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Die Erfindung betrifft einen Zylinder für einen Zweitaktmotor der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Gattung.
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Aus der
DE 10 2005 019 520 A1 ist ein Zylinder für einen Zweitaktmotor bekannt, der zwei einander gegenüberliegend angeordnete Überströmkanäle besitzt. In jedem Überströmkanal ist am brennraumseitigen Ende eine Strömungsleitrippe vorgesehen. Die Strömungsleitrippe ragt von der radial außen liegenden Rückwand jedes Überströmkanals in den Überströmkanal ein.
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Es ist bekannt, bei Zweitaktmotoren mit zwei an einer Zylinderseite angeordneten Überströmkanälen für die Überströmkanäle unterschiedliche Steuerzeiten vorzusehen, um eine gezielte Spülung des Brennraums zu erreichen.
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Aus der
US 7,100,550 B2 ist ein Zylinder bekannt, dessen Überströmkanal in zwei Teilbereiche geteilt ist, deren obere Enden in Richtung der Zylinderlängsachse zueinander beabstandet sind.
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Aus der
DE 195 12 566 A1 ist ein Zylinder mit Überströmkanälen und zugeordneten Überströmfenstern bekannt, die einen unterschiedlichen Abstand zum Zylinderkopf aufweisen.
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Aus der
DE 10 2005 019 520 A1 ist ein Zylinder mit einer Zylinderlaufbuchse und Strömungsleitrippen bekannt.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Zylinder für einen Zweitaktmotor der gattungsgemäßen Art zu schaffen, der einfach aufgebaut ist und der eine gute Brennraumspülung ermöglicht.
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Diese Aufgabe wird durch einen Zylinder mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
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Der Abstand der beiden Bereiche des Dachs des Überströmkanals im Überströmfenster bewirkt unterschiedliche Steuerzeiten für die beiden Bereiche. Dadurch ist eine gezielte Spülung des Brennraums möglich, obwohl auf jeder Seite des Zylinders nur ein Überströmkanal angeordnet ist. So können die Vorteile eines Zweitaktmotors mit vier oder mehr Überströmkanälen auch bei einem Zweitaktmotor verwirklicht werden, der auf jeder Zylinderseite nur einen Überströmkanal besitzt. Dadurch, dass mit einem Überströmkanal unterschiedliche Steuerzeiten und durch die Strömungsleitrippe auch unterschiedliche Einströmwinkel in den Brennraum realisiert werden können, kann eine gute Brennraumspülung erreicht werden. Gleichzeitig ist der benötigte Bauraum gering, da auf jeder Zylinderseite nur ein Überströmkanal vorgesehen sein muss. Die Erfindung ermöglicht damit auch bei sehr klein bauenden Motoren, bei denen aufgrund der Baugröße auf jeder Zylinderseite nur ein Überströmkanal vorgesehen sein kann, das Erreichen einer guten Brennraumspülung und damit geringe Abgaswerte.
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Vorteilhaft weist das Überströmfenster eine dem Zylinderkopf zugewandte Oberkante auf. Die Strömungsleitrippe ragt zweckmäßig bis an die Oberkante des Überströmfensters und teilt die Oberkante in einen auslassnahen Abschnitt und einen auslassfernen Abschnitt. Im Bereich des Dachs des Überströmfensters sind die beiden Bereiche des Überströmkanals damit durch die Strömungsleitrippe voneinander getrennt. Im unteren, dem Kurbelgehäuse zugewandten Bereich des Überströmfensters sind die beiden Bereiche des Überströmkanals vorteilhaft miteinander verbunden. Die Strömungsleitrippe ragt dabei vorteilhaft nicht über die gesamte Höhe des Überströmfensters bis an das Überströmfenster. Es kann auch vorgesehen sein, dass die Strömungsleitrippe zur Oberkante des Überströmfensters einen Abstand aufweist und auch im Bereich der Oberkante nicht bis an das Überströmfenster ragt.
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Vorteilhaft ist der Abstand des auslassnahen Abschnitts der Oberkante des Überströmfensters zum Zylinderkopf größer als der Abstand des auslassfernen Abschnitts der Oberkante des Überströmfensters zum Zylinderkopf. Es hat sich gezeigt, dass sich dadurch günstige Strömungsverhältnisse erzielen lassen, so dass geringe Abgaswerte des Zweitaktmotors erreicht werden. Vorteilhaft verläuft der auslassnahe Abschnitt der Oberkante parallel zum auslassfernen Abschnitt der Oberkante. Die beiden Abschnitte der Oberkante sind dabei vorteilhaft über eine Stufe miteinander verbunden. Zweckmäßig verläuft die Oberkante in mindestens einem Abschnitt in einer Ebene senkrecht zur Zylinderlängsachse. Dadurch wird der Überströmkanalabschnitt über seine gesamte Breite gleichzeitig zum Brennraum geöffnet. Vorteilhaft ist die in Umfangsrichtung des Zylinders gemessene Länge des auslassnahen Abschnitts der Oberkante kleiner als die Länge des auslassfernen Abschnitts. Dadurch werden günstige Strömungsverhältnisse erreicht. Vorteilhaft beträgt die Länge des auslassnahen Abschnitts weniger als etwa 90%, insbesondere weniger als etwa 70% der Länge des auslassfernen Abschnitts der Oberkante.
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Vorteilhaft ist der Überströmkanal vom Zylinderinnenraum über mindestens einen Teil seiner Länge von einer Zylinderlaufbuchse getrennt. Die Zylinderlaufbuchse erlaubt eine einfache Herstellung des Zylinders. Dadurch, dass der Überströmkanal nicht über seine gesamte Länge zum Kurbelgehäuse hin offen ist, kann in den Überströmkanälen Spülvorlagenluft vorgelagert werden, so dass der Zylinder für einen Zweitaktmotor mit Spülvorlage genutzt werden kann. Die Zylinderlaufbuchse begrenzt das Überströmfenster vorteilhaft an seiner dem Zylinderkopf abgewandten Unterkante. Die Unterkante des Überströmfensters verläuft dabei insbesondere an einer Ebene senkrecht zur Zylinderlängsachse.
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Um günstige Strömungsverhältnisse im Überströmkanal zu erreichen, ist vorgesehen, dass das Dach des Überströmkanals in mindestens einem Bereich des Dachs in einem Radius verläuft. Vorteilhaft verläuft das Dach in mindestens einem Bereich, vorteilhaft im auslassfernen Bereich des Überströmkanals von einer radial außen liegenden Wand des Überströmkanals bis zur Zylinderbohrung in einem durchgehenden Radius. Dadurch wird eine gleichmäßige Strömung im Überströmkanal erreicht. Eine Wirbelbildung, die zu einem verringerten Durchsatz führen könnte, kann weitgehend vermieden werden. Um eine gute Brennraumspülung zu erreichen, ist vorgesehen, dass das Dach in mindestens einem Bereich, insbesondere im auslassnahen Bereich des Überströmkanals benachbart zum Überströmfenster senkrecht zur Zylinderbohrung verläuft. Das Dach im auslassfernen Bereich des Überströmkanals verläuft zweckmäßig benachbart zum Überströmfenster zur Zylinderbohrung geneigt. Dadurch werden unterschiedliche Einströmwinkel im auslassnahen und auslassfernen Bereich des Überströmkanals erreicht. Vorteilhaft schließt der auslassferne Bereich des Dachs benachbart zum Überströmfenster mit der Zylinderbohrung einen Winkel ein, der von etwa 30° bis etwa 60°, insbesondere von etwa 40° bis etwa 50° beträgt. Als besonders vorteilhaft hat sich ein Winkel von etwa 45° erwiesen.
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Vorteilhaft verläuft die in den Überströmkanal ragende Kante der Strömungsleitrippe gegenüber der Zylinderlängsachse in radialer Richtung des Zylinders geneigt. Die Strömungsleitrippe teilt den Überströmkanal nicht vollständig, sondern ragt lediglich in den radial außen liegenden Bereich des Überströmkanals ein. Druckunterschiede zwischen den beiden Abschnitten des Überströmkanals können sich dadurch, dass die Strömungsleitrippe den Überströmkanal nicht über seine gesamte Tiefe teilt, ausgleichen. Die Strömungsleitrippe ist keilförmig ausgebildet und ragt von einer radial außen liegenden Wand des Überströmkanals in den Überströmkanal ein. Die keilförmige Ausbildung der Strömungsleitrippe bewirkt bei etwa parallel zur Zylinderlängsachse geführten Seitenwänden des Überströmkanals eine Verringerung des Strömungsquerschnitts der beiden Bereiche des Überströmkanals in Richtung auf den Brennraum. Dadurch werden günstige Strömungsverhältnisse beim Einströmen in den Brennraum erreicht. Die Seitenwände sind dabei die in radialer Richtung zur Zylinderlängsachse und senkrecht oder geneigt zur Umfangsrichtung liegenden Wände des Überströmkanals.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnung erläutert. Es zeigen:
- 1 einen schematischen Längsschnitt durch einen Zweitaktmotor,
- 2 einen Längsschnitt durch den Zylinder des Zweitaktmotors aus 1,
- 3 eine schematische Darstellung der Überströmfenster des Überströmkanals aus 2,
- 4 einen Schnitt entlang der Linie IV-IV in 2,
- 5 einen Schnitt durch den auslassnahen Bereich des Überströmkanals etwa entlang der Linie V-V in 2,
- 6 einen Schnitt durch den auslassfernen Bereich des Überströmkanals etwa entlang der Linie VI-VI in 2,
- 7 einen Längsschnitt durch den Zylinder ohne Zylinderlaufbuchse,
- 8 eine Ansicht von unten auf den Zylinder aus 7 entlang des Pfeils VIII in 7,
- 9 eine perspektivische Ansicht des Zylinders aus 7,
- 10 eine schematische Ansicht des Überströmkanals des Zylinders aus 7.
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Der in 1 schematisch gezeigte Zweitaktmotor 1 ist als Einzylinder-Motor ausgebildet und wird mit Spülvorlage betrieben. Der Zweitaktmotor 1 kann beispielsweise zum Antrieb eines Werkzeugs in einem handgeführten Arbeitsgerät wie einer Motorsäge, einem Trennschleifer, einem Freischneider oder dgl. dienen. Der Zweitaktmotor 1 besitzt einen Zylinder 2, in dem ein Brennraum 3 ausgebildet ist. Der Brennraum 3 ist von einem hin und her gehend gelagerten Kolben 5 begrenzt. Der Kolben 5 ist in einer im Zylinder 2 ausgebildeten Zylinderbohrung 13 in Richtung einer Zylinderlängsachse 17 geführt. Die Zylinderbohrung 13 wird von einer Zylinderwand 19 begrenzt. Mit „Zylinderbohrung 13“ wird Wand der in den Zylinder eingebrachten Bohrung, die einen Zylinderinnenraum 23 begrenzt, bezeichnet.
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Der Kolben 5 treibt über ein Pleuel 6 eine in einem Kurbelgehäuse 4 drehbar gelagerte Kurbelwelle 7 an. Am Zylinder mündet ein Einlass 9 ins Kurbelgehäuse 4, der vom Kolben 5 schlitzgesteuert ist. Außerdem mündet ein Luftkanal 15 mit mindestens einem Lufteinlass 16 an der Zylinderbohrung 13.
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Im Bereich des in 1 gezeigten unteren Totpunkts des Kolbens 5 ist das Kurbelgehäuse 4 über zwei Überströmkanäle 11 mit dem Brennraum 3 verbunden. Die beiden Überströmkanäle 11 sind symmetrisch zu der in 1 gezeigten Schnittebene beidseitig am Zylinder 2 angeordnet. Jeder Überströmkanal 11 mündet mit einem Überströmfenster 12 in den Brennraum 3. Aus dem Brennraum 3 führt ein Auslass 10 für Abgase. In den Brennraum 3 ragt eine Zündkerze 8. Im Bereich des Überströmfensters 12 ist im Überströmkanal 11 eine Strömungsleitrippe 14 angeordnet. Die Zündkerze 8 ist im Bereich eines Zylinderkopfs 18 angeordnet, der den Zylinder 2 an der dem Kurbelgehäuse 4 abgewandten Seite schließt.
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Im Betrieb des Zweitaktmotors 1 wird beim Aufwärtshub des Kolbens 5 nach dem Öffnen des Einlasses 9 Kraftstoff/Luft-Gemisch ins Kurbelgehäuse 4 angesaugt. Beim Abwärtshub des Kolbens 5 wird das Gemisch im Kurbelgehäuse 4 komprimiert. Im Bereich des oberen Totpunkts des Kolbens 5 ist der Lufteinlass 16 über eine nicht gezeigte Kolbentasche, die als Vertiefung am Umfang des Kolbens 5 ausgebildet ist, mit dem Überströmfenster 12 verbunden. Im Bereich des oberen Totpunkts des Kolbens 5 wird über die Kolbentasche kraftstoffarme oder weitgehend kraftstofffreie Spülvorlagenluft aus dem Luftkanal 15 in jedem Überströmkanal 11 vorgelagert. Beim Abwärtshub des Kolbens 5 öffnet der Kolben 5 zunächst den Auslass 10 und anschließend den Überströmkanal 11. Sobald die Überströmkanäle 11 zum Brennraum 3 offen sind, strömt zunächst die vorgelagerte Spülvorlagenluft in den Brennraum 3 ein und spült Abgase aus dem Brennraum 3 durch den Auslass 10 aus. Anschließend strömt über die beiden Überströmkanäle 11 Kraftstoff/Luft-Gemisch aus dem Kurbelgehäuse 4 in den Brennraum 3 nach. Beim Aufwärtshub des Kolbens 5 wird das Kraftstoff/Luft-Gemisch im Brennraum 3 verdichtet und im Bereich des oberen Totpunkts des Kolbens 5 von der Zündkerze 8 gezündet. Durch die nachfolgende Verbrennung wird der Kolben 5 in Richtung auf seinen unteren Totpunkt beschleunigt. Sobald der Auslass 10 vom Kolben 5 geöffnet wird, strömen die Abgase aus dem Brennraum 3 durch den Auslass 10 aus.
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2 zeigt die Gestaltung des Zylinders 2 im Einzelnen. Der Zylinder 2 besitzt eine Zylinderlaufbuchse 20, die sich bis unterhalb des Auslasses 10 erstreckt. Die Zylinderlaufbuchse 20 besitzt eine dem Brennraum 3 zugewandte Oberkante 32, die eben und senkrecht zur Zylinderlängsachse 17 verläuft und die das Überströmfenster 12 an seiner Unterkante 30 begrenzt. Die Unterkante 30 ist dabei die dem Kurbelgehäuse 4 zugewandte Kante des Überströmfensters 12.
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Wie 2 zeigt, teilt die Strömungsleitrippe 14 eine dem Brennraum 3 zugewandte Oberkante 27 des Überströmfensters 12 in einen ersten, auslassnahen Abschnitt 28 und einen zweiten, auslassfernen Abschnitt 29. Die beiden Abschnitte 28 und 29 der Oberkante 27 verlaufen parallel zueinander und in einer Ebene senkrecht zur Zylinderlängsachse 17. Die beiden Abschnitte 28 und 29 besitzen in Richtung der Zylinderlängsachse 17 einen Versatz zueinander. Im Bereich des Versatzes ist eine Stufe 31 vorgesehen, die die beiden Abschnitte 28 und 29 miteinander verbindet. Der erste Abschnitt 28 der Oberkante 27 besitzt zum Zylinderkopf 18 einen Abstand e, der größer als der Abstand f des zweiten Abschnitts 29 zum Zylinderkopf 18 ist. Die Abstände e und f sind dabei jeweils zum unteren Rand des Zylinderkopfs 18 und bezogen auf die Zylinderlängsachse 17 bis zur gleichen Höhe gemessen. Beim Abwärtshub des Kolbens 5 öffnet der Überströmkanal 11 im Bereich des zweiten Abschnitts 29 der Oberkante 27 zuerst in den Brennraum 3. Erst anschließend öffnet der erste Abschnitt 28 zum Brennraum 3. Der dem Brennraum 3 zugewandte Kolbenboden des Kolbens 5 ist dabei eben ausgebildet und verläuft senkrecht zur Zylinderlängsachse 17.
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An der dem Zylinderkopf 18 abgewandten Seite besitzt der Zylinder 2 einen Zylinderfuß 21, der einen umlaufenden Rand zur Verbindung mit dem Kurbelgehäuse 4 besitzt. An der dem Kurbelgehäuse 4 zugewandten Seite des Einlasses 9 ist ein Impulsanschluss 22 ins Kurbelgehäuse 4 vorgesehen, der zum Antrieb einer Kraftstoffpumpe dienen kann.
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3 zeigt das Überströmfenster 12 in vergrößerter Darstellung. Wie 3 zeigt, besitzen die beiden Abschnitte 28 und 29 einen in Richtung der Zylinderlängsachse 17 gemessenen Abstand a zueinander. Der Abstand a beträgt vorteilhaft etwa 0,2 mm bis etwa 1 mm, insbesondere etwa 0,5 mm bis etwa 0,7 mm. Der Abstand a entspricht vorteilhaft einem Kurbelwellenwinkel von etwa 1° bis etwa 10°, insbesondere von etwa 2° bis etwa 5°. Der Kurbelwellenwinkel bezeichnet dabei den Winkel, um den sich die Kurbelwelle 7 bei einer Bewegung des Kolbens 5 vom ersten Abschnitt 28 zum zweiten Abschnitt 29 dreht.
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Der erste Abschnitt 28 der Oberkante 27 besitzt eine Länge b, die kleiner als eine Länge c des zweiten Abschnitts 29 ist. Die Längen b und c sind dabei in Umfangsrichtung des Zylinders 2 in einer Ebene senkrecht zur Zylinderlängsachse 17 gemessen. Die Länge b des ersten Abschnitts 28 beträgt vorteilhaft weniger als etwa 90%, insbesondere weniger als etwa 70% der Länge c des Abschnitts 29.
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Wie die Schnittdarstellung in 4 zeigt, verläuft der Luftkanal 15 im Zylinder 2 in zwei Ästen, die jeweils mit einem Lufteinlass 16 an einer Seite des Zylinders 2 münden. Jeder Lufteinlass 17 ist im Bereich des oberen Totpunkts des Kolbens 5 mit dem auf dieser Zylinderseite angeordneten Überströmfenster 12 verbunden. Wie 4 zeigt, ist die Strömungsleitrippe 14 keilförmig ausgebildet und ragt von einer radial außen liegenden Wand 33 des Überströmkanals 11 in den Überströmkanal 11. Die Strömungsleitrippe 14 besitzt eine in den Überströmkanal 11 ragende, dem Zylinderinnenraum 23 bzw. der Zylinderlaufbuchse 20 zugewandte Kante 35, die zur Zylinderlaufbuchse 20 einen Abstand k besitzt. Die beiden Bereiche des Überströmkanals 11, die durch die Strömungsleitrippe 14 voneinander getrennt sind, sind benachbart zur Zylinderlaufbuchse 20 dadurch miteinander verbunden, so dass Druckunterschiede zwischen den beiden Bereichen ausgeglichen werden können.
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Wie auch 3 zeigt, besitzen die Überströmkanäle 11 jeweils ein Dach 24, das von der Strömungsleitrippe 14 in zwei Bereiche 25, 26 geteilt ist. Der erste Bereich 25 ist dabei der auslassnahe Bereich des Dachs 24, der am ersten Abschnitt 28 der Oberkante 27 endet, und der zweite Bereich 26 ist der auslassferne Bereich des Dachs 24, der am zweiten Abschnitt 29 der Oberkante 27 endet.
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5 zeigt einen Schnitt durch den ersten, auslassnahen Bereich 25 des Überströmkanals 11. Unterhalb des Überströmfensters 12 ist der Überströmkanal 11 durch die Zylinderlaufbuchse 20 vom Zylinderinnenraum 23 getrennt. Die Oberkante 32 der Zylinderlaufbuchse 20 und der erste Abschnitt 28 der Oberkante 27 begrenzen das Überströmfenster 12. Die radial außen liegende Wand 33 des Überströmkanals 11 geht in einem Radius g in das Dach 24 über. Das Dach 24 ist dabei die Seite des Überströmkanals 11, die den Überströmkanal 11 nach oben, also in Richtung auf den Zylinderkopf 18 begrenzt. Das Dach 24 verläuft benachbart zum ersten Abschnitt 28 der Oberkante 27 im ersten Bereich 25 senkrecht zur Zylinderbohrung 13, also in einer Ebene senkrecht zur Zylinderlängsachse 17. Kraftstoff und Luft strömen aus dem Überströmkanal 11 im ersten Bereich 25 dadurch etwa senkrecht zur Zylinderlängsachse 17 ein.
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6 zeigt die Gestaltung des Dachs 24 im zweiten Bereich 26. Die radial außen liegende Wand 33 geht auch hier mit einem Radius h in das Dach 24 über. Der Radius h erstreckt sich bis an den zweiten Abschnitt 29 der Oberkante 27. Das Dach 24 verläuft damit von der äußeren Wand 33 in einem durchgehenden Radius h bis zur Oberkante 27 des Überströmfensters 12. Der Radius h ist dabei deutlich größer als der Radius g im ersten Bereich 25. Der Radius h kann beispielsweise etwa das 2fache bis etwa das 6fache, vorteilhaft etwa das 3fache bis etwa das 4fache des Radius g betragen. Wie 6 zeigt, ist der zweite Bereich 26 des Dachs 24 so ausgebildet, dass das Dach 24 unter einem Winkel α zur Zylinderbohrung 13 in den Zylinderinnenraum 23 mündet. Der Winkel α beträgt dabei vorteilhaft von etwa 30° bis etwa 60°, insbesondere von etwa 40° bis etwa 50°.
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6 zeigt auch die Gestaltung der Strömungsleitrippe 14. Die Strömungsleitrippe 14 ragt von der radial außen liegenden Wand 33 und vom Dach 24 in den Überströmkanal 11 ein. Die Kante 35 der Strömungsleitrippe 14, die in den Überströmkanal 11 einragt, ist gerade und gegenüber der Zylinderbohrung 13 um einen Winkel β geneigt ausgebildet. Der Winkel β kann vorteilhaft etwa 5° bis etwa 45°, vorteilhaft etwa 10° bis etwa 30° betragen. In radialer Richtung zur Zylinderlängsachse 17 ist die Kante 35 demnach geneigt. Die Strömungsleitrippe 14 erstreckt sich nicht über die gesamte Länge 1 des im Zylinder 2 ausgebildeten Abschnitts des Überströmkanals 11, sondern nur über einen Teilabschnitt. Die Strömungsleitrippe 14 erstreckt sich über eine Länge m des Überströmkanals 11, die vorteilhaft etwa 30% bis etwa 90%, insbesondere etwa 40% bis etwa 70% der Länge 1 des Überströmkanals 11 im Zylinder 2 entspricht. Der Überströmkanal 11 kann dabei aus dem Zylinder 2 direkt ins Kurbelgehäuse 4 münden oder im Kurbelgehäuse 4 weitergeführt sein.
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Wie die 7 und 8 zeigen, besitzt der Zylinder 2 eine Vertiefung 34 für die Zylinderlaufbuchse 20. Die 7 und 8 zeigen den Zylinder 2 dabei in unbearbeitetem Zustand, so dass der Auslass 10 noch nicht zum Zylinderinnenraum 23 geöffnet ist. In die Vertiefung 34 wird die Zylinderlaufbuchse 20 eingepresst. Wie 8 zeigt, besitzt der erste Bereich 25 eine in Umfangsrichtung gemessene Breite i, und der zweite Bereich 26 besitzt eine in Umfangsrichtung gemessene Breite d. Dies ist auch in 9 gezeigt.
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Wie 10 zeigt, nimmt die Breite i, d der beiden Bereiche 25 und 26 des Überströmkanals 11 in Strömungsrichtung zum Brennraum 3 hin aufgrund der Keilform der Strömungsleitrippe 14 ab. Dadurch ergeben sich günstige Strömungsverhältnisse.
