das Auslaßdrehschieberventil 41, bevor der Auslaßschlitz 11 geschlossen wird. Da der Spülschlitz 16geschlossen wird, nachdem der Auslaßvorgang infolge der Schließung des Abgasdrehschieberventils 41 abgeschlossen ist, wird Luft in den Zylinder 2 eingespeist, bis der Spülschlitz 16 geschlossen ist, wodurch durch den Zylinder blasende Luft verursachte Verluste ausgeglichen werden und der Wirkungsgrad der Zylinderfüllung verbessert wird.

Bei hoher Drehzahl und unter hoher Belastung entsprechen die eingestellten Zeitpunktsteuerung den in Fig. 4B angedeuteten Werten. Dabei sind der Auslaßschlitz 11 und das Abgasdrehschieberventil 41 zur selben Zeit geöffnet, und es findet der Auslaßvorgang statt. Daraufhin öffnet sich der Spülschlitz 16, jedoch hat sich das Spüldrehschieberventil 43 noch nicht geöffnet, so daß der Spülvorgang noch nicht stattfindet. Andererseits findet, auch wenn sich der Auslaßschlitz 11 öffnet und daraufhin der Spülschlitz 16 öffnet, der Spülvorgang nicht mit dem verbleibenden Gas statt, das ausgelassen wird, bis sich das Spüldrehschieberventil 43 später nach Verstreichen der Zeit, die dem Winkelbereich β entspricht, öffnet.

Wenn sich das Spüldrehschieberventil 43 öffnet, findet der Spülvorgang zur Einspeisung von Frischluft in den Zylinder 2 statt. Der Spülschlitz 16 schließt, nachdem das Abgasdrehschieberventil 41 geschlossen ist und bevor das Spüldrehschieberventil 43 geschlossen ist. Es wird in der Periode zwischen der Schließung des Abgasdrehschieberventils 41 und der Schließung des Spülschlitzes 16 Luft in den Zylinder 2 eingespeist, wodurch die durch das Blasen von Spülluft durch den Zylinder verursachten Verluste ausgeglichen werden. Die Zufuhr von Luft in den Zylinder 2 nach Abschluß der Austreibung von Abgasen dient zur Verbesserung des Wirkungsgrades der Zylinderfüllung.

Es sei darauf hingewiesen, daß bei hoher Drehzahl und unter hoher Belastung die Zeitpunkteinstellung des Beginns der Abgasaustreibung relativ zur Zeitpunkteinstellung des Abgasaustreibungsbeginns im Fall geringer Drehzahl und geringer Belastung vorgezogen ist, wodurch das Ablassen der Abgase durch den sich abwärts bewegenden Kolben 3 in dessen Abwärtshub eine ausreichende Abgasablassungsfunktion bewirkt, die in einer Anhebung der Ausgangsleistung des Motors resultiert.

Aus der vorangegangenen Beschreibung geht hervor, daß gemäß der Erfindung über den gesamten Betriebsbereich des Motors eine Kennlinie mit großem Drehmoment erzielbar ist.


Anspruch[de]
  1. 1. Zweitaktmotor mit einem Zylinder, einen im Zylinder gleitend angeordneten Kolben, einem Auslaßschlitz, der durch den Kolben geöffnet und geschlossen wird, einem Spülschlitz, der durch den Kolben geöffnet und geschlossen wird, einer mit dem Spülschlitz zur Förderung von Spülluft in den Zylinder verbundenen Spülpumpe, einem Kraftstoffeinspritzer zum Einspritzen von Kraftstoff in den Zylinder, einem Abgasdrehschieberventil, das zur Öffnung und Schließung des Auslaßschlitzes mit diesem verbunden ist, einer Detektoreinrichtung zum Erfassen der Betriebsbedingungen des Motors, und einer Steuereinrichtung, die ansprechend auf die Betriebsbedingungen des Motors die die Zeitpunkteinstellungen der Öffnung und Schließung des Abgasdrehschieberventils variabel steuert, dadurch gekennzeichnet, daß der Motor (1) ein mit dem Spülschlitz (16) verbundenes Spüldrehschieberventil (43) zum Öffnen und Schließen des Spülschlitzes aufweist und daß die Steuereinrichtung (55) auch auf die Betriebsbedingung des Motors anspricht, um die Zeitpunkteinstellungen des Spüldrehschieberventils (43) variabel zu steuern; daß die Steuereinrichtung (55) einen Zeitsteuerungsbestimmungsabschnitt (60) aufweist, der auf die Erfassung geringer Drehzahl und geringer Last so anspricht, daß der Zeitpunkt der Öffnung des Abgasdrehschieberventils (41) auf einen Zeitpunkt verzögert wird, der später liegt, als der Auslaßschlitz (11) sich öffnet, und der ansprechend auf die Erfassung einer hohen Drehzahl und hohen Last den Zeitpunkt der Öffnung des Abgasdrehschieberventils (41) im wesentlichen auf den gleichen Zeitpunkt wie den der Öffnung des Auslaßschlitzes (11) festlegt; und daß der Zeitpunkt der Öffnung des Spüldrehschieberventils (43) so eingestellt wird, daß er später als der Zeitpunkt der Öffnung des Spülschlitzes (16) liegt und später als der Zeitpunkt der Öffnung des Auslaßschlitzes (11) und des Abgasdrehschieberventils (41), und daß der Zeitpunkt der Schließung des Spülschlitzes (16) so eingestellt wird, daß er vor dem Zeitpunkt der Schließung des Spüldrehschieberventils (43) und des Auslaßschlitzes (11) liegt und nach dem Zeitpunkt der Schießung des Abgasdrehschieberventils (41).
  2. 2. Zweitaktmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung (55) umfaßt: einen Spül- und Auslaßzeitsteuerungsbestimmungsabschnitt (60), der auf ein Motorbetriebszustandssignal so anspricht, daß er ein Spül- und Auslaßzeitsteuersignal liefert, nachdem er das Motorbetriebszustandssignal mit einer in einem Tabellenfestlegungsabschnitt (61) festgelegten gespeicherten Tabelle verglichen hat; und Phasenänderungsvorrichtungen (44, 45), die jeweils für das Abgas- bzw. Spüldrehschieberventil (41, 43) vorgesehen sind und dazu dienen, die Zeitpunkte der Öffnung und Schließung der Ventile zu ändern, wobei die Phasenänderungsvorrichtungen auf das Spül- und Auslaßzeitsteuersignal so ansprechen, daß sie die Zeitpunkte der Öffnung und Schließung dieser Ventile in Übereinstimmung mit den Motorbetriebsbedingungen steuern.
  3. 3. Zweitaktmotor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung (55) ferner umfaßt: einen Kraftstoffeinspritzmengenkalkulator (56), der auf die Motordrehzahl N und den Grad (Φ) der Absenkung eines Gaspedals zur Ausgabe eines Kraftstoffeinspritzmengensignals anspricht; eine Zeitsteuerausgabe-Bestimmungseinrichtung (57), die auf das Kraftstoffeinspritzmengensignal und das Spül- und Auslaßzeitsteuersignal anspricht, um ein Zeitsteuerausgabesignal zu liefern; und eine Impulsausgabeeinrichtung (58), die ansprechend auf das Zeitsteuerausgabesignal an den Einspritzer (10) ein Impulssignal liefert, so daß dieser zeitlich gesteuert Kraftstoff in den Zylinder einspritzt.
  4. 4. Zweitaktmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ferner Einrichtungen (40, 42) vorgesehen sind, die das Abgas- und das Spüldrehschieberventil (41, 43) konstant drehen, von denen jedes einen vorbestimmten Winkelbereich der Öffnung des zugeordneten Schlitzes umfaßt, und daß ferner Phasenänderungseinrichtungen (44, 45) vorgesehen sind, die jeweils mit dem Abgas- bzw. Spüldrehschieberventil (41, 43) verbunden sind und dazu dienen, die Zeitpunkte der Öffnung und Schließung dieser Ventile zu ändern.






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