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Die Erfindung betrifft eine Zweitakt-Brennkraftmaschine mit zumindest einem in einem Zylindergehäuse angeordneten Zylinder, in welchem ein hin und hergehender Kolben angeordnet ist, mit seitlich in den Zylinder einmündenden Gaswechselkanälen und zumindest einem über ein Überströmfenster in den Zylinder mündenden, mit einem Kurbelraum verbundenen Überströmkanal, wobei das Überströmfenster zumindest teilweise durch einen in das Zylindergehäuse eingesetzten Einschubteil gebildet sind.
Bei konventionellen Zweitakt-Brennkraftmaschinen wird das Zylindergehäuse üblicherweise mittels verlorener Formen, beispielsweise im Sandguss, hergestellt, da die etwa durch die Gaswechselkanäle und Überströmkanäle gebildeten Hinterschnitte eine Hochdruckgussherstellung mittels Stahlkokillen nicht zulassen. Dies hat den Nachteil eines erheblichen Fertigungsaufwandes.
Aus der US 4 016 815 A ist eine Zweitakt-Brennkraftmaschine mit einem Zylindergehäuse aus Aluminium mit eingesetzten Zylinderbüchsen bekannt, welches im Spritzgussverfahren herstellbar ist. Die vergleichsweise dickwandige Zylinderbüchse ist von der Seite des Zylinderkopfes eingepresst, wodurch relativ hohe mechanische Spannungen in dem thermisch hochbeanspruchten Bereich des oberen Kolbentotpunktes entstehen.
Es ist die Aufgabe der Erfindung, bei einer Zweitakt-Brennkraftmaschine der eingangs genannten Art die Herstellung weiter zu vereinfachen und die Beanspruchung des Zylindergehäuses möglichst gering zu halten.
Erfindungsgemäss erfolgt dies dadurch, dass der Einschubteil von der Seite des Kurbelraumes in das Zylindergehäuse eingepresst ist. Sowohl das Zylindergehäuse als auch der Einschubteil ist ohne Hinterschnitt ausgeführt und lässt sich bei der Herstellung mit Stahlkokillen entformen. Durch die Einpressung des Einschubteiles von der Seite des Kurbelraumes ergeben sich geringere mechanische Beanspruchungen für das Zylindergehäuse, insbesondere im thermisch hochbeanspruchten Bereich des oberen Kolbentotpunktes. Dabei kann vorgesehen sein, dass die Presssitzfläche zwischen Einschubteil und Zylindergehäuse zylindrisch oder in Richtung der Brennraumdecke verjüngend ausgebildet ist.
Gemäss einer vorteilhaften Ausführungsvariante der Erfindung ist vorgesehen, dass die Zylinderlaufbahn nur in einem dem Kurbelraum zugewandten Bereich des Zylinders durch den Einschubteil gebildet ist. In einer hinsichtlich Herstellungsaufwand und mechanischer Beanspruchung für das Zylindergehäuse besonders günstigen Ausführungsvariante ist vorgesehen, dass der Einschubteil im Bereich des Überströmfensters endet und eine Stirnfläche des Einschubteiles vorzugsweise in einer Normalebene auf die Zylinderachse im Bereich des Überstromfensters am Zylindergehäuse anliegt.
Die Stirnfläche des Einschubteiles kann dabei entweder in der Mitte, im Bereich der Steuerkante oder im Bereich der kurbelraumseitigen Kante des Überströmfensters angeordnet sein.
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Die Erfindung eignet sich sowohl für Brennkraftmaschinen, bei denen Zylinderkopf und Zylinderkopfgehäuse separat ausgeführt sind, als auch bei Brennkraftmaschinen, bei denen vorgesehen ist, dass der Zylinder als Sacklochzylinder ausgeführt und das Zylindergehäuse einteilig mit einem Zylinderkopf ausgebildet ist.
Insbesondere in Ausführungsvarianten der Erfindung, bei denen die Presssitzfläche konisch ausgeführt ist, ist es vorteilhaft, wenn im Bereich der Gaswechselkanäle der Presssitzfläche des Einschubteiles zwischen Einschubteil und Zylindergehäuse ein Dichtmittel vorgesehen ist, um eine sichere Abdichtung der Gaswechselkanäle zu erreichen.
Um ein unbeabsichtigtes Lösen und Bewegen des Einschubteiles im Betrieb zu vermeiden, ist vorgesehen, dass der Einschubteil durch eine vorzugsweise ein-oder angeformte Verdrehsicherung bezüglich des Zylindergehäuses gegen Verdrehen gesichert ist. Darüberhinaus ist es besonders vorteilhaft, wenn der Einschubteil einen vorzugsweise durch einen Absatz gebildeten Positionierungsformschlussbereich als Sicherung gegen axiale Verschiebungen aufweist.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Figuren näher erläutert.
Es zeigen Fig. 1 eine erfindungsgemässe Brennkraftmaschine in einem Schnitt gemäss der Linie I-I in Fig. 2, Fig. 2 diese Brennkraftmaschine in einem Schnitt gemäss der Linie II-II in Fig. 1, Fig. 3 einen Einschubteil aus Fig. 1 und 2 in einer Schrägansicht, Fig. 4 eine erfindungsgemässe Brennkraftmaschine in einer zweiten Ausführungsvariante in einem Schnitt gemäss der Linie IV-IV in Fig. 5, Fig. 5 diese Brennkraftmaschine in einem Schnitt gemäss der Linie V-V in Fig. 4, Fig. 6 eine erfindungsgemässe Brennkraftmaschine in einer dritten Ausführungsvariante in einem Schnitt gemäss der Linie VI-VI in Fig. 7, Fig. 7 diese Brennkraftmaschine in einem Schnitt gemäss der Linie VII-VII in Fig. 6, Fig. 8 eine erfindungsgemässe Brennkraftmaschine in einer vierten Ausführungsvariante in einem Schnitt gemäss der Linie VIII-VIII in Fig. 9, Fig.
9 diese Brennkraftmaschine in einem Schnitt gemäss der Linie IX-IX in Fig. 8, Fig. 10 eine erfindungsgemässe Brennkraftmaschine in einer fünften Ausführungsvariante in einem Schnitt gemäss der Linie X-X in Fig. 11, Fig. 11 diese Brennkraftmaschine in einem Schnitt gemäss der Linie XI-XI in Fig. 10, Fig. 12 eine erfindungsgemässe Brennkraftmaschine in einer sechsten Ausführungsvariante in einem Schnitt gemäss der Linie XII-XII in Fig. 13, Fig. 13 diese Brennkraftmaschine in einem Schnitt gemäss der Linie XIII-XIII in Fig. 12, Fig. 14 eine erfindungsgemässe Brennkraftmaschine in einer siebenten Ausführungsvariante in einem Schnitt gemäss der Linie XIV-XIV in Fig. 15, Fig. 15 diese Brennkraftmaschine in einem Schnitt gemäss der Linie XV-XV in Fig. 14, Fig.
16 eine erfindungsgemässe Brennkraftmaschine in einer achten Ausführungsvariante in einem Schnitt gemäss der Linie XVI-XVI in Fig. 17, Fig. 17 diese Brennkraftmaschine in einem Schnitt gemäss der Linie XVII-XVII in Fig. 16, Fig. 18 eine erfindungsgemässe Brennkraftmaschine in einer neunten Ausführungsvariante in einem Schnitt gemäss der Linie XVIII-XVIII in Fig. 19, Fig. 19 diese Brennkraftmaschine in einem Schnitt gemäss der Linie XIX-XIX in Fig. 18, Fig. 20 eine erfindungsgemässe Brennkraftmaschine in einer zehnten Ausführungsvariante in einem Schnitt gemäss der Linie XX-XX in Fig. 21 und Fig. 21 diese Brennkraftmaschine in einem Schnitt gemäss der Linie XXI-XXI in Fig. 20.
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Funktionsgleiche Bauteile sind in den Ausführungsvarianten mit gleichen Bezugszeichen versehen.
Die in den Figuren gezeigten Brennkraftmaschinen weisen zumindest einen in einem Zylindergehäuse 1 angeordneten Zylinder 2 für einen nicht weiter dargestellten hin- und hergehenden Kolben auf, welcher eine mit Bezugszeichen 3 angedeutete Kurbelwelle antreibt. Die Zylinderlaufbahn 4 für den Kolben wird dabei zumindest teilweise durch einen Einschubteil 5 gebildet, welcher von der Seite des Kurbelraumes 6 in das Zylindergehäuse 1 eingepresst ist.
Seitlich in den Zylinder 2 münden Gaswechselkanäle 7, und zwar ein Einlasskanal 8 und ein Auslasskanal 9, sowie Überströmkanäle 10 ein. Die Wände 8a, 9a des Einlasskanales 8 bzw. des Auslasskanales 9, sowie die Wände 10a der Überströmkanäle 10 werden teilweise durch den Einschubteil 5 gebildet. Mit Bezugszeichen 11 ist die Presssitzfläche zwischen Zylindergehäuse 1 und dem Einschubteil 5 bezeichnet. Der Einschubteil 5 weist einen Absatz 5a auf, welcher am Kurbelgehäuse 12 anliegt und einen Positionierungsfonnschluss bildet, um ein axiales Verschieben des Einschubteiles 5 zu vermeiden. Der Einschubteil 5 ist über eine angeformte oder eingeformte Verdrehsicherung 5c gegenüber dem Zylindergehäuse 1 gesichert.
Die Verdrehsicherung 5c besteht beispielsweise aus einem am Einschubteil 5 angeformten Zapfen oder einer Lasche, welche in eine eingeformte Ausbuchtung des Zylindergehäuses 1 eingreift (Fig. 3).
Bei den in den Fig. 1 bis 15 gezeigten Ausführungsvarianten wird die Zylinderlaufbahn 4 nur teilweise, und zwar auf der Seite des Kurbelraumes 6 durch den Einschubteil 5 gebildet. Die Fig. 16 bis 21 zeigen dagegen Ausführungsvarianten, bei denen die Zylinderlaufbahn 4 zur Gänze durch den Einschubteil 5 geformt ist.
Bei dem in den Fig. 3 bis 5 dargestellten Ausführungsbeispiel erstreckt sich der Einschubteil 5 bis zu einem mittigen Bereich des Zylinders 2. Die Stirnfläche 5b des Einschubteiles 5 befindet sich dabei etwa in der Mitte 13a der in den Zylinder 2 mündenden Überströmfenster 13 der Überströmkanäle 10 im Bereich einer Normal ebene 2b auf die Zylinderachse 2a. Zylindergehäuse 1 und Zylinderkopf 14 sind getrennt ausgeführt. Die Presssitzfläche 11 ist im wesentlichen zylindrisch ausgebildet.
Bei den in den Fig. 4 bis 21 gezeigten Ausführungsbeispielen ist der Zylinderkopf 14 und das Zylindergehäuse 1 als Einheit ausgeführt und der Zylinder 2 als Sacklochzylinder ausgebildet.
Die in den Fig. 6 und 7 dargestellte Brennkraftmaschine weist einen Einschubteil 5 mit zylinderischer Presssitzfläche 11 auf, dessen Stirnfläche 5b im Bereich der Steuerkante 13b des Überströmfensters 13 abgeordnet ist. Bei dem in den Fig. 8 und 9 gezeigten Ausführungsbeispiel dagegen befindet sich die Stirnfläche 5b im Bereich der kurbelraumseitigen Kante 13c des Überströmfensters 13.
Die Fig. 10 bis 15 zeigen Ausführungsvarianten mit Einschubteilen 5, welche konische Presssitzflächen 11 aufweisen. Die Presssitzfläche 11 verjüngt sich jeweils in Richtung der Brennraumdecke 15. Bei den Fig. 10 und 11 befindet sich die Stirnfläche 5b im Bereich der Mitte 13a der Überströmfenster 13. In den Fig. 12 und 13 bzw. 14 und 15 sind dagegen Varianten
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dargestellt, bei denen die Stirnfläche Sb im Bereich der kurbelraumseitigen Kante 13c bzw. im Bereich der Steuerkante 13b des Überströmfensters 13 positioniert ist. Bei den in den Fig. 16 bis 19 gezeigten Ausführungsbeispielen wird die gesamte Zylinderlaufbahn 4 durch den von der Seite des Kurbelraumes 6 in das Zylindergehäuse 1 eingeschobenen Einschubteil 5 gebildet. Zylindergehäuse 1 und Zylinderkopf 14 sind als Einheit ausgeführt.
Der Einschubteil 5 in den Fig. 16 und 17 weist eine zylindrische Presssitzfläche 11 auf. In den Fig. 18 und 19 ist die Presssitzfläche 11 konisch ausgeführt, wobei der Konuswinkel a etwa 50 beträgt.
Bei den bisher anhand der Fig. 1 bis 19 beschriebenen Ausführungsvarianten ist die Brennraumdecke 15 durch den Zylinderkopf 14 gebildet. Fig. 20 und 21 zeigen dagegen ein erfindungsgemässes Ausführungsbeispiel, bei dem nicht nur die Zylinderlaufbahn 4, sondern auch die Brennraumdecke 15 durch den Einschubteil 5 gebildet ist. Der Einschubteil 5 ist dabei in ein einstückig mit dem Zylinderkopf 14 ausgebildetes Zylindergehäuse 1 eingepresst. Die Presssitzfläche 11 ist im vorliegenden Beispiel konisch ausgeführt, wobei der Konuswinkel a etwa 10 betragen kann.
Um eine sichere Abdichtung zwischen dem Einschubteil 5 und dem Zylindergehäuse 1 zu erreichen, kann insbesondere bei Ausführungsvarianten mit konischer Presssitzfläche 11 im Bereich der Gaswechselkanäle 7 und er Überströmkanäle 10 ein Dichtmittel eingesetzt werden.
Bei sämtlichen Ausführungsbeispielen lassen sich die Teile Zylindergehäuse 1, Zylinderkopf 14 und Einschubteil 5 jeweils im Hochdruck-Druckguss herstellen und mit Stahlkokillen entformen. Die ermöglicht eine kostengünstige und einfache Herstellung in Leichtbauweise.
Sämtliche Teile bestehen bevorzugt aus Leichtmetall, etwa aus Aluminium.
Durch die Einpressung des Einschubteiles 5 von der Seite des Kurbelraumes 6 werden die mechanischen Beanspruchungen des Zylindergehäuses 1, insbesondere im thermisch hochbeanspruchten Bereich des oberen Kolbentotpunktes, möglichst gering gehalten.
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The invention relates to a two-stroke internal combustion engine with at least one cylinder arranged in a cylinder housing, in which a reciprocating piston is arranged, with gas exchange channels opening laterally into the cylinder and at least one overflow channel opening into the cylinder via an overflow window and connected to a crank chamber. wherein the overflow window is at least partially formed by an insert part inserted into the cylinder housing.
In conventional two-stroke internal combustion engines, the cylinder housing is usually produced using lost molds, for example in sand casting, since the undercuts formed, for example, by the gas exchange channels and overflow channels do not allow high-pressure casting to be produced using steel molds. This has the disadvantage of a considerable manufacturing effort.
From US 4 016 815 A a two-stroke internal combustion engine with a cylinder housing made of aluminum with inserted cylinder liners is known, which can be produced by injection molding. The comparatively thick-walled cylinder liner is pressed in from the side of the cylinder head, as a result of which relatively high mechanical stresses arise in the region of the upper piston dead center that is subjected to high thermal stress.
It is the object of the invention to further simplify the manufacture of a two-stroke internal combustion engine of the type mentioned at the outset and to keep the stress on the cylinder housing as low as possible.
According to the invention, this takes place in that the insertion part is pressed into the cylinder housing from the side of the crank chamber. Both the cylinder housing and the slide-in part are designed without an undercut and can be removed from the mold with steel molds. Pressing the insert part in from the side of the crank chamber results in lower mechanical stresses for the cylinder housing, in particular in the region of the upper piston dead center that is subject to high thermal stress. It can be provided that the press-fit surface between the insert part and the cylinder housing is cylindrical or tapers in the direction of the combustion chamber ceiling.
According to an advantageous embodiment variant of the invention, it is provided that the cylinder track is formed by the insertion part only in an area of the cylinder facing the crank chamber. In an embodiment variant which is particularly favorable in terms of production outlay and mechanical stress for the cylinder housing, it is provided that the insertion part ends in the area of the overflow window and an end face of the insertion part preferably rests on the cylinder axis in the area of the overflow window on the cylinder housing in the normal plane.
The end face of the insert part can be arranged either in the middle, in the area of the control edge or in the area of the edge of the overflow window on the crankcase side.
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The invention is suitable both for internal combustion engines in which the cylinder head and cylinder head housing are designed separately, and for internal combustion engines in which it is provided that the cylinder is designed as a blind hole cylinder and the cylinder housing is formed in one piece with a cylinder head.
In particular in embodiment variants of the invention in which the press-fit surface is conical, it is advantageous if a sealant is provided in the region of the gas exchange channels of the press-fit surface of the insert part between the insert part and the cylinder housing in order to achieve a secure seal of the gas exchange ducts.
In order to avoid unintentional loosening and movement of the insert part during operation, it is provided that the insert part is secured against twisting with respect to the cylinder housing by a preferably molded-in or molded-on anti-rotation device. In addition, it is particularly advantageous if the insertion part has a positioning interlocking area, preferably formed by a shoulder, as a safeguard against axial displacement.
The invention is explained in more detail below with reference to the figures.
1 shows an internal combustion engine according to the invention in a section along the line II in FIG. 2, FIG. 2 shows this internal combustion engine in a section along the line II-II in FIG. 1, FIG. 3 shows an insert part from FIGS. 1 and 2 4, an internal combustion engine according to the invention in a second embodiment variant in a section along the line IV-IV in FIG. 5, FIG. 5 an internal combustion engine in a section along the line VV in FIG. 4, FIG Internal combustion engine in a third embodiment variant in a section along the line VI-VI in FIGS. 7, 7, this internal combustion engine in a section along the line VII-VII in FIGS. 6, 8, an internal combustion engine according to the invention in a fourth embodiment variant in one Section along the line VIII-VIII in Fig. 9, Fig.
9 this internal combustion engine in a section along the line IX-IX in FIG. 8, FIG. 10 an internal combustion engine according to the invention in a fifth embodiment variant in a section along the line XX in FIG. 11, FIG. 11 this internal combustion engine in a section along the line XI-XI in FIG. 10, FIG. 12 shows an internal combustion engine according to the invention in a sixth embodiment variant in a section along the line XII-XII in FIG. 13, FIG. 13 this internal combustion engine in a section along the line XIII-XIII in FIG. 12 14 shows an internal combustion engine according to the invention in a seventh embodiment variant in a section along the line XIV-XIV in FIG. 15, FIG. 15 shows this internal combustion engine in a section along the line XV-XV in FIG. 14, FIG.
16 an internal combustion engine according to the invention in an eighth embodiment variant in a section along the line XVI-XVI in FIG. 17, FIG. 17 this internal combustion engine in a section along the line XVII-XVII in FIG. 16, FIG. 18 an internal combustion engine according to the invention in a ninth Embodiment variant in a section along the line XVIII-XVIII in FIGS. 19, 19, this internal combustion engine in a section along the line XIX-XIX in FIG. 18, FIG. 20 an internal combustion engine according to the invention in a tenth embodiment variant in a section along the line XX-XX in FIG. 21 and FIG. 21 this internal combustion engine in a section along the line XXI-XXI in FIG. 20.
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Components with the same function are provided with the same reference symbols in the design variants.
The internal combustion engines shown in the figures have at least one cylinder 2 arranged in a cylinder housing 1 for a reciprocating piston, not shown, which drives a crankshaft indicated by reference number 3. The cylinder race 4 for the piston is at least partially formed by an insertion part 5 which is pressed into the cylinder housing 1 from the side of the crank chamber 6.
Gas exchange channels 7, namely an inlet channel 8 and an outlet channel 9, and overflow channels 10 open laterally into the cylinder 2. The walls 8a, 9a of the inlet channel 8 and the outlet channel 9, as well as the walls 10a of the overflow channels 10 are partially formed by the insertion part 5. The reference number 11 designates the press-fit surface between the cylinder housing 1 and the insert part 5. The insertion part 5 has a shoulder 5a which bears against the crankcase 12 and forms a positioning connection in order to avoid an axial displacement of the insertion part 5. The insertion part 5 is secured against the cylinder housing 1 by means of an integrally formed or molded-in anti-rotation lock 5c.
The anti-rotation device 5c consists, for example, of a pin or a tab which is integrally formed on the insertion part 5 and which engages in a molded-in bulge of the cylinder housing 1 (FIG. 3).
In the embodiment variants shown in FIGS. 1 to 15, the cylinder track 4 is only partially formed, namely on the side of the crank chamber 6 by the insertion part 5. 16 to 21, on the other hand, show design variants in which the cylinder race 4 is entirely formed by the insertion part 5.
In the exemplary embodiment shown in FIGS. 3 to 5, the insertion part 5 extends to a central region of the cylinder 2. The end face 5b of the insertion part 5 is located approximately in the middle 13a of the overflow windows 13 of the overflow channels 10 opening into the cylinder 2 in the area of a normal plane 2b on the cylinder axis 2a. Cylinder housing 1 and cylinder head 14 are designed separately. The press-fit surface 11 is essentially cylindrical.
In the exemplary embodiments shown in FIGS. 4 to 21, the cylinder head 14 and the cylinder housing 1 are designed as a unit and the cylinder 2 is designed as a blind hole cylinder.
The internal combustion engine shown in FIGS. 6 and 7 has an insertion part 5 with a cylindrical press-fit surface 11, the end face 5b of which is arranged in the region of the control edge 13b of the overflow window 13. In contrast, in the exemplary embodiment shown in FIGS. 8 and 9, the end face 5b is located in the region of the edge 13c of the overflow window 13 on the crankcase side.
10 to 15 show design variants with insert parts 5 which have conical press-fit surfaces 11. The press-fit surface 11 tapers in the direction of the combustion chamber ceiling 15. In FIGS. 10 and 11, the end face 5b is located in the region of the center 13a of the overflow window 13. In contrast, FIGS. 12 and 13 or 14 and 15 are variants
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in which the end face Sb is positioned in the region of the edge 13c on the crankcase side or in the region of the control edge 13b of the overflow window 13. In the exemplary embodiments shown in FIGS. 16 to 19, the entire cylinder track 4 is formed by the insertion part 5 inserted into the cylinder housing 1 from the side of the crank chamber 6. Cylinder housing 1 and cylinder head 14 are designed as a unit.
The insertion part 5 in FIGS. 16 and 17 has a cylindrical press-fit surface 11. 18 and 19, the press-fit surface 11 is of conical design, the cone angle a being approximately 50.
In the embodiment variants previously described with reference to FIGS. 1 to 19, the combustion chamber ceiling 15 is formed by the cylinder head 14. 20 and 21, on the other hand, show an exemplary embodiment according to the invention, in which not only the cylinder track 4, but also the combustion chamber ceiling 15 is formed by the insertion part 5. The insertion part 5 is pressed into a cylinder housing 1 formed in one piece with the cylinder head 14. In the present example, the press-fit surface 11 is of conical design, the cone angle a being approximately 10.
In order to achieve a secure seal between the insert part 5 and the cylinder housing 1, a sealant can be used, in particular in the case of design variants with a conical press-fit surface 11 in the area of the gas exchange channels 7 and the overflow channels 10.
In all of the exemplary embodiments, the parts of cylinder housing 1, cylinder head 14 and insert part 5 can each be produced in high pressure die casting and demolded with steel molds. This enables inexpensive and simple manufacture in a lightweight construction.
All parts are preferably made of light metal, such as aluminum.
By pressing the insert part 5 in from the side of the crank chamber 6, the mechanical loads on the cylinder housing 1 are kept as low as possible, particularly in the region of the upper piston dead center that is subject to high thermal stress.