AT1258U1 - Zweitaktbrennkraftmaschine mit gleichstromspülung - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Zweitaktbrennkraftmaschine mit Gleichstromspülung, mit mehreren seitlichen Einlaßöffnungen pro Zylinder, welche zum Teil in unterschiedlichen Einströmwinkeln (Alpha, Beta) in den jeweiligen Zylinder (1) einmünden. Um die Abstände zwischen den Zylindern (1) zu verringern ist vorgesehen, daß die Einlaßöffnungen (S`An, S`Bn; S`n) in zwei bezüglich einer durch die Zylinderachse (2) und die Kurbelwellenachse aufgespannten Motorlängsebene (3) gegenüberliegend angeordnete Gruppen (A, B; C) zusammengefaßt sind, wobei der Bereich um die Motorlängsebene einlaßöffnungsfrei ausgeführt ist.

Description

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   Die Erfindung betrifft eine Zweitaktbrennkraftmaschine mit Gleichstromspülung, mit mehreren seitlichen, vorzugsweise als Kanäle ausgeführten Einlassöffnungen pro Zylinder, welche zum Teil in unterschiedlichen Einströmwinkeln in den jeweiligen Zylinder einmünden. 



   Die Gleichstromspülung ermöglicht dabei den Ladungswechsel eines Zweitaktmotors, dem die frische Zylinderladung durch Einlasskanäle und in den Zylinder einmündende Einlassöffnungen zugeführt wird. Diese Öffnungen müssen so gestaltet sein, dass einerseits die Abgase des vorangegangenen Arbeitszyklus möglichst vollständig ausgespült werden, und andererseits der frischen Zylinderladung je nach Anforderung des Verbrennungsverfahrens eine bestimmte Ladungsbewegung erteilt wird. 



  Als Kanäle ausgebildete Öffnungen haben gegenüber Einlassschlitzen den Vorteil, dass die einströmende Luft besser geführt wird, wodurch geringere Strömungsverluste auftreten. 



   Die derzeit bekannten   Einlasskanal-bzw.-schlitzge-   staltungen erreichen diese Ziele durch über den gesamten Umfang verteilte Kanäle bzw. Schlitze gleicher Höhe, was den Nachteil hat, dass der Abstand benachbarter Zylinder eines Mehrzylindermotors gegenüber Motoren ohne seitliche Einlassöffnungen deutlich vergrössert werden muss. Eine derartige Zweitakt-Brennkraftmaschine ist etwa aus der AT 384 079 B bekannt. 



   Weiters ist es bekannt, die Einströmwinkel der einzelnen, über den gesamten Umfang verteilten Öffnungen gleicher Höhe unterschiedlich auszuführen, um die Strömung im Zylinderraum gezielt zu beeinflussen. Durch die gleiche Höhe der über dem Umfang gleichmässig verteilten Spülöffnungen wird allerdings die Wirkung unterschiedlicher Einströmwinkel stark gemindert. 



   Aufgabe der Erfindung ist es diese Nachteile zu vermeiden und bei einer Zweitakt-Brennkraftmaschine der eingangs genannten Art die Baugrösse zu reduzieren. Eine weitere Aufgabe ist es, die Ausspülung des Zylinderraumes zu verbessern und die Ladungströmung im Zylinderraum gezielt zu beeinflussen. 



   Erfindungsgemäss wird dies dadurch erreicht, dass die Öffnungen in zwei bezüglich einer durch die Zylinderachse und die Kurbelwellenachse aufgespannten Motorlängsebene gegen- 

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 überliegend angeordnete Gruppen zusammengefasst sind, wobei der Bereich um die Motorlängsebene einlassöffnungsfrei ausgeführt ist. Dadurch kann der Abstand zwischen den Zylinderachsen auf ein Mindestmass reduziert werden. 



   In einer ersten Ausführungsvariante der Erfindung ist vorgesehen, dass die Öffnungen der beiden Gruppen bezüglich der Zylinderachse drehasymmetrisch ausgeführt sind. Dadurch entsteht eine asymmetrische Spülströmung im Zylinderraum, wodurch ganz gezielt bestimmte Zylinderzonen, beispielsweise die Zylinderrandzone oder die Zylindermitte bei der Festlegung der Einströmwinkel begünstigt werden kann. Beispielsweise kann die erste Gruppe dabei zur Spülung der Zylinderrandzonen sowie zur Erzeugung der erforderlichen Ladungsbewegung und die zweite Gruppe zur Ausspülung der Zylindermitte verwendet werden. 



   In einer zweiten Ausführungsvariante der Erfindung ist vorgesehen, dass die beiden Gruppen bezüglich der Zylinderachse drehsymmetrisch ausgeführt sind. Jede Gruppe übernimmt dabei die gleichen Aufgaben, wobei innerhalb jeder Gruppe eine Aufgaben- und Wirkungsteilung erfolgen kann. Beispielsweise können einzelne Öffnungen innerhalb einer Gruppe zur Spülung der Zylinderrandzone und andere Öffnungen zur Ausspülung der Zylindermitte dienen. Jede der beiden Gruppen dient dabei sowohl der Ausspülung als auch der Erzeugung der Ladungsbewegung. Dabei wird ausgehend von der ersten im Sinn der erzeugten Drehbewegung liegenden Öffnung einer Gruppe der axiale Einströmwinkel kontinuierlich vergrössert.

   Somit dienen die ersten Öffnungen einer Gruppe hauptsächlich der Ausspülung der Zylindermitte und Öffnungen mit ansteigender Nummer zunehmend zur Ausspülung der Zylinderrandzone. Ferner wird von Öffnungen mit höherer Nummer verstärkt die erforderliche Ladungsdrehung erzeugt. Zu diesem Zweck wird überdies mit steigender Nummer der axiale Einströmwinkel verkleinert. 



   Vorzugsweise ist dabei vorgesehen, dass zumindest bei einer Gruppe der im Mündungsbereich in den Zylinderraum durch die Strömungsmittellinie und dem Zylinderradiusstrahl aufgespannte radiale Einströmwinkel im Drehsinn der Ladungsbewegung betrachtet von der ersten bis zur n-ten Öffnung stetig zunimmt. Besonders günstig ist es dabei, wenn zusätzlich zumindest bei einer Gruppe der im Mündungsbereich in den Zylinderraum von der Strömungsmittellinie und einer Zylinderachsparallelen aufgespannte axiale Einströmwinkel im Drehsinn der La- 

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 dungsbewegung betrachtet von der ersten bis zur n-ten Öffnung stetig abnimmt. 



   Um zu erreichen, dass sowohl die Zylindermitte als auch die Zylinderrandzonen optimal gespült werden und die erforderliche Ladungsbewegung erzeugt wird, ist in einer bevorzugten Ausführungsvariante der Erfindung vorgesehen, dass die Öffnungen der ersten Gruppe im wesentlichen tangential und die Öffnungen der zweiten Gruppe überwiegend etwa normal zur Motorlängsebene radial in den Zylinderraum einmünden. Die erste der beiden Gruppen spült dabei einerseits die Zylinderrandzonen aus und erzeugt gleichzeitig die erforderliche Ladungsbewegung. Die zweite Gruppe sorgt für die gute Ausspülung der Zylindermitte. Die Erzeugung der Drehbewegung der Frischladung mittels der ersten Gruppe wird in vorteilhafter Weise dadurch bewirkt, dass die Komponenten der Einströmwinkel der einzelnen Öffnungen im Sinne der erzeugten Drehbewegung geändert werden. 



  Dabei wird der radiale Einströmwinkel kontinuierlich vergrö- ssert und der axiale Einströmwinkel kontinuierlich verkleinert. 



   Vorzugsweise kann dabei auch vorgesehen sein, dass im Sinne der Drehrichtung der Ladungsbewegung die Unterkanten des ersten bis zur n-ten Öffnung zumindest einer Gruppe zunehmenden   Abstandvon   der Lage der Kolbenstirnfläche im unteren Totpunkt aufweisen. Dies ermöglicht ein von den drallerzeugenden Öffnungen weitgehend unbeeinflusstes Einströmen durch die ersten Öffnungen und damit Ausspülen der Zylindermitte. 



   Die Erfindung wird anhand der Figuren näher erläutert. 



   Es zeigen Fig. 1 eine erste Ausführungsvariante von erfindungsgemässen Gruppen von Einlassöffnungen in einem Zylinderquerschnitt, Fig. 2 eine zweite Ausführungsvariante der erfindungsgemässen Gruppen in einem Zylinderquerschnitt, Fig. 3 eine teilweise Abwicklung des Zylinders aus Fig. 2, Fig. 4 einen schematischen Längsschnitt durch einen Zylinder entsprechend der Linie IV-IV in Fig. 5 und Fig. 5 einen Zylinderquerschnitt entsprechend der Linie V-V in Fig. 4. 



   Fig. 1 zeigt einen Zylinder 1 einer Zweitakt-Brennkraftmaschine in einem Schnitt quer zur Zylinderachse 2. Beidseits einer durch die nicht weiter dargestellten Kurbelwellenachse und die Zylinderachse 2 aufgespannten Motorlängsebene 3 sind im Zylinder Gruppen A und B von als Kanäle ausgeführte 
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 wobei n für die Anzahl der Öffnungen pro Gruppe A bzw. B steht. Die vom Einlasskanal 4 ausgehenden Gruppen A und B sind zueinander asymmetrisch ausgebildet, die Öffnungen   SA1,   SA2, usw. der ersten Gruppe A münden im wesentlichen tangential in den Zylinderraum 5 ein und erzeugen eine Drallströmung im Bereich der Zylinderwand 1'.

   Die Öffnungen   Sg   bis SBn der zweiten Gruppe B dagegen sind im wesentlichen normal auf die Motorlängsebene 3 ausgebildet und bewirken ein Ausspülen des zentralen Zylinderraumes 5. Zumindest ein Teil der Öffnungen   SB2,     8B3   der zweiten Gruppe B weist dazu eine überwiegend radiale Strömungskomponente auf. Die durch die Gruppen A und B entstehende Spülströmung ist durch die Pfeile V angedeutet. 



   Der radiale   Einströmwinkel a   für die einzelnen Öffnungen SA1, SA2, etc. bleibt für die Gruppe A etwa konstant oder nimmt-in Richtung der Ladungsdrallbewegung betrachtetzwischen der ersten Einlassöffnung SA1 und der letzten Einlass- öffnung SAn stetig zu. Die Öffnungen   SB1, SB2,... 8Bn   der zweiten Gruppe B sind dabei überwiegend etwa normal zur Motorlängsebene 3 ausgerichtet. Dadurch wird der Mantelbereich des Zylinders 1 durch die erste Gruppe A und der Zentralbereich des Zylinders 1 durch die zweite Gruppe B gespült. 



   In den Fig. 4 und 5 ist der axiale Einströmwinkel ss und der radiale   Einströmwinkel a   definiert, wobei zur Verdeutlichung nur eine einzige Einlassöffnung S dargestellt ist. Der radiale Einströmwinkel a wird gebildet durch die Strömungsmittellinie   l   der Öffnung S und einem Radiusstrahl r im Mündungsbereich in den Zylinderraum 5 und beträgt etwa   zwischen -500   und +50 . Der axiale Einströmwinkelss wird von der Strömungsmittellinie 1 und einer Zylinderachsparallelen 2'aufgespannt und beträgt etwa   zwischen -100   und 1000, vorzugsweise zwischen 300 und 1000. 



   Die Strömungsmittellinien der Öffnungen SA1, SA2,.....,SAn bzw. SB1, SB2,.....,SBn sind mit LA1,   LA2.......   
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 drehsymmetrisch bezüglich der Zylinderachse 2 beidseits der Motorlängsebene 3 angeordnet. Zwischen der ersten Einlass- öffnung Si und der letzten Einlassöffnung Sn nimmt der radiale Einlasswinkel a von Öffnung zu Öffnung stetig zu. Während die ersten Öffnungen   S, S   jeder Gruppe C auf den Bereich der Zy- 

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 linderachse 2 gerichtet sind, sind die letzten Öffnungen   Si,   Sn jeder Gruppe C etwa tangential ausgebildet. Die im wesent- 
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 eine Spülung der Zylindermitte, die tangential ausgerichteten Öffnungen   Sn-i, Sn   dagegen eine Spülung der Zylinderrandzone. 



   Fig. 3 zeigt eine Abwicklung des inneren Zylindermantels des zur Fig. 2 dargestellten Zylinders 1 im Bereich der Öffnungen Sl,... Sn einer Gruppe C. Ersichtlich ist, dass die Unterkanten   Kl,... Kn   der Öffnungen   Si,... Sn   im Drehsinn der erzeugten Ladungsbewegung von Öffnung zu Öffnung kontinuierlich angehoben sind, wobei mit   Al, A12,... A1n   jeweils der Abstand zwischen Unterkante Kl,... Kn der Öffnung   Sl,   s2...sn von der mit UT bezeichneten Lage der nicht weiter dargestellten Kolbendeckfläche im unteren Totpunkt bezeichnet ist. 



   Vorteilhafterweise kann dabei   #l1=0   sein, also die Unterkante Kl der ersten Öffnungen S1 einer Gruppe C mit der Lage UT der Kolbenstirnfläche im unteren Totpunkt zusammenfallen. Die Öffnungsoberkanten sind vorzugsweise für jede Öffnung vom unteren Totpunkt UT gleich entfernt vorgesehen. Der Abstand Aln der n-ten Öffnung Sn wird dabei so gewählt, dass die Höhe Hn der letzten Öffnung Sn gegenüber der Höhe   H   der ersten Öffnung S1 um höchstens 30% verringert ist. Die Breite 
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 gelten prinzipiell auch für Ausführungen nach Fig. 1.   Schutzansprüche :   

Claims (1)

1. S CHUTZANSPRÜCHE Zweitaktbrennkraftmaschine mit Gleichstromspülung, mit mehreren seitlichen, vorzugsweise als Kanäle ausgeführten Einlassöffnungen pro Zylinder, welche zum Teil in unterschiedlichen Einströmwinkeln in den jeweiligen Zylinder einmünden, dadurch gekennzeichnet, dass die Einlassöffnungen (SAn, SEn, Sn) in zwei bezüglich einer durch die Zylinderachse (2) und die Kurbelwellenachse aufgespannten Motorlängsebene (3) gegenüberliegend angeordnete Gruppen (A, B, C) zusammengefasst sind, wobei der Bereich um die Motorlängsebene (3) einlassöffnungsfrei ausgeführt ist.

   Zweitaktbrennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnungen (SAn, SBn) der beiden Gruppen (A, B) bezüglich der Zylinderachse (2) drehasymmetrisch ausgeführt sind.

   Zweitaktbrennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnungen (Sn) der beiden Gruppen (C) bezüglich der Zylinderachse (2) drehsymmetrisch ausgeführt sind.

   Zweitaktbrennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest bei einer Gruppe (A, B, C) der im Mündungsbereich in den Zylinderraum (5) durch die Strömungsmittellinie (LAn, LBn, LCn) und dem Zylinderradiusstrahl (r) aufgespannte radiale Einströmwinkel (a) im Drehsinn der Ladungsbewegung betrachtet vom ersten (SAl, SBI, Sl) bis zur n-ten Öffnung (SAn, SBn, Sn) stetig zunimmt.

   Zweitaktbrennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest bei einer Gruppe (A, B, C) der im Mündungsbereich in den Zylinderraum (5) von der Strömungsmittellinie (lAn, lBn' In) und einer Zylinderachsparallelen (21) aufgespannte axiale Einströmwinkel (ss) im Drehsinn der Ladungsbewegung EMI6.1 <Desc/Clms Page number 7>

   Zweitaktbrennkraftmaschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Einlassöffnungen (SAn) der ersten Gruppe (A) im wesentlichen tangential und die Einlassöffnungen (SBn) der zweiten Gruppe (B) überwiegend etwa normal zur Motorlängsebene (3) in den Zylinderraum (5) einmünden.

   Zweitaktbrennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass im Sinne der Drehrichtung der Ladungsbewegung die Unterkanten der ersten (SA1, SB1, S1) bis zur n-ten Öffnung (SAn, SBn, Sn) zumindest einer Gruppe (A, B, C) zunehmenden Abstand All, Al,... Aln) von der Lage (UT) der Kolbenstirnfläche im unteren Totpunkt aufweisen.