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Die Erfindung betrifft ein Spülsystem für eine Zweitakt-Brennkraftmaschine mit in den Zylinder mündenden Spülkanälen und einem Auslasskanal, mit vom Kolben der Brennkraftmaschine gesteuerten Spülschlitzen und Auslassschlitz, wobei den Spülkanälen ein in einem Kanalabschnitt angeordnetes, elektrisch steuerbares Ventil vorgeschaltet ist, mit weichem innerhalb der Öffnungs- dauer der Spülschlitze der Spülstrom zu den einzelnen Spülschlitzen unterbrechbar ist, wodurch die Spülzeit abhängig vom Last- und Drehzahlzustand der Brennkraftmaschine steuerbar ist.
Bei herkömmlichen Spülsystemen von Zweitakt-Brennkraftmaschinen ergeben sich gewisse Nachteile im Teillastbetrieb, da es zur Vermischung der in den Arbeitszylinder einströmenden Gemischmenge (bzw. Frischluftmenge bei innerer Gemischbildung) mit dem im Zylinder befind- lichen Restgas kommt und sich die Gemischwolke zum Zündzeitpunkt nicht in optimaler Nähe der Zündkerze befindet. In der Folge kommt es zu unangenehmen Aussetzern im Motorbetrieb.
Bei Zweitakt-Motoren mit innerer Gemischbildung wurden zur Erzielung eines aussetzerfreien Betriebes beispielsweise höhere Spülluftmengen bei Teillast verwendet. Nachteilig ist die dabei auftretende Rückkühlung des Abgases, wodurch die katalytische Abgasnachbehandlung verschlechtert wird.
An sich wäre es auch möglich, die Spülzeit mittels Variation der vom Kolben überstrichenen Schlitzhöhe der Spülschlitze zu steuern. Entsprechende variable Schlitzhöhen sind im Zusammen- hang mit gesteuerten Auslassschlitzen, beispielsweise aus der EP-A 0 287 938 oder der AT-PS 380 538 bekanntgeworden. Letztere zeigt eine im Auslasskanal einer Zweitakt-Brennkraft- maschine einseitig gelagerte Klappe, welche mechanisch betätigbar ist und die Höhe des Auslass- schlitzes auf diese Art verringert.
Eine derartige Steuerung müsste jedoch bei allen Spülschlitzen gleichzeitig durchgeführt werden, womit ein nicht zu vertretender baulicher Aufwand verbunden wäre. Zusätzlich treten im Bereich der mit dem Kolben zusammenwirkenden Klappenseite Undichtheiten auf, womit diese Art der Steuerung für Spülsteuerungssysteme kaum anwendbar ist.
Die DE 29 36 043 A1 zeigt ein Spülsystem der eingangs genannten Art. Das Ventil ist dabei als Drosselklappe ausgeführt und nicht geeignet, im Rhythmus der Motordrehzahl die Öffnungsdauer der Spülschlitze zu beeinflussen. Die Drosselklappe wird dabei nur während der Startphase bei kaltem Motor verwendet und in Abhängigkeit von sich relativ langsam verändernden Einfluss- grössen, wie Last, Drehzahl und Temperatur, gesteuert bzw. geregelt. Zur Verbesserung des Motor- betriebes im Teillastbereich ist diese Einrichtung nicht geeignet.
Die US 1 366 319 A beschreibt eine Anordnung zum Aufladen eines Zweitaktmotors. Ein mechanischer Ventiltrieb und ein zugehöriges Ventil dienen dabei lediglich dazu, während der Zeit, in der der Auslass offen ist, die Hochdruckluft vom Zylinder fernzuhalten. Der Zylinder wird mit Niederdruckluft gespült, wobei nach Schliessen des Auslassschlitzes über die mechanisch betätigten Ventile Hochdruckluft zum Aufladen des Brennraumes mit zusätzlicher Luft eingeblasen wird.
Ferner ist aus der CH 196 745 B eine Zweitaktbrennkraftmaschine bekannt, bei der über eine Regelung des Luftdruckes im Spülluftbehälter die Form der Spülströmung während der Spülung beeinflusst wird.
Aufgabe der Erfindung ist es, bekannte Spülsysteme für Zweitakt-Brennkraftmaschinen derart zu verbessern, dass mit einem vertretbaren baulichen Aufwand auch im Teillastbereich der Brenn- kraftmaschine ein aussetzerfreier Motorbetrieb gewährleistet ist, wobei die katalytische Nachbe- handlung der Abgase nicht erschwert werden soll.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass das Ventil ein druckgesteuertes Membranventil ist, dessen zumindest eine Membranzunge in zumindest einer seiner beiden End- stellungen elektromagnetisch entriegelbar ist. Das erfindungsgemässe Spülsteuerungssystem ermöglicht bei Zweitakt-Motoren auf einfache Weise eine Steuerung der Spülzeit und ist sowohl für Motoren mit Umkehr- als auch mit Gleichstromspülung geeignet. Zweck dieses Systems ist es, eine für den Motorbetrieb günstige Steuerung der pro Zyklus in den Arbeitszylinder eingelassenen Gemischmenge bzw. Frischluftmenge zu erzielen. Als Spülluftquelle kann dabei sowohl die durch den Motorkolben gebildete Kurbelkastenpumpe, als auch ein externes Gebläse dienen.
Der gegen- über der herkömmlichen Drosselregelung entscheidende Vorteil dieses Spülsteuerungssystems besteht in der zeitlichen Steuerung des Spülvorganges. Durch bei Teillast gegenüber dem Vollastspülbeginn mittels des elektromagnetisch entriegelbaren Membranventiles verzögerten Beginn des Spülvorganges ist es möglich, die eingelassene Gemischmenge in Form einer
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konzentrierten Wolke im Brennraum zu halten und so weitgehend die Vermischung mit dem im Zylinder befindlichen Restgas zu verhindern. Durch geeignete Brennraumform und Anordnung der Spülkanäle kann weiters erreicht werden, dass sich diese Gemischwolke zum Zündzeitpunkt an der Zündkerze befindet.
Auf diese Weise kann auch bei dem bei Teillast auftretenden hohen Restgas- gehalt ein aussetzerfreier Motorbetrieb gewährleistet werden, wobei auch eine Rückkühlung des Abgases verhindert wird.
Obwohl es durchaus möglich ist, jedem der Spülkanäle ein magnetisch betätigbares Ventil vorzuschalten, ist es von Vorteil, wenn erfindungsgemäss das elektromagnetisch entriegelbare Membranventil in einem gemeinsamen Zuführkanal zu den einzelnen Spülkanälen angeordnet ist, bzw. wenn bei einer Zweitakt-Brennkraftmaschine mit Kurbelkastenspülung das elektromagnetisch entriegelbare Membranventil in einem vom Kurbelkasten zum Zylinder führenden gemeinsamen Überströmkanal angeordnet ist.
Eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine, vorzugsweise zwei symmetrisch ausgeführten, einseitig gelagerten Membran- zungen im geschlossenen Zustand des Membranventiles an ihren freien, ferromagnetischen Enden von am Kanalabschnitt abgestützten Elektromagneten feststellbar sind. Die Membranzunge bzw. mehrere Membranzungen sind entweder zur Gänze oder zumindest an ihren freien Enden ferro- magnetisch und werden im Schliesszustand durch Elektromagnete auf ihrem Sitz gehalten und sperren so - trotz der bei geöffneten Spülschlitzen am Membranventil anliegenden Druckdifferenz - den Spülstrom durch die Spülschlitze. Zum Öffnen des Membranventiles werden die Elektro- magnete abgeschaltet Die Membranzungen öffnen aufgrund der anliegenden Druckdifferenz und geben so den Spülstrom zum Zylinder frei.
Durch den Strömungswiderstand bleiben die Membran- zungen bis zum Schliessen der Spülschlitze durch den Kolben geöffnet. Nach Beendigung des Spülvorganges fällt der als Öffnungskraft wirkende Strömungswiderstand fort und die Membran- zungen beginnen durch ihre Eigenelastizität, bzw. durch an den Membranzungen angreifende Federelemente zu schliessen. Durch erneutes Anschalten des Stromes für die Elektromagneten werden die Membranzungen im nächsten Zyklus wieder auf ihrem Sitz festgehalten.
Bei Vollast der Brennkraftmaschine kann das gesamte Spülsteuerungssystem entweder strom- los bleiben, wobei die Stellung der Membranzungen damit allein durch den Strömungswiderstand bestimmt wird, oder es kann gemäss einer Weiterbildung der Erfindung bei Vollast der Zweitakt- Brennkraftmaschine, die zumindest eine Membranzunge in geöffneten Zustand des Membran- ventils von an der Wand des Kanalabschnittes angeordneten, weiteren Elektromagneten feststell- bar sein. Vorteilhafterweise wird dadurch der Gesamtströmungswiderstand der Membranventilan- ordnung gesenkt.
Eine andere Ausführungsvariante der Erfindung sieht vor, dass das Membranventil zwei symmetrisch ausgebildete im Kanalabschnitt jeweils drehbar gelagerte, vorzugsweise rahmen- förmige Membranträger aufweist, an deren freien Enden jeweils Elektromagnete angeordnet sind, mit welchen die an den Membranträgem einseitig befestigten Membranzungen in Schliessstellung des Membranventiles feststellbar sind, wobei Erweiterungen des Kanalabschnittes vorgesehen sind, welche bei Vollast der Zweitakt-Brennkraftmaschine die beiden Membranträger samt Membranzungen aufnehmen, sowie dass die beiden Membranträger mittels eines Betätigungsge- stänges bewegbar und in deren Offenstellung bei Vollast fixierbar sind.
Im geschlossenen Zustand des Membranventiles können dabei die Membranzungen durch Erregung der Magneten festge- halten werden, wobei zum Öffnen des Membranventiles bei Teillast die Stromzufuhr abgeschaltet wird. Über ein Betätigungsgestänge werden bei Vollast die Membranträger weggeklappt bzw. deren Offenstellung fixiert, wodurch der Strömungswiderstand minimiert wird.
Schliesslich ist erfindungsgemäss vorgesehen, dass die Membranzungen oder Membranträger im Kanalabschnitt mit rechteckigem Querschnitt im wesentlichen dachförmig angeordnet sind, wobei die freien Enden der Membranzungen oder Membranträger in die Strömungsrichtung des Spül- stromes zeigen.
Die Erfindung wird im folgenden anhand von Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen in zum Teil schematischer Darstellung Fig. 1 und 2 ein erfindungsgemässes Spülsystem einer Zweitakt- Brennkraftmaschine im Aufriss und im Grundriss, Fig. 3 ein elektromagnetisch entriegelbares Memb- ranventil des Spülsystems, Fig. 4 eine Ausführungsvariante nach Fig. 3 und Fig. 5 ein Steuer- diagramm der Zweitakt-Brennkraftmaschine.
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Das in Fig. 1 und 2 dargestellte Spülsystem einer Zweitakt-Brennkraftmaschine weist drei in den Zylinder 1 mündende Spülkanäle 2 auf, welche ausgehend von einem gemeinsamen Kanalab- schnitt 3 über Kanalteile 4 und 5 mit Frischladung, bzw. Frischluft bei innerer Gemischbildung, versorgt werden. Zwei der Spülkanäle 2 sind zu beiden Seiten des Auslasskanales 6 angeordnet, einer der Spülkanäle ist dem Auslasskanal 6 gegenüberliegend angeordnet. Die Spülschlitze 7 bzw. der Auslassschlitz 8 werden vom Kolben 9 der Brennkraftmaschine gesteuert. Als Spülstromquelle kann sowohl eine durch den Motorkolben gebildete, hier nicht weiter dargestellte Kurbelkasten- pumpe, als auch ein in den Rohrstutzen 10 mündendes externes Gebläse für die Frischluft dienen.
Dem starren Steuerorgan der Spülschlitze 7 wird ein im Kanalabschnitt 3 angeordnetes, elektromagnetisch entriegelbares Membranventil 11 vorgeschaltet, das innerhalb der von den Spülschlitzen 7 bestimmten Öffnungsdauer den Spülstrom entweder sperren oder freigeben kann.
Dieser Eingriff in die Spülsteuerzeit wird nun zweckmässig so vorgenommen, dass mit sinkender Last das elektromagnetisch entriegelbare Membranventil 11 zunehmend später öffnet als die Spül- schlitze 7 und nach dem so bestimmten Spülbeginn bis nach dem Schliessen der Spülschlitze 7 geöffnet bleibt. Das Spülende ist somit durch die Steuerzeit der Spülschlitze 7 gegeben. Für das abermalige Schliessen des Membranventiles 11steht jedoch der gesamte Kurbelwinkelbereich zur Verfügung in dem die Spülschlitze 7 vom Kolben 9 verdeckt sind, was ein verhältnismässig langsames Schliessen zulässt und damit die Verwendung kostengünstiger Betätigungsorgane ermöglicht.
Wie in Fig. 3 dargestellt, kann das elektromagnetische Membranventil 11 zwei im Kanalab- schnitt 3 einseitig befestigte Membranzungen 12 aufweisen, welche im geschlossenen Zustand an ihren freien, ferromagnetischen Enden 14 von Elektromagneten 15 festgehalten werden. Die Elektromagnete 15, deren elektrische Anschlüsse mit 16 bezeichnet sind, sind auf einem im Kanal- abschnitt 3 angeordneten Träger 17 befestigt.
Die Membranzungen 12 können auch zur Gänze ferromagnetisch ausgebildet sein und schliessen nach Beendigung des Spülvorganges entweder durch ihre Eigenelastizität oder durch an den Membranzungen 12 angreifende, hier nicht dargestellte Federelemente.
Bei Vollast der Brennkraftmaschine können die Membranzungen 12 im geöffneten Zustand 13 von an der Wand des Kanalabschnittes 3 befestigten Elektromagneten 18 festgehalten werden, welche über elektrische Anschlüsse 19 mit Strom versorgt werden. Die Membranzungen werden dadurch in ihrer grössten Öffnungstellung festgehalten, wodurch der Gesamtströmungswiderstand des Membranventiles 11gesenkt wird.
In der Ausführung nach Fig. 4 weist das elektromagnetisch entriegelbare Membranventil 11 zwei im wesentlichen symmetrisch ausgebildete Membranträger 20 auf, deren ein Ende 21 im Kanalabschnitt 3 jeweils drehbar gelagert ist und deren freien Enden 22 im dargestellten, geschlossenen Zustand des Membranventiles dicht aneinanderliegen. Auf den Membranträgern 20, die hier rahmenförmig ausgebildet sind, sind jeweils an den Enden 21 Membranzungen 12 befestigt, deren freie Enden 14 mit an den freien Enden 22 der Membranträger 20 fixierten Elektro- magneten 23 zusammenwirken.
Bei Teillast werden wie in der Ausführung nach Fig. 3 die Membranzungen 12 von den Elektro- magneten 23 freigegeben, während die Membranträger 20 mittels eines Betätigungsgestänges 24 bis 27 fixiert werden. Bei Vollast wird der aus den beiden Membranträgern 20 und den Membran- zungen 12 bestehende Ventilkörper symmetrisch geteilt und über das Betätigungsgestänge 24 bis 27 zur Gänze in seitliche Erweiterungen 28 des Kanalabschnittes 3 geklappt und dort fixiert. Im aufgeklappten Zustand steht somit für den Spülstrom der gesamte Kanalquerschnitt zur Verfügung.
Durch die dachförmige Anordnung der Membranzungen 12 bzw Membranträger 20 wird deren Öffnen durch den Spülstrom entlang Pfeil 29 unterstützt.
In Fig 5 ist in einem Kurbelwinkeldiagramm das gegenständliche Spülsystem einer Zweitakt- Brennkraftmaschine dargestellt. Die maximale Auspufföffnungszeit A und die maximale Spül- kanalöffnungszeit S wird durch die Höhe der Auslass- bzw. Spülschlitze im Zylinder der Brennkraft- maschine bestimmt. Diese werden vom Kolben überstrichen und jeweils für einen bestimmten Kurbelwinkelbereich A bzw. S symmetrisch zum unteren Totpunkt UT freigegeben. Mit Hilfe des gegenständlichen Steuersystems wird nun der Beginn der Spülung abhängig von Last- bzw.
Drehzahlwerten um die Zeit V verzögert, wodurch der Spülstrom im Kurbelwinkelbereich V unter- brochen ist und die verzögerte Spülung nur im Bereich SV stattfinden kann. Der Zeitpunkt des
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Öffnens des Membranventiles wird bei höheren Lasten in Richtung a, bei niedrigeren Lasten in Richtung b verschoben.
PATENTANSPRÜCHE:
1. Spülsystem für eine Zweitakt-Brennkraftmaschine mit in den Zylinder mündenden Spül- kanälen und einem Auslasskanal, mit vom Kolben der Brennkraftmaschine gesteuerten
Spülschlitzen und Auslassschlitz, wobei den Spülkanälen ein in einem Kanalabschnitt ange- ordnetes, elektrisch steuerbares Ventil vorgeschaltet ist, mit welchem innerhalb der Öffnungsdauer der Spülschlitze der Spülstrom zu den einzelnen Spülschlitzen unter- brechbar ist, wodurch die Spülzeit abhängig vom Last- und Drehzahlzustand der Brenn- kraftmaschine steuerbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventil ein druckgesteuer- tes Membranventil (11) ist, dessen zumindest eine Membranzunge (12) in zumindest einer seiner beiden Endstellungen elektromagnetisch entriegelbar ist.