DE102008038915B4 - Two-stroke engine and method of operating a two-stroke engine - Google Patents
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Abstract
Zweitaktmotor (2) mit äußerer Gemischbildung in einem Vergaser (34) für Dieselkraftstoff- oder Kerosin-Betrieb, der für einen Betrieb mit Kurbelkammerspülung ausgelegt ist, und der eine von einem Kurbelgehäuse (14) begrenzte Kurbelkammer (18) umfasst, wobei
dem Vergaser (34) auf der Lufteinlassseite ein Ansaugtrichter (36) vorgeschaltet ist, wobei im Bereich einer Einlassöffnung (46) des Ansaugtrichters (36) ein Einsatz (48) angeordnet ist, wobei in Strömungsrichtung (50) des beim Motorbetrieb angesaugten Luftstroms sich der Einsatz (48) zunächst kontinuierlich verjüngt und dann sprungartig erweitert, und der Querschnitt des Ansaugtrichters (36) zwischen Einsatz (48) und Vergaser (34) kontinuierlich abnimmt, dadurch gekennzeichnet, dass
eine zum Aufheizen des Kurbelgehäuses (14) ausgelegte Heizeinrichtung vorgesehen ist, wobei die Heizeinrichtung eine Anzahl von elektrischen Heizelementen (44) umfasst und einen am Kurbelgehäuse (14) vorbeigeführten und an ihm anliegenden Auslasskrümmer (42) oder Schalldämpfer (60) umfasst.Two-stroke engine (2) with external mixture formation in a carburetor (34) for diesel fuel or kerosene operation, which is designed for operation with crankcase scavenging, and which comprises a crankcase (14) limited by a crankcase (14), wherein
the carburetor (34) on the air inlet side upstream of a suction funnel (36), wherein in the region of an inlet opening (46) of the suction funnel (36) an insert (48) is arranged, wherein in the flow direction (50) of the sucked in during operation of the engine air flow is the Insert (48) initially continuously tapered and then expanded suddenly, and the cross section of the suction funnel (36) between insert (48) and carburetor (34) decreases continuously, characterized in that
a heating device is provided for heating the crankcase (14), the heating device comprising a number of electric heating elements (44) and comprising an exhaust manifold (42) or silencer (60) bypassing the crankcase (14).
Description
Die Erfindung betrifft einen Zweitaktmotor mit äußerer Gemischbildung in einem Vergaser. Sie betrifft weiterhin ein zugehöriges Betriebsverfahren.The invention relates to a two-stroke engine with external mixture formation in a carburetor. It also relates to an associated operating method.
Zweitaktmotoren konventioneller Bauart verfügen üblicherweise über eine so genannte Kurbelkammerspülung, bei der angesaugtes Kraftstoff-Luft-Gemisch zunächst in die die Kurbelwelle aufnehmende, durch das Kurbelgehäuse nach außen begrenzte Kurbelkammer geleitet wird. Dort wird das Kraftstoff-Luft-Gemisch durch den beim Arbeitstakt im Zylinder nach unten gleitenden Kolben vorverdichtet und strömt anschließend, wenn der Kolben einen zugehörigen Überströmkanal in der Zylinderwand freigibt, in den Brennraum über. Im nächsten Takt gleitet der Kolben nach oben und verdichtet das übergeströmte Gemisch im Brennraum, während gleichzeitig frisches Gemisch in die Kurbelkammer angesaugt wird. Die Begriffe „oben” und „unten” beziehen sich dabei auf eine aufrecht stehende Zylinderanordnung mit oben liegendem Zylinderkopf.Conventional-type two-stroke engines usually have what is known as crankcase scavenging, in which the aspirated fuel-air mixture is first conducted into the crankshaft receiving crankcase, which is limited to the outside by the crankcase. There, the fuel-air mixture is pre-compressed by the piston sliding downwards in the cylinder during the power stroke and then, when the piston releases an associated overflow channel in the cylinder wall, flows into the combustion chamber. In the next cycle, the piston slides up and compresses the overflowed mixture in the combustion chamber, while at the same time fresh mixture is sucked into the crank chamber. The terms "top" and "bottom" refer to an upright cylinder arrangement with overhead cylinder head.
Bei einem Zweitakt-Ottomotor erfolgt die Zündung des durch den Kolben verdichteten Kraftstoff-Luft-Gemisches im Brennraum durch eine aktive Zündvorrichtung in Gestalt einer Zündkerze mit zugehöriger Spannungsversorgung und Auslöseelektronik, wenn der Kolben den oberen Totpunkt durchläuft. Das verbrannte Gemisch bzw. Abgas wird am Ende des Arbeitstaktes durch einen dann vom Kolben freigegebenen Auslasskanal aus dem Brennraum entlassen und in der Regel über einen Auslasskrümmer in den Auspuff- bzw. Schalldämpfertrakt geleitet.In a two-stroke gasoline engine, the ignition of the fuel-air mixture compressed by the piston takes place in the combustion chamber through an active ignition device in the form of a spark plug with associated power supply and tripping electronics when the piston passes through top dead center. The combusted mixture or exhaust gas is discharged at the end of the power stroke by an then released from the piston exhaust passage from the combustion chamber and usually passed through an exhaust manifold in the exhaust or Schalldämpfertrakt.
Zweitaktmoren können für eine innere Gemischbildung mit Direkteinspritzung des flüssigen Kraftstoffs in den Brennraum oder für eine äußere Gemischbildung in einem Vergaser konfiguriert sein. Im Vergaser wird der flüssige Kraftstoff in den angesaugten oder über eine Ladevorrichtung hineingepressten Luftstrom eingedüst und zerstäubt. Eine Kurbelkammerspülung wird meist mit einer äußeren Gemischbildung kombiniert.Two-stroke engines may be configured for internal mixture formation with direct injection of the liquid fuel into the combustion chamber or for external mixture formation in a gasifier. In the carburetor, the liquid fuel is injected and atomized into the sucked or injected via a charger airflow. A crankcase scouring is usually combined with an external mixture formation.
Ein Zweitaktmotor gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1 ist aus der
Üblicherweise wird derartigen Zweitaktmotoren als Kraftstoff ein Benzin-Öl-Gemisch zugeführt, wobei der Ölzusatz der Motorschmierung dient. Gerade in jüngerer Zeit besteht aufgrund entsprechender finanzieller Anreize der Wunsch, anstelle von (Normal-)Benzin auf Kerosin, das normalerweise als Kraftstoff für Gasturbinentriebwerke verwendet wird, oder auch auf Dieselkraftstoff auszuweichen.Usually, such a two-stroke engine is supplied as fuel, a gasoline-oil mixture, the oil additive is the engine lubrication. Recently, due to appropriate financial incentives, there has been a desire to avoid kerosene instead of (normal) gas, which is normally used as fuel for gas turbine engines, or even diesel fuel.
Entsprechende Versuche, einen Zweitakt-Ottomotor für einen Diesel- oder Kerosin-Betrieb zu ertüchtigen, sind beispielsweise aus der
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Zweitaktmotor der eingangs genannten Art mit möglichst geringfügigen und kostengünstigen konstruktiven Änderungen für eine Zufuhr von Kerosin als Kraftstoff zu ertüchtigen, ohne dass die Laufkultur und die Betriebsfestigkeit darunter leiden. Des Weiteren soll ein zugehöriges Betriebsverfahren angegeben werden.The present invention is therefore an object of the invention to provide a two-stroke engine of the type mentioned with the least possible and cost-effective design changes for a supply of kerosene as a fuel without the running culture and durability suffer. Furthermore, an associated operating method should be specified.
In Bezug auf den Motor wird die Aufgabe erfindungsgemäß gelöst durch die Merkmale des Anspruchs 1.With regard to the engine, the object is achieved according to the invention by the features of claim 1.
Die Erfindung geht von der Überlegung aus, dass die aus dem Stand der Technik bekannte, vom Dieselmotor übernommene Aufheizung des Zylinderkopfes mittels separatem Glühstift oder ähnlichem mehr Probleme bereitet als Vorteile bringt, so dass dieses Konzept verworfen werden sollte. Vielmehr kann ein zündfähiges Kraftstoff-Luft-Gemisch, wie sich überraschenderweise herausgestellt hat, auch bei Verwendung von Kerosin als Kraftstoff bereitgestellt werden, indem ein Einsatz der genannten Art in den Ansaugtrichter des Vergasers eingesetzt wird, der Strömungswirbel im angesaugten Luftstrom erzeugt und den Luftdurchsatz durch den Vergaser erhöht.The invention is based on the consideration that the known from the prior art, taken over by the diesel engine heating of the cylinder head by means of separate glow plug or the like more problems than advantages, so this concept should be discarded. Rather, an ignitable fuel-air mixture, as has surprisingly been found, even when using kerosene be provided as fuel by an insert of the type mentioned in the inlet funnel of the carburetor is used, the flow vortex generated in the intake air flow and the air flow through increased the carburetor.
Mit anderen Worten: Dem Vergaser ist zweckmäßigerweise auf der Lufteinlassseite ein sich zum Vergasereinlass hin verjüngender Ansaugtrichter vorgeschaltet. Im Bereich der Einlassöffnung des Ansaugtrichters ist ein vorzugsweise ringförmiger Einsatz angeordnet, der sich in Strömungsrichtung des beim Motorbetrieb angesaugten Luftstroms zunächst kontinuierlich verjüngt und dann sprungartig erweitert.In other words, it is expedient for the carburetor to be preceded on the air inlet side by an intake funnel tapering towards the carburetor inlet. In the region of the inlet opening of the intake funnel, a preferably annular insert is arranged, which initially tapers continuously in the flow direction of the air flow sucked in during engine operation and then expands in an abrupt manner.
Der Einsatz kann beispielsweise als Nachrüstteil in einen konventionellen Ansaugtrichter eingebracht sein. Alternativ kann der Ansaugtrichter die gewünschte Innenkonturierung auch von vornherein enthalten. Insbesondere kann ein entsprechend modifizierter Ansaugtrichter auch als einkomponentiges, integrales Bauteil hergestellt sein, beispielsweise in einem Gießverfahren. The insert may for example be introduced as a retrofit part in a conventional intake funnel. Alternatively, the intake funnel can also contain the desired inner contouring from the outset. In particular, a suitably modified intake funnel can also be produced as a one-component, integral component, for example in a casting process.
Durch den Venturi-Effekt des sich verengenden Querschnitts des Strömungskanals wird der angesaugte Luftstrom zunächst beschleunigt, also seine Strömungsgeschwindigkeit erhöht. An der Übergangsstelle, wo sich der Querschnitt dann sprunghaft bzw. plötzlich erweitert, um sich anschließend zum Vergasereinlass hin wieder kontinuierlich gemäß der vorgegebenen Trichterform zu verengen, erfolgt – einhergehend mit einer Geschwindigkeitsreduktion – eine starke Verwirbelung des Luftstroms. Wie sich herausgestellt hat, ist eine derartige Verwirbelung des Luftstroms unmittelbar vor dem Eintritt in den Vergaser gerade bei der Zerstäubung von Kerosin ausgesprochen vorteilhaft und führt – insbesondere in Kombination mit einer anschließenden Vorwärmung des Kerosin-Luft-Gemisches in der Kurbelkammer (siehe unten) – zu einer besseren Verbrennung.Due to the Venturi effect of the narrowing cross-section of the flow channel of the sucked air flow is first accelerated, thus increasing its flow velocity. At the transition point, where the cross-section then suddenly or suddenly expands to then narrow again to the carburetor inlet back continuously according to the predetermined funnel shape, takes place - accompanied by a speed reduction - a strong turbulence of the air flow. As has been found, such a turbulence of the air flow just before the entry into the carburetor especially in the atomization of kerosene is extremely advantageous and leads - especially in combination with a subsequent preheating of the kerosene-air mixture in the crank chamber (see below) - for better combustion.
Der Vergaser ist vorzugsweise als Membranvergaser ausgeführt. Dies hat den Vorteil, dass der Vergaser lageunabhängig und auch unter großen Vibrationen einwandfrei arbeiten kann. Der so erzeugte Kraftstoff-Luft-Nebel wird vorteilhafterweise über einen Einlasskanal bei der Aufwärtsbewegung des Kolbens in die Kurbelkammer des Zweitaktmotors angesaugt und dort beim anschließenden Abwärtshub des Kolbens vorverdichtet. Zweckmäßigerweise ist in dem zwischen der Kurbelkammer und dem Vergaser liegenden Einlasskanal ein beispielsweise als Flatterventil ausgebildetes Rückschlagventil angeordnet, das einen Rückfluss des Kraftstoff-Luft-Gemisches aus der Kurbelkammer in Richtung des Vergasers bei der Abwärtsbewegung des Kolbens (Vorverdichtungsphase) verhindert.The carburetor is preferably designed as a membrane carburetor. This has the advantage that the carburetor can work perfectly regardless of position and even under great vibration. The fuel-air mist thus produced is advantageously sucked via an inlet channel in the upward movement of the piston in the crank chamber of the two-stroke engine and pre-compressed there during the subsequent downward stroke of the piston. Appropriately, in the lying between the crank chamber and the carburetor inlet passage, for example, designed as a flutter valve check valve is arranged, which prevents a backflow of the fuel-air mixture from the crank chamber in the direction of the carburetor during the downward movement of the piston (precompression phase).
Weiterhin hat sich herausgestellt, dass ein besonders gutes Laufverhalten bei einem Zweitaktmotor mit Kurbelkammerspülung insbesondere dann erreicht werden kann, wenn das Kraftstoff-Luft-Gemisch bereits vor seinem Übertritt in den Brennraum – jedoch nach erfolgter Zerstäubung im Vergaser – in der Kurbelkammer auf eine geeignete Betriebstemperatur, insbesondere über das mit der Vorverdichtung erreichbare Maß hinaus, aufgeheizt wird.Furthermore, it has been found that a particularly good running behavior in a two-stroke engine with crankcase scavenging can be achieved in particular when the fuel-air mixture before its passage into the combustion chamber - but after the atomization in the carburetor - in the crank chamber to a suitable operating temperature , in particular beyond the achievable with the pre-compression level, is heated.
Zu diesem Zweck ist erfindungsgemäß eine vergleichsweise großflächige Beheizung des Kurbelgehäuses durch eine zugehörige Heizeinrichtung vorgesehen, die vorzugsweise auf der von der Kurbelkammer abgewandten Außenseite des Kurbelgehäuses angeordnet ist. Dadurch wird erreicht, dass während des Motorbetriebes eine Wärmeübertragung von der aufgeheizten Außenwand des Kurbelgehäuses über die Innenwand auf das vom Vergaser kommende, in die Kurbelkammer einströmende Kraftstoff-Luft-Gemisch stattfindet.For this purpose, a comparatively large-surface heating of the crankcase by an associated heating device is provided according to the invention, which is preferably arranged on the side remote from the crank chamber outside of the crankcase. This ensures that takes place during engine operation, a heat transfer from the heated outer wall of the crankcase on the inner wall to the coming of the carburetor, flowing into the crank chamber fuel-air mixture.
Die thermische Belastung des Kurbelgehäuses hält sich dabei in gut beherrschbaren Grenzen, während eine Überbeanspruchung des ohnehin schon durch die Verbrennungsvorgänge im Brennraum belasteten Zylinderkopfes, wie sie durch den Einsatz von Glühstiften oder dergleichen hervorgerufen werden könnte, konsequent vermieden ist. Durch die relativ lange Verweildauer des Kraftstoff-Luft-Gemischs in der Kurbelkammer, jedenfalls im Vergleich zu der Verweildauer im Brennraum vor der Zündung, ist die nunmehr vorgesehene Beheizung ausgesprochen effektiv. Das Kraftstoff-Luft-Gemisch tritt dabei vorgeheizt in den Brennraum ein. Die weitere Erwärmung durch den Verdichtungsvorgang bei der Aufwärtsbewegung des Kolbens muss dann nicht mehr so stark ausfallen. Damit sind insbesondere bei der Verwendung von Kerosin als Kraftstoff hervorragende Zündeigenschaften sichergestellt.The thermal load of the crankcase keeps within manageable limits, while an overuse of the already loaded by the combustion processes in the combustion chamber cylinder head, as it could be caused by the use of glow plugs or the like, is consistently avoided. Due to the relatively long residence time of the fuel-air mixture in the crank chamber, at least in comparison to the residence time in the combustion chamber before the ignition, the now provided heating is very effective. The fuel-air mixture enters preheated into the combustion chamber. The further heating by the compression process during the upward movement of the piston then does not have to be so strong. This ensures excellent ignition properties, especially when using kerosene as fuel.
Erfindungsgemäß ist die Heizeinrichtung primär als Kaltstarthilfe ausgelegt und umfasst eine Anzahl von elektrischen Heizelementen. Für eine gute Wärmeübertragung auf das Kurbelgehäuse liegen diese bevorzugt als Heizstäbe oder Heizmatten ausgeführten Heizelemente vorteilhafterweise direkt an der Außenseite des Kurbelgehäuses an, stehen also in innigem thermischen Kontakt mit diesem. Die Anbringung an der Außenseite hat den Vorteil, dass die elektrischen Zuleitungen nicht durch das Kurbelgehäuse hindurchgeführt werden müssen, und dass die Heizelemente nicht direkt dem chemisch aggressiven Kraftstoff-Luft-Gemisch ausgesetzt sind. Die Heizelemente werden vor allem bei einem Kaltstart des Motors über eine externe Stromquelle mit Heizstrom beaufschlagt, um so das Kraftstoff-Luft-Gemisch beim Durchströmen der Kurbelkammer anzuwärmen. Die Anzahl der Heizelemente und deren Heizleistung richten sich insbesondere nach dem Volumen der vom Kurbelgehäuse umgebenen Kurbelkammer und nach der gewünschten, für die Erreichung eines bestimmten Temperaturniveaus erforderlichen Anwärmzeit. Um ein Kerosin-Luft-Gemisch für den Kaltstart zündfähig zu machen, sollte die Kurbelgehäusetemperatur an der dem Gemisch zugewandten Innenwand beispielsweise etwa 80°C bis 90°C betragen.According to the invention, the heating device is designed primarily as a cold start aid and comprises a number of electrical heating elements. For a good heat transfer to the crankcase these are preferably designed as heating rods or heating mats running elements advantageously directly on the outside of the crankcase, so are in intimate thermal contact with this. The attachment on the outside has the advantage that the electrical leads must not be passed through the crankcase, and that the heating elements are not exposed directly to the chemically aggressive fuel-air mixture. The heating elements are acted upon, especially with a cold start of the engine via an external power source with heating current, so as to heat the fuel-air mixture as it flows through the crank chamber. The number of heating elements and their heating power depend in particular on the volume of the crankcase surrounded by the crankcase and the desired, required for the achievement of a certain temperature level warm-up. For example, to make a kerosene-air mixture flammable for cold starting, the crankcase temperature at the interior wall facing the mixture should be about 80 ° C to 90 ° C.
In alternativer Ausgestaltung ist das Kurbelgehäuse vorteilhafterweise doppelwandig ausgeführt, wobei die Innen- und die Außenwand einen mit Flüssigkeit befüllbaren Zwischenraum umschließen. Zum Betrieb des Motors, insbesondere beim Startvorgang, wird der Zwischenraum mit einer Flüssigkeit befüllt, die dann über ein geeignetes elektrisches Heizsystem, beispielsweise durch im Zwischenraum oder außerhalb der Außenwand angeordnete Heizstäbe, erwärmt wird.In an alternative embodiment, the crankcase is advantageously designed double-walled, wherein the inner and the outer wall enclose a liquid-filled gap. To operate the engine, in particular during the starting process, the gap with a Liquid filled, which is then heated via a suitable electrical heating system, for example by arranged in the space or outside the outer wall heating elements.
Um das elektrische Heizsystem nicht dauerhaft betreiben zu müssen, sondern es nach dem Startvorgang und gegebenenfalls nach einer gewissen Mindestlaufzeit (Warmlaufphase) des Motors abschalten und von der Heizstromquelle abkoppeln zu können, ist vorteilhafterweise eine Beheizung des Kurbelgehäuses und damit der Kurbelkammer durch die beim Betrieb freigesetzten heißen Verbrennungsrückstände bzw. Abgase vorgesehen. Dazu ist erfindungsgemäß an den Brennraumauslass ein in ein nachgeschaltetes Auspuff- bzw. Schalldämpfersystem mündender Auslasskrümmer derart um das Kurbelgehäuse herum oder an ihm entlang geführt oder gegebenenfalls auch in das Kurbelgehäuse integriert, dass dieses durch Wärmeabstrahlung und/oder durch Wärmeleitung vom Auslasskrümmer beheizt wird. Für einen innigen thermischen Kontakt liegt der Auslasskrümmer vorteilhafterweise zumindest in einem Teilabschnitt an der Außenseite des Kurbelgehäuses an; bevorzugt ist der Auslasskrümmer dort mit dem Kurbelgehäuse fest verbunden, insbesondere verschweißt oder verlötet. Anstelle einer stoffschlüssigen Verbindung oder zusätzlich dazu könnte aber auch eine kraftschlüssige und/oder formschlüssige Verbindung vorgesehen sein, z. B. durch Verschrauben, Nieten etc.In order not to have to operate the electric heating system permanently, but to turn it off after starting and possibly after a certain minimum time (warm-up phase) of the engine and can decouple from the Heizstromquelle, is advantageously a heating of the crankcase and thus the crank chamber released by the operation hot combustion residues or exhaust gases are provided. For this purpose, according to the invention, at the combustion chamber outlet, an exhaust manifold opening into a downstream exhaust or muffler system is guided around or along the crankcase or, if appropriate, also integrated into the crankcase in that it is heated by heat radiation and / or by heat conduction from the exhaust manifold. For an intimate thermal contact of the exhaust manifold is advantageously at least in a section on the outside of the crankcase on; Preferably, the exhaust manifold is fixedly connected there to the crankcase, in particular welded or soldered. Instead of a cohesive connection or in addition to but could also be provided a frictional and / or positive connection, for. B. by screwing, riveting, etc.
Alternativ kann erfindungsgemäß anstelle eines Auslasskrümmers, der an dem dem Brennraumauslass abgewandten Ende in einen Schalldämpfertopf mündet, auch ein Schalldämpfer selber in der beschriebenen Art und Weise um das Kurbelgehäuse herum geführt sein.Alternatively, according to the invention, instead of an exhaust manifold which opens into a silencer pot at the end facing away from the combustion chamber outlet, a silencer itself may also be guided around the crankcase in the manner described.
In vorteilhafter Ausgestaltung ist eine thermische Isolierung zwischen dem – vorteilhafterweise durch eine Heizeinrichtung beheizten – Kurbelgehäuse und dem Vergaser vorgesehen, so dass möglichst kein oder nur ein geringer Wärmeübergang vom Kurbelgehäuse auf das Vergasergehäuse erfolgt und der Vergaser möglichst kühl gehalten wird. Zweckmäßigerweise ist dazu das zwischen dem Kurbelgehäuse und dem Vergasergehäuse sitzende Ventilgehäuse, welches den Einlasskanal für das zerstäubte Kraftstoff-Luft-Gemisch mit dem darin befindlichen Rückschlagventil umschließt, aus einem im Vergleich zum Kurbelgehäuse wesentlich schlechter wärmeleitenden, wärmeisolierenden Material gefertigt, insbesondere aus einem hitzebeständigen, mechanisch und chemisch hoch beanspruchbaren Kunststoff, z. B. aus Polyphenylensulfid (PPS) oder einem ähnlichen Kunststoff. Weiterhin ist der Auslasskrümmer bevorzugt in einem ausreichenden Abstand zum Ventilgehäuse angeordnet, so dass kein nennenswerter Wärmeübergang durch Wärmeabstrahlung erfolgt.In an advantageous embodiment, a thermal insulation between the - advantageously heated by a heater - crankcase and the carburetor is provided so that as little as possible or only a small heat transfer from the crankcase to the carburetor housing and the carburetor is kept as cool as possible. Conveniently, the seated between the crankcase and the carburetor body valve housing, which encloses the inlet channel for the atomized fuel-air mixture with the check valve therein, made of a compared to the crankcase significantly poorer heat-conducting, heat-insulating material, in particular of a heat-resistant, mechanically and chemically highly stressed plastic, z. B. from polyphenylene sulfide (PPS) or a similar plastic. Furthermore, the exhaust manifold is preferably arranged at a sufficient distance from the valve housing, so that no appreciable heat transfer takes place by heat radiation.
In bevorzugter Ausgestaltung ist der Zweitaktmotor als Ottomotor ausgebildet, verfügt also über eine elektrische Zündanlage mit einer in den Zylinderkopf integrierten Zündkerze zur – abhängig von der Kolbenstellung gesteuerten – Zündung des durch den Kolben verdichteten Kraftstoff-Luft-Gemisches. Denkbar wäre es auch, den Zweitaktmotor alternativ als Glühzündermotor mit im Betrieb dauerhaft glühender Glühkerze, etwa mit einer mit Platin-Iridium beschichteten Drahtwendel, auszulegen.In a preferred embodiment, the two-stroke engine is designed as a gasoline engine, so has an electric ignition system with a built-in cylinder head spark plug - controlled depending on the piston position - ignition of the compressed by the piston fuel-air mixture. It would also be conceivable alternatively to design the two-stroke engine as a glow starter motor with a glow plug glowing permanently in operation, such as a wire coil coated with platinum-iridium.
In Bezug auf das Verfahren wird die eingangs genannte Aufgabe gelöst durch die Merkmale des Anspruchs 9.With regard to the method, the object mentioned at the beginning is solved by the features of claim 9.
Unter „Kerosin” ist vorliegend insbesondere ein Kraftstoff aus dem leichten Mitteldestillat der Erdölraffination, nämlich ein leichtes Petroleum, zu verstehen, der ansonsten üblicherweise in der Luftfahrt für den Betrieb von Gasturbinentriebwerken (Flugturbinen) eingesetzt wird. Die in der Regel weit gestreckte, flache Siedelinie von Kerosin liegt zwischen der von Schwerbenzin und Dieselkraftstoff. Geeignete Kerosinsorten werden beispielsweise unter den Handelsbezeichnungen JP-1 (Jet Propellant-1) oder JET A-1 (frühere Bezeichnung JP-1A) oder JP-8 oder JET B oder TS-1 vertrieben. Besonders weit verbreitet und gut erhältlich ist Kerosin der Sorte JET A-1. Zum Zweck der Motorschmierung können dem Kerosin auch ein Schmieröl und/oder andere Additive, insbesondere etwa 4% synthetisches Zweitakt-Öl, beigemengt sein.By "kerosene" is meant in particular present a fuel from the light middle distillate oil refining, namely a light petroleum, which is otherwise commonly used in aviation for the operation of gas turbine engines (aircraft turbines). The usually wide, flat boiling line of kerosene is between that of heavy fuel and diesel fuel. Suitable types of kerosene are sold, for example, under the trade designations JP-1 (Jet Propellant-1) or JET A-1 (formerly JP-1A) or JP-8 or JET B or TS-1. Kerosene of the JET A-1 grade is particularly widespread and readily available. For the purpose of engine lubrication, the kerosene may also be admixed with a lubricating oil and / or other additives, in particular about 4% synthetic two-stroke oil.
Alternativ zu Kerosin kann dem hier beschriebenen Zweitaktmotor auch ein Dieselkraftstoff zugeführt werden.As an alternative to kerosene, a diesel fuel can also be supplied to the two-stroke engine described here.
Erfindungsgemäß findet das Verfahren Anwendung bei einem Zweitaktmotor mit Kurbelkammerspülung, wobei das im Vergaser erzeugt Kerosin-Luft-Gemisch oder Dieselkraftstoff-Luft-Gemisch über die Kurbelkammer in den Brennraum geleitet wird. Dabei wird das Gemisch beim Durchströmen der Kurbelkammer durch eine Heizeinrichtung vorgewärmt und nach dem Übertritt in den Brennraum durch eine aktive Zündvorrichtung gezündet.According to the invention, the method is used in a two-stroke engine with crankcase scavenging, wherein the kerosene-air mixture or diesel fuel-air mixture produced in the carburetor is conducted via the crank chamber into the combustion chamber. The mixture is preheated by flowing through the crank chamber by a heater and ignited after passing into the combustion chamber by an active ignition device.
Das Kurbelgehäuse wird während eines Startvorgangs, insbesondere während eines Motor-Kaltstarts, durch eine elektrische Heizeinrichtung beheizt. Nach einer gewissen Anlaufzeit wird die elektrische Heizeinrichtung abgeschaltet und das Kurbelgehäuse durch Wärmeleitung und/oder Wärmestrahlung von einem an den Brennraumauslass des Zweitaktmotors angeschlossenen, von heißen Verbrennungsabgasen durchströmten Auslasskrümmer oder Schalldämpfer beheizt.The crankcase is heated by an electric heater during a starting operation, particularly during a cold engine start. After a certain startup time, the electric heating device is switched off and the crankcase is heated by heat conduction and / or thermal radiation from an exhaust manifold or silencer, which is connected to the combustion chamber outlet of the two-stroke engine and through which hot combustion exhaust gases flow.
Durch die beschriebenen Maßnahmen läuft der mit Kerosin betriebene Zweitaktmotor ähnlich gut und „rund” wie ein Zweitakt-Benzinmotor. Die bessere Verbrennung lässt den Motor kühler laufen, der Kraftstoffverbrauch reduziert sich. Die mittlere Temperatur im Bereich des Zylinderkopfgehäuses beträgt dann beispielsweise nur noch 160°C bis 190°C im Vergleich zu etwa 220°C bei einem herkömmlichen Benzinmotor gleichen Hubraums. Es ist auch nicht erforderlich, ein gegenüber Benzinmotoren erhöhtes Verdichtungsverhältnis zu wählen. Das Verdichtungsverhältnis, also das Verhältnis des gesamten Brennkammerraumes vor der Verdichtung zum verbliebenen Raum nach der Verdichtung, kann im Gegenteil durch die beschriebenen Maßnahmen etwas geringer ausfallen als bei Benzinbetrieb und beträgt beispielsweise lediglich 8:1 bis 10:1. Dies führt zu einer Reduzierung des Vibrationsniveaus und zu damit zu einer Verlängerung der Lebensdauer der Kurbelwelle sowie von zugehörigen Kugel- oder Nadellagern.By the measures described operated with kerosene two-stroke engine runs similarly well and "round" like a two-stroke petrol engine. The better combustion makes the engine run cooler, the fuel consumption is reduced. The average temperature in the region of the cylinder head housing is then, for example, only 160 ° C to 190 ° C compared to about 220 ° C in a conventional gasoline engine same displacement. It is also not necessary to choose a higher compression ratio compared to gasoline engines. The compression ratio, ie the ratio of the entire combustion chamber space before compression to the remaining space after compression, on the contrary by the measures described may be slightly lower than gasoline operation and is for example only 8: 1 to 10: 1. This leads to a reduction of the vibration level and thus to an extension of the service life of the crankshaft and of associated ball or needle bearings.
Die für den Kerosinbetrieb notwendigen konstruktiven Änderungen berühren den eigentlichen Motortrakt – Zylinder, Kolben, Kurbelgehäuse – nicht oder nur unwesentlich. Sie sind vielmehr überwiegend auf periphere Bauteile – Auslasskrümmer, Ventilgehäuse, Vergaser und Ansaugtrichter – beschränkt. Sie können damit verhältnismäßig einfach auch bei existierenden Motoren von hergebrachter Bauart nachgerüstet werden.The design changes necessary for the kerosene operation touch the actual engine tract - cylinder, piston, crankcase - not or only insignificantly. Rather, they are predominantly limited to peripheral components - exhaust manifold, valve body, carburettor and intake manifold. They can thus be relatively easily retrofitted with existing engines of hergebrachter design.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand einer Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen:An embodiment of the invention will be explained in more detail with reference to a drawing. Show:
Gleiche Teile sind in beiden Figuren mit denselben Bezugszeichen versehen.Identical parts are provided in both figures with the same reference numerals.
Der in
Der Zweitaktmotor
Auf der von der Antriebswelle
Das Kraftstoff-Luft-Gemisch tritt während der Ansaugphase durch die Saugwirkung des nach oben gleitenden Kolbens
Der Zweitaktmotor
Insbesondere ist der an den Auslasskanal
In particular, the is to the
In einer alternativen Variante, die in
Für einen Motor-Kaltstart ist darüber hinaus eine elektrische Beheizung des Kurbelgehäuses
Eine Aufheizung des Zylinderkopfes durch zusätzliche Glühstifte oder dergleichen ist vorteilhafterweise nicht vorgesehen. Eine Vorwärmung des dem Vergaser
Im Gegensatz zu dem üblicherweise metallischen Kurbelgehäuse
Schließlich ist der dem Vergaser
Insbesondere bei einer Kombination der beschriebenen Maßnahmen ist der Zweitaktmotor ohne aufwändige Neukonstruktion und Neuauslegung der zentralen Komponenten Zylinder, Kolben und Kurbelgehäuse oder der Zündeinrichtung für einen Betrieb mit Kerosin oder auch mit Dieselkraftstoff ertüchtigt, und zwar für alle gebräuchlichen Hubraumgrößen von beispielsweise 30 cm3 oder weniger bis hin zu 700 cm3 oder mehr. Selbstverständlich lässt sich das beschriebene Konzept auch bei Mehrzylindermotoren, z. B. bei Mehrzylinder-Reihenmotoren, V-Motoren, Boxermotoren oder Sternmotoren, realisieren. Je nach Lage der Auslasskanäle und je nach „Zugänglichkeit” des Kurbelgehäuses kann es dabei unter Umständen erforderlich sein, den Verlauf des oder der Auslasskrümmer zu variieren. Unter Umständen kann dann ein einziger Auslasskrümmer auch zur Beheizung von mehreren, den einzelnen Zylindern zugeordneten Kurbelgehäuseabschnitten vorgesehen sein. Derartige Modifikationen sind aber für den Fachmann im Lichte obiger Beschreibung offensichtlich und durch die vorliegenden Patentansprüche mit erfasst.In particular, in a combination of the measures described, the two-stroke engine without elaborate redesign and redesign of the central components cylinder, piston and crankcase or the ignition device for operation with kerosene or even with diesel fuel ertüchtigt, for all conventional displacement sizes, for example, 30 cm 3 or less to 700 cm 3 or more. Of course, the concept described also in multi-cylinder engines, z. B. in multi-cylinder inline engines, V-engines, boxer engines or radial engines realize. Depending on the location of the exhaust ports and the "accessibility" of the crankcase, it may be necessary to vary the course of the exhaust manifold (s). Under certain circumstances, a single exhaust manifold can then also be provided for heating a plurality of crankcase sections assigned to the individual cylinders. Such modifications, however, will be apparent to those skilled in the art in light of the above description and are covered by the present claims.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 22
- ZweitaktmotorTwo-stroke engine
- 44
- Zylindercylinder
- 66
- Brennraumcombustion chamber
- 88th
- Kolbenpiston
- 1010
- Pleuelstangeconnecting rod
- 1212
- Kurbelwellecrankshaft
- 1414
- Kurbelgehäusecrankcase
- 1616
- Antriebswelledrive shaft
- 1818
- Kurbelkammercrank chamber
- 2020
- Zylindergehäusecylinder housing
- 2222
- Überströmkanaloverflow
- 2424
- Überströmöffnungoverflow
- 2626
- Auslasskanalexhaust port
- 2828
- Zylinderkopfcylinder head
- 3030
- Zündkerzespark plug
- 3232
- Ventilgehäusevalve housing
- 3434
- Vergasercarburettor
- 3636
- AnsaugtrichterVelocity Stacks
- 3838
- Eintrittskanalinlet channel
- 4040
- Rückschlagventilcheck valve
- 4242
- Auslasskrümmerexhaust manifold
- 4343
- Außenwandouter wall
- 4444
- Heizelementheating element
- 4545
- Anschlussleitungconnecting cable
- 4646
- Einlassöffnunginlet port
- 4848
- Einsatzcommitment
- 5050
- Strömungsrichtungflow direction
- 5252
- Engstellebottleneck
- 6060
- Schalldämpfersilencer
Claims (9)
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
OP8 | Request for examination as to paragraph 44 patent law | ||
R020 | Patent grant now final |
Effective date: 20110820 |
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R081 | Change of applicant/patentee |
Owner name: 3W-INTERNATIONAL GMBH, DE Free format text: FORMER OWNER: 3W-MODELLMOTOREN GMBH, 63322 ROEDERMARK, DE |
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R082 | Change of representative |
Representative=s name: TERGAU & WALKENHORST PATENTANWAELTE PARTGMBB, DE |
|
R119 | Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee | ||
R079 | Amendment of ipc main class |
Free format text: PREVIOUS MAIN CLASS: F02M0007230000 Ipc: F02M0015040000 |