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Zweitaktmotor mit Kurbelkastenpumpe und Umkehrspülung
Die Erfindung bezieht sich auf einen Zweitaktmotor mit Kurbelkastenpumpe und üblichen Steuerzeiten mit drei Zylindern. Das Volumen der Kurbelkastenpumpe 1m inneren Totpunkt beträgt ungefähr das 1, 6 fache des Zylinderhubvolumens.
Bei derartigen Motoren ist es bekannt, bei hoher Drehzahl eine grosse Leistung zu erreichen, während im unteren und mittleren Drehzahlbereich verhältnismässig kleine Drehmomente zur Verfügung stehen. Es ist auch bekannt, das grösste Drehmoment in einen mittleren Drehzahlbereich zu verlegen. Dann ist aber das Drehmoment im oberen Drehzahlbereich verhältnismässig gering.
Es ist allgemein üblich, die Überströmkanäle, auch wenn sie nur kurz sind, verhältnismässig breit in Umfangsrichtung und mit grossem Querschnitt auszuführen, um insbesondere bei hohen Drehzahlen eine ausreichende Füllung zu erzielen. Die Steuerschlitz sind bei höherer Drehzahl nur kurze Zeit geöffnet.
Infolge des geringen Verdichtungsgrades der Kurbelgehäusepumpe sind nur geringe Spüldrücke und davon abhängig geringe Strömungsgeschwindigkeiten des Gemisches in den Spülkanälen erreichbar. Es ist naheliegend, die Querschnitte der SpUlkanäle so gross zu machen, wie es sich möglich machen lässt, ohne andere Nachteile in Kauf nehmen zu müssen. Begrenzt wird die Grösse des Überströmkanals bzw. ihr Querschnitt durch fertigungstechnische Rücksichten. So ist es bei Reihenmotoren nicht ohne weiteres möglich, Überströmkanäle mit beliebig grossen Querschnitten unterzubringen, weil diese entweder die Kanäle des nebenliegenden Zylinders oder den Kühlwasserumlauf behindern oder aber zu breite Steuerquerschnitte zu nahe am Auslassschlitz zu liegen kommen und sogenannte Kurzschlussverluste verursachen.
Es sind auch Motoren bekannt, bei denen eine Vielzahl von Überströmkanälen angeordnet ist, ohne dass diese echte Vorteile bringen. Sie haben sich daher in der Praxis nicht durchgesetzt.
Bei der Erfindung wird vorausgesetzt, dass üblicherweise der Druck im Zylinder beim Öffnen der oberen Überströmkanalschlitze durch den Kolben noch grösser als der Druck Im Kurbelgehäuse ist. Infolgedessen strömt nicht das gesamte Abgas in die Auspuffanlage, sondern ein Teil des Abgases auch in die Überströmkanäle.
Um die Nachteile dieses Zurückströmens von Abgas zu verhindern ist es bekannt, das Gemisch in die Überströmschlitze durch Aussparungen in den Hubscheiben der Kurbelwelle zu steuern. Diese zusätzliche Steuerung bringt aber eine unerwünschte Komplikation mit sich. Es ist weiterhin bekannt, dass die Überströmkanäle für das zu den Einlassschlitzen strömende Spülmittel mit Fenstern im Mantel des Arbeitskol- bens zur Deckung kommen, die eine geringere Höhe als die Einlassschlitze aufweisen, beispielsweise die Hälfte, so dass die Überströmkanäle durch die Fenster im Kolbenmantel erst aufgesteuert werden, wenn die Einlassschlitze durch die Kolbenoberkante schon zu einem beträchtlichen Teil ihrer Höhe aufgesteuert worden sind.
Ausser der Komplikation durch eine Doppelsteuerung ergibt sich der Nachteil, dass mit einer Zone im Kolben unterhalb der dichtenden Kolbenringe verhältnismässig ungenau gesteuert wird.
DieErfindung geht aus von einem Zweitaktmotor mit Kurbelkastenpumpe, Umkehrspülung und 57-580 vor dem unteren Totpunkt öffnenden Überströmschlitzen im Verbrennungsraum mit drei Zylindern von insgesamt bis zu 1 Liter Hubvolumen, bei dem die Überströmkanäle nur durch die obere Kante des Kolbens gesteuert werden und der Überströmkanal sich von einem grossen Eintrittsschlitzquerschnitt zu einem kleineren Querschnitt an der Mündung verjüngt und die die unteren Öffnungen des Überströmkanals steuernden Fenster im Kolben in Richtung der Kolbenbewegung nur so gross und so bemessen sind, dass unmittelbar beim Öffnen der oberen Überströmschlitze sich die Fenster schon mit einem wesentlichen Teil der unteren Öffnungen in den Überströmkanälen decken.
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Die Erfindung schafft dadurch eine Verbesserung, dass jeder der zwei Überströmkanäle mit in Strömungsrichtung gesehen an der Mündung ungefähr quadratischem Querschnitt ein Volumen von etwa 7-8 % des Hubvolumens eines Zylinders hat und die Auspuffanlage vom Auspuffschlitz bis annähernd an die motorseitige Öffnung des Verbindungsrohres in der ersten, abgesetzten Erweiterung 400 - 700 mm lang ist. Das Wesentliche des Erfindungsgedankens liegt im Verkleinern des Volumens der Überströmkanäle durch das Verkleinern in der einzig noch veränderlichen Dimension - der Breite des Überströmkanalquerschnittes.
Dadurch, und weil die Länge der Auspuffanlage vom Auspuffschlitz bis zur Mitte der ersten, abgesetzten Erweiterung 400 - 700 mm beträgt, wird insbesondere das Drehmoment im unteren und mittleren Drehzahlbereich verbessert und zugleich eine kleine Leistungssteigerung ermöglicht.
Die Verkleinerung des Volumens der Überströmkanäle bringt zwei Effekte mit sich, die ein Zurückströmen von Abgas in die Kurbelkammer verhindern..
1) Das Einschwingen von Abgas wird durch zwei Wirbel gebremst, von denen der eine beim Einströmen aus dem Zylinder in den Überströmkanal zwischen Kolbenkante und oberer Kante des oberen Überströmkanalfensters und der andere beim Aufprallen an der Kolbenwand vor dem Austreten aus dem unteren Fenster des Überströmkanals entsteht.
2) Durch die mit der Verkleinerung des Volumens verbundene Querschnittsverkleinerung wird ein un- erwünschtes Zurückströmen von Abgasen vermindert. Durch diese Massnahme wird aber gleichermassen
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zu diesem Zeitpunkt verringert. Gerade dann aber hat die Auspuffsäule noch eine sehr starke Saugenergie, so dass ohne die Drosselung im Überströmkanal der Überströmverlust in der Auspuffanlage verhältnismässig gross wäre.
Mit der Verkleinerung des Überströmkanalvolumens wird der Überströmverlust auch auf Grund folgenden Vorganges verringert : Bei kleinerem Querschnitt der Überströmkanäle ist die Geschwindigkeit des Gasstromes grösser, so dass der sogenannte Kurzschlussverlust vermieden wird. Dieser tritt sonst durch langsames Einströmen der frischen Ladung zwischen den Überströmschlitzen und den Auspuffschlitzen auf. Die mit grosser Geschwindigkeit eintretenden Gasströme steigen gleich nach oben in den Zylinder. Durch die kleinen Querschnitte der Überströmkanäle ist jene Menge des frischen Gemisches geringer, die zu der Zeit in den Zylinder kommt, während der der Auspuff stark saugt. Auch dadurch ist die Verschlechterung der Zylinderfüllung kleiner und das Drehmoment grösser.
Bei kleiner Drehzahl bis zirka 2000 Umdr/min ist durch die Drosselwirkung der im Volumen verkleineren Überströmkanäle jener Ladungsverlust geringer, der durch Rücksaugen eines Teiles der Zylinderladung in die Kurbelkammer kurz vor dem Ende des Rückströmvorganges erfolgt. Dadurch ist die Füllung des Zylinders besser und das Drehmoment steigt auch in diesem Bereich an.
Die beschriebenen Wirkungen lassen sich durch die Abstimmung der Auspuffanlage günstig beeinflussen. So ist es vorteilhaft, wenn das Volumen der ersten, abgesetzten Erweiterung in der Auspuffanlage einschliesslich des Volumens der zweiten, abgesetzten Erweiterung etwa das Zehnfache des einzelnen Zylinders beträgt und der Teil des Verbindungsrohres zwischen dem Volumen der ersten, abgesetzten Erweiterung und demjenigen der dritten, abgesetzten Erweiterung etwa 300 - 400 mm lang ist. Weiterhin beträgt nach einem Merkmal der Erfindung das die dritte, abgesetzte Erweiterung bildende Volumen etwa das Zehnfache eines Einzelzylinders.
Um auch die Sauganlage vorteilhaft mitwirken zu lassen,. kann in der Ansaugleitung die Entfernung des Resonatorraumes - der ersten Erweiterung vom Einlassschlitz stromaufwärts betrachtet-von den Einlassschlitzen etwa 300 und das Volumen der ersten Erweiterung des Resonatorraumes das etwa Siebenfache des Volumens des Einzelzylinders betragen. Schliesslich ist es vorteilhaft, wenn die Länge der Verbindungsleitung zwischen der ersten und der zweiten Erweiterung in der Saugleitung etwa 175 mm und das Volumen der zweiten Erweiterung etwa die Hälfte des ersten beträgt.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel eines Zylinderkörpers dargestellt. Fig. 1 zeigt einen Querschnitt durch den Zylinderblock eines Drei-Zylinder-Zweitaktmotors mit Kurbelkastenpumpe. Der Kolben ist teilweise gebrochen und ohne Kolbenbolzenaugen gezeichnet. Fig. 2 zeigt einen Teilquerschnitt durch den Zylinderblock nach Fig. 1 in verschiedenen Ebenen. Fig. 3 zeigt einen Teilquerschnitt durch die Sauganlage mit Vergaser, den Motor und die Auspuffanlage.
Jeder der zwei Überströmkanäle 1, 2 hat in Strömungsrichtung gesehen an der Mündung ungefähr quadratischen Querschnitt 3, 3'. Das Volumen je eines Überströmkanals 1, 2 beträgt 7 - 8 Ufo des Hubvolumens eines Zylinders 4. Die Überströmkanäle 1, 2 werden durch die obere Kante 5 des Kolbens 6 ge-
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steuert und verjüngen sich von einem grossen, unteren Eintrittsquerschnitt 7, 7'zu einem kleineren, oberen Mündungsquerschnitt 3, 3'. Die Fenster 8,9 im Kolben 6 sind in Richtung der Kolbenbewegung nur so gross und so bemessen, dass unmittelbar beim Öffnen der oberen Überströmschlitze 10, 11 sich die Fenster 8,9 schon mit einem wesentlichen Teil der unteren Öffnungen 12,13 in den Überströmkanälen l, 2 dekken.
Im Zylinder 4 befindet sich ein Saugkanal 14, an den über den üblichen Krümmer 15 ein Vergaser 16 angeschlossen ist. An den Vergaser 16 ist der Änsauggeräuschdämpfer 17 mit Luftfilter angeschlossen.
In der Ansaugleitung beträgt die Entfernung des Resonatorraumes 18, also der ersten Erweiterung, von den Einlassschlitzen 19 etwa 300 mm. Das Volumen des Resonatorraumes 18 beträgt etwa das Siebenfache des Volumens des Einzelzylinders 4. Die Länge der Verbindungsleitung 20 zwischen der ersten Erweiterungdem Resonatorraum 18-und der zweiten Erweiterung - dem Filterinnenraum 21 - ist etwa 175 mm und das Volumen der zweiten Erweiterung - dem FilterÍl1llenraum 21 - zusammen mit dem des Luftfilters 22 beträgt etwa die Hälfte des Volumens des Resonatorraumes 18. Die Auspuffanlage 23 ist vom Auspuffschlitz 24 bis annähernd an die Zone 25 kurz hinter der motorseitigen Öffnung des Verbindungsrohres 29 in der ersten, abgesetzten Erweiterung 26 etwa 400 - 700 mm lang.
Die Zone 25 liegt anderseits vor dem trompetenartigen Übergang der abgesetzten Erweiterung 26. In der Zone 25 werden die Gase reflektiert.
Das Volumen der abgesetzten Erweiterung 26 einschliesslich des Volumens der abgesetzten Erweiterung 27 beträgt etwa das Zehnfache des einzelnen Zylinders 4. Der Teil 28 des Verbindungsrohres 29 zwischen dem Volumen und der dritten, abgesetzten Erweiterung 30 beträgt etwa 300 - 400 mm. Das die dritte, abgesetzte Erweiterung 30 bildende Volumen beträgt etwa das Zehnfache des Volumens eines Einzelzylinders 4.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Zweitaktmotor mit Kurbelkastenpumpe, Umkehrspülung und 57 - 580 vor dem unteren Totpunkt öffnenden Überströmschliizen im Verbrennungsraum mit drei Zylindern von insgesamt bis zu 1 Liter Hubvolumen, bei dem die Überströmkanäle nur durch die obere Kante des Kolbens gesteuert werden und der Überströmkanal sich von einem grossenEintrittsschlitzquerschnitt zu einem kleineren Querschnitt an der Mündung verjüngt und die die unteren Öffnungen des Überströmkanals steuernden Fenster im Kolben in Richtung der Kolbenbewegung nur so gross und so bemessen sind, dass unmittelbar beim Öffnen der oberen Überströmschlitze sich die Fenster schon mit einem wesentlichen Teil der unteren Öffnungen in den Überströmkanälen decken, dadurch gekennzeichnet, dass jeder der zwei Überströmkanäle (1,
2) mit in Strömungsrichtung gesehen an der Mündung ungefähr quadratischem Querschnitt (3, 3') ein Volumen von etwa 7 - 8 % des Hubvolumens eines Zylinders (4) hat und die Auspuffanlage (23) vom Auspuffschlitz (24) bis annähernd an die motorseitige Öffnung des Verbindungsrohres (29) in der ersten, abgesetzten Erweiterung (26) 400 - 700 mm lang ist.