DE10362403B3

DE10362403B3 - Zweitaktmotor mit Spülvorlage

Info

Publication number: DE10362403B3
Application number: DE10362403.1A
Authority: DE
Inventors: Dipl.-Ing. Dr. Schlossarczyk Jörg; Dipl.-Ing. Fleig Claus; Dipl.-Ing. Geyer Werner
Original assignee: Andreas Stihl AG and Co KG
Current assignee: Andreas Stihl AG and Co KG
Priority date: 2002-05-24
Filing date: 2003-05-14
Publication date: 2021-02-04
Anticipated expiration: 2023-05-15
Also published as: JP4292024B2; FR2840023B1; JP2003343352A; DE10321571B4; DE10321571A1; FR2840023A1; DE10312092A1; US6895910B2; DE10312092B4; CN1295425C; CN1459555A; US20030217711A1

Abstract

Zweitaktmotor mit einem in einem Zylinder (2) ausgebildeten Brennraum (3), der von einem auf- und abgehenden Kolben (5) begrenzt ist, und der Kolben (5) über ein Pleuel (6) eine in einem Kurbelgehäuse (4) drehbar gelagerte Kurbelwelle (7) antreibt, wobei das Pleuel (6) an einem Pleuelauge (28) mit dem Kolben (5) verbunden ist, mit einem Abgase aus dem Brennraum (3) abführenden Auslass (10) und einem dem Auslass (10) etwa gegenüberliegenden Einlass (11), der dem Kurbelgehäuse (4) ein Kraftstoff/Luft-Gemisch zuführt, das über mindestens einen Überströmkanal (12, 15) aus dem Kurbelgehäuse (4) in den Brennraum (3) übertritt, wobei der Überströmkanal (12, 15) an einem Ende mit einem Einlassfenster (13, 16) in den Brennraum (3) mündet und am anderen Ende mit dem Kurbelgehäuse (4) verbunden ist, und mindestens ein im Wesentlichen kraftstofffreies Gas zuführender Luftkanal (17) mit einem Luftkanalfenster (18) in einem Bereich des Zylinders (2) angeordnet ist, der in jeder Kolbenstellung durch den Kolben (5) vom Kurbelgehäuse (4) und vom Brennraum (3) getrennt ist, und wobei ein Kolbenfenster (19) in einem Bereich der Kolbenstellung eine fluidische Verbindung zwischen dem Luftkanalfenster (18) und dem Einlassfenster (13, 16) des Überströmkanals (12, 15) herstellt, und der Kolben (5) eine Kolbennabe (32) zur Verbindung des Kolbens (5) mit dem Pleuel (6) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand (h) von der Oberkante (30) des Kolbenfensters (19) in Richtung der Zylinderlängsachse (23) zur Achse (29) des Pleuelauges (28) kleiner als der Radius (s) der Kolbennabe (32) ist, wobei der Abstand (h) von der Oberkante (30) des Kolbenfensters (19) zur Achse (29) des Pleuelauges (28) in Richtung auf das Kurbelgehäuse (4) hin gerichtet ist, so dass der Abstand (h) negativ ist, wenn die Oberkante (30) des Kolbenfensters (19) zum Kurbelgehäuse (4) einen größeren Abstand aufweist als die Achse (29) des Pleuelauges (28) zum Kurbelgehäuse (4), und dass die Unterkante (34) des Kolbens (5) auf der dem Auslass (10) zugewandten Seite (35) gegenüber der Unterkante (34) des Kolbens (5) auf der dem Einlass (11) zugewandten Seite (36) um einen Versatz (e) in Richtung auf die Kolbenoberseite (22) versetzt ist.

Description

Die Erfindung betrifft einen Zweitaktmotor, insbesondere für ein tragbares, handgefiihrtes Arbeitsgerät, der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Gattung.
Aus der WO 01/44634 A1 ist ein Zweitaktmotor bekannt, bei dem zwei symmetrisch angeordnete Luftkanäle in vorgegebenen Stellungen des Kolbens über Kolbenfenster mit jeweils einem Überströmkanal verbunden sind. Die in den Überströmkanälen vorgelagerte Luft dient als Spülvorlage.
Die WO 00/43650 A1 zeigt einen Zweitaktmotor mit einem Kolben, der ein Kolbenfenster besitzt. Das Kolbenfenster ist unterhalb des Kolbenbolzenauges angeordnet. Auf der dem Einlass und der dem Auslass zugewandten Seite verläuft die Kolbenunterkante auf der gleichen Höhe.
Die US 2002/0043227 A1 zeigt ebenfalls einen Zweitaktmotor mit einem Kolben, der ein Kolbenfenster aufweist. Das Kolbenfenster dient zur Verbindung eines Zuführkanals mit einem Überströmkanal. Der Kolbenbolzen kann im Kolbenfenster angeordnet sein. Auch hier verläuft die Unterkante des Kolbens auf der dem Einlass und der dem Auslass zugewandten Seite auf der gleichen Höhe.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Zweitaktmotor der gattungsgemäßen Art zu schaffen, der eine geringe Baugröße und ein geringes Gewicht aufweist.
Diese Aufgabe wird durch einen Zweitaktmotor mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Durch Minimierung des Abstandes von der Oberkante, d.h. der dem Brennraum zugewandten Kante, des Kolbenfensters in Richtung der Zylinderlängsachse auf das Kurbelgehäuse zur Achse des Pleuelauges wird eine geringe Bauhöhe in Richtung der Zylinderlängsachse des Zweitaktmotors erreicht. Der Abstand von der Oberkante des Kolbenfensters zur Achse des Pleuelauges ist dabei in Richtung auf das Kurbelgehäuse hin gerichtet, d. h. der Abstand ist negativ, wenn die Oberkante des Kolbenfensters zum Kurbelgehäuse einen größeren Abstand als die Achse des Pleuelauges aufweist. In diesen Fällen ist der Abstand immer kleiner als der Radius der Kolbennabe. Eine Reduzierung des Gewichts und eine Verkürzung der Bauhöhe ergeben sich, wenn die Unterkante des Kolbens auf der dem Auslass zugewandten Seite gegenüber der dem Einlass zugewandten Seite einen Versatz in Richtung auf die Kolbenoberseite aufweist.
Der Versatz beträgt vorteilhaft von 1% bis 15% der Kolbenhöhe auf der dem Einlass zugewandten Seite des Kolbens, insbesondere von 2% bis 10%. Um trotz der geringen Bauhöhe günstige Steuerzeiten zu realisieren, ist vorgesehen, dass der Kolben im Bereich des Kolbenfensters in Richtung auf das Kurbelgehäuse verlängert ist. Die Höhe der Verlängerung des Kolbenfensters beträgt zweckmäßig weniger als 15%, insbesondere weniger als 10% der Kolbenhöhe auf der dem Einlass zugewandten Seite des Kolbens. Zweckmäßig ist das Kolbenfenster etwa L-förmig ausgebildet, wobei der kurze Schenkel des L in Richtung der Zylinderlängsachse nach unten ragt. Eine L-förmige Ausbildung des Kolbenfensters ermöglicht ausreichend lange Steuerzeiten bei kompakter Bauform des Zweitaktmotors.
Vorteilhafte Verhältnisse ergeben sich somit, wenn die Oberkante des Kolbenfensters gegenüber der Achse des Pleuelauges in Richtung auf den Brennraum versetzt ist oder wenn die Oberkante in Richtung auf das Kurbelgehäuse höchstens um einen Weg versetzt ist, der dem Radius der Kolbennabe entspricht. Die geringe Bauhöhe des Zylinders führt gleichzeitig zu einem geringen Gesamtgewicht des Zweitaktmotors. Die Steuerflächen am Kolben werden außerdem gut ausgenutzt.
Die Kolbennabe stellt hier die Lagerung für den Kolbenbolzen dar, ist also das Kolbenbolzenlager. Insbesondere beträgt der Abstand weniger als 50% des Radius der Kolbennabe. Als vorteilhaft hat sich eine Anordnung erwiesen, bei der die Kolbenfensteroberkante im Bereich der Achse des Pleuelauges verläuft.. Insbesondere ist die Kolbennabe vollständig vom Kolbenfenster umschlossen. Es ist vorgesehen, dass um die Kolbennabe herum ein Dichtsteg verläuft. Dieser verhindert insbesondere eine fluidische Verbindung zwischen Kolbenfenster und Kurbelgehäuse über die Kolbennabe. Zweckmäßig weist der Dichtsteg in Richtung auf das Kolbenfenster eine Breite von 2 mm bis 4 mm auf. Für eine gute Abdichtung ist vorgesehen, dass der radiale Abstand zwischen Dichtsteg und Zylinderinnenwand in jeder Stellung des Kolbens höchstens 0,1 mm, insbesondere weniger als 50 µm, beträgt. Zur Verbesserung der Dichteigenschaften ist vorgesehen, dass der Dichtsteg mindestens eine umlaufende Dichtnut aufweist. Mehrere umlaufende Dichtnuten können zweckmäßig sein.
Ein gutes Spülergebnis und günstige Abgaswerte werden erreicht, wenn zwei Luftkanalfenster und vier Überströmkanäle symmetrisch zur Zylinderlängsachse angeordnet sind.
Zur Verkürzung der Bauhöhe ist vorgesehen, dass die Kurbelwange an ihrer dem Kurbelgehäuse zugewandten Seite eine Abflachung aufweist. Eine Kollision des Kolbens mit der Kurbelwange kann so vermieden werden, auch wenn der Kolben sich im unteren Totpunkt im Rotationsbereich der Kurbelwange befindet. Vorteilhaft ist die Abflachung als Fase mit einem Fasenwinkel γ ausgebildet. Zweckmäßig ist die Bodenfläche des Kolbenfensters zur Rückwand des Kolbenfensters um einen Neigungswinkel β von mehr als 90° geneigt, wobei der Neigungswinkel β insbesondere dem Fasenwinkel entspricht. Als vorteilhaft wird ein Neigungswinkel β von 120° bis 150° angesehen.
Es ist vorgesehen, dass im oberen Totpunkt des Kolbens der Abstand zwischen Kolbenoberkante und Kurbelwellenachse bezogen auf das Verhältnis von Kolbenhub zu Zylinderbohrungsdurchmesser von 130 mm bis 153 mm, insbesondere von 137 mm bis 145 mm beträgt. Bei einem Kolbenhub von 34 mm und einem Zylinderbohrungsdurchmesser von 49 mm ergeben sich für den Abstand somit vorteilhafte Werte von 90 mm bis 105 mm, insbesondere von 94 mm bis 100 mm. Im unteren Totpunkt des Kolbens beträgt der Abstand zwischen Kolbenoberkante und Kurbelwellenachse bezogen auf das Verhältnis von Kolbenhub zu Zylinderbohrungsdurchmesser von 72 mm bis 116 mm, insbesondere von 86 mm bis 102 mm. Bei einem Kolbenhub von 34 mm und einem Zylinderbohrungsdurchmesser von 49 mm beträgt der Abstand somit vorteilhaft 50 mm bis 80 mm, insbesondere von 60 mm bis 70 mm. Diese Kolbenlagen ermöglichen eine kurze Bauform. Gleichzeitig ergeben sich dadurch ausreichend lange Steuerzeiten für eine gute Leistung bei geringen Abgaswerten. Die Steuerflächen am Kolben werden gut ausgenutzt. Gute Steuerzeiten werden erreicht, wenn im unteren Totpunkt des Kolbens der Abstand zwischen Luftkanalfenster und Kolbenoberkante von 0,5 mm bis 5,0 mm, insbesondere von 1,0 mm bis 3,0 mm beträgt. Bei diesen Abmessungen kann gleichzeitig eine gute Abdichtung zwischen Luftkanal und Brennraum gewährleistet werden. Eine ausreichende Abdichtung zwischen Luftkanal und Kurbelgehäuse wird erreicht, wenn im unteren Totpunkt der Abstand zwischen der Unterkante des Kolbens und dem Lager der Kurbelwelle von 0,5 mm bis 3,0 mm, insbesondere etwa 1 mm beträgt.
Um große Querschnitte der Einlassfenster, der Überströmkanäle und des Luftkanalfensters bei kurzer Bauhöhe realisieren zu können und die Steuerflächen am Kolben gut auszunutzen, ist vorgesehen, dass das Luftkanalfenster gegenüber mindestens einem Einlassfenster eines Überströmkanals in Richtung auf das Kurbelgehäuse hin versetzt ist und insbesondere zu dem Einlassfenster einen positiven Abstand aufweist.
Vorteilhaft weist der Kolben eine Kavität vom Kolbenhemd ins Innere auf, wobei die Kavität im Verlauf eines Kolbenhubs nur mit einer funktionalen Öffnung ins Zylinderinnere, insbesondere mit mindestens einem Einlassfenster eines Überströmkanals, fluidisch verbunden ist und die Kavität keine Verbindung zum Kurbelgehäuse herstellt. Mit einer funktionalen Öffnung sind hier alle Öffnungen mit einer einheitlichen Funktion gemeint, also bilden die Einlassfenster der Überströmkanäle zusammen eine funktionale Öffnung, die Luftkanalfenster bilden gemeinsam eine funktionale Öffnung und Einlass und Auslass bilden jeweils für sich eine funktionale Öffnung. Durch die sich von der Zylinderaußenseite ins Vollmaterial des Kolbens erstreckende Kavität wird eine Gewichtsreduzierung des Kolbens erreicht. Dadurch, dass die Kavität nur mit einer funktionalen Öffnung in Verbindung steht, werden Steuerzeiten und Kraftstoff/Luft-Verhältnis nicht beeinflusst.
Zweckmäßig weist die Kavität zu allen funktionalen Öffnungen, mit denen sie im Verlauf eines Kolbenhubs nicht verbunden ist, einen Abstand in Umfangsrichtung auf. Um eine gute Abdichtung der Kavität zu erreichen ist vorgesehen, dass die Kavität mindestens einen umlaufenden Dichtsteg aufweist, dessen Breite vorteilhaft mindestens 1 mm, insbesondere 2 mm bis 4 mm beträgt. Zweckmäßig weist der Dichtsteg mindestens eine umlaufende Dichtnut auf. Vorteilhaft ist die Kavität aus mehreren Einzelkavitäten zusammengesetzt. Die Einzelkavitäten sind dabei insbesondere durch Rippen voneinander getrennt. Hierdurch kann eine gute Führung des Kolbens bei gleichzeitiger Gewichtsreduzierung erreicht werden.
Für ein gutes Spülverhalten bei geringer Baugröße des Zweitaktmotors ist vorgesehen, dass die Kolbenfenster ein Gesamtvolumen aufweisen, das etwa 4% bis 14% des Hubvolumens, d. h. der Differenz der Volumina des Brennraums im oberen und im unteren Totpunkt des Kolbens, entspricht. Um zu vermeiden, dass kraftstofffreie Luft aus dem Luftkanal über das Kolbenfenster ins Kurbelgehäuse gelangen kann, ist vorgesehen, dass am Kolbenfenster mindestens ein umlaufender Dichtsteg ausgebildet ist. Zweckmäßig beträgt die Breite des Dichtstegs zwischen Kolbenfenster und Kurbelgehäuse mindestens 1 mm, insbesondere 2 mm bis 4 mm. Zur Verbesserung der Abdichtung ist vorgesehen, dass ein Dichtsteg mindestens eine umlaufende Dichtnut aufweist.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

1 eine schematische Seitenansicht eines Zweitaktmotors mit dem Kolben in oberen Totpunkt,
2 einen Schnitt durch den Zylinder des Zweitaktmotors entsprechend der Linie II-II in 1,
3 eine schematische Seitenansicht des Zweitaktmotors aus 1 bei Abwärtsbewegung des Kolbens,
4 eine schematische Abwicklung von Zylinder und Kolben bei der in 3 dargestellten Kolbenstellung,
5 eine schematische Seitenansicht des Zweitaktmotors aus 1 bei weiterer Abwärtsbewegung des Kolbens aus der in 3 dargestellten Position,
6 eine schematische Abwicklung von Zylinder und Kolben bei der in 5 dargestellten Kolbenstellung,
7 eine schematische Seitenansicht des Zweitaktmotors aus 1 mit dem Kolben im unteren Totpunkt,
8 eine schematische Abwicklung von Zylinder und Kolben im unteren Totpunkt,
9 eine schematische Seitenansicht des Zweitaktmotors aus 1 bei Aufwärtsbewegung des Kolbens,
10 eine schematische Abwicklung von Zylinder und Kolben bei der in 9 dargestellten Kolbenstellung
11 eine Seitenansicht auf einen Kolben mit Pleuel, Kurbelwelle und Kurbelwellenlager,
12 einen Längsschnitt durch einen Zylinder mit darin angeordnetem Kolben im unteren Totpunkt,
13 einen Schnitt entlang der Linie XIII-XIII in 12,
14 u. 15 perspektivische Ansichten auf einen Kolben 5,
16 eine schematische Abwicklung von Zylinder und Kolben im oberen Totpunkt des Kolbens,
17 eine schematische Abwicklung von Zylinder und Kolben in einer Kolbenstellung entsprechend den 5 und 6,
18 eine schematische Abwicklung von Zylinder und Kolben in der in den 7 und 8 dargestellten Kolbenstellung,
19 eine schematische Abwicklung von Zylinder und Kolben entsprechend der Kolbenstellung in den 9 und 10,
20 eine Seitenansicht auf einen Kolben,
21 den Kolben aus 20 in perspektivischer Darstellung.

Der in 1 dargestellte Zweitaktmotor 1 weist einen in einem Zylinder 2 ausgebildeten Brennraum 3 auf, der durch einen auf- und abgehenden Kolben 5 begrenzt wird. Der Kolben 5 treibt über ein Pleuel 6 eine in einem Kurbelgehäuse 4 mit einem Kugellager 21 um eine Kurbelwellenachse 9 drehbar gelagerte Kurbelwelle 7 an. Die Kurbelwelle 7 umfasst zwei symmetrisch zum Pleuel 6 angeordnete Kurbelwangen 8, die jeweils eine Abflachung 14 auf ihrer dem Kurbelgehäuse 4 zugewandten Seite aufweisen. Der Zweitaktmotor 1 besitzt einen Einlass 11 zur Zufuhr von Kraftstoff/Luft-Gemisch ins Kurbelgehäuse 4 und einen Auslass 10 zur Abfuhr von Abgasen aus dem Brennraum 3. Der Kolben 5 weist zwei symmetrisch angeordnete Kolbenfenster 19 auf, die L-förmig ausgebildet sind, wobei der kurze Schenkel 27 des L dem Einlass 11 zugewandt in Richtung der Zylinderlängsachse 23 angeordnet ist. Da der kurze Schenkel 27 nach unten über den Kolben 5 hinausragt, ist an dem Kolben 5 beidseitig des Einlasses 11 im Bereich des kurzen Schenkels 27 jeweils eine Nase 20 angeformt. Am Kolbenfenster 19 ist ein umlaufender Dichtsteg 49 ausgebildet, dessen Breite o zwischen Kolbenfenster 19 und Kurbelgehäuse 4 2 mm bis 4 mm beträgt. In Richtung auf den Brennraum 3 und in Umfangsrichtung ist der Dichtsteg 49 durch das Kolbenhemd 52 gebildet. Es kann zweckmäßig sein, dass der Dichtsteg 49 eine umlaufende Dichtnut aufweist. Auch mehrere Dichtnuten können vorteilhaft sein.
Der Brennraum 3 ist mit den in 2 schematisch im Schnitt dargestellten Überströmkanälen 12 und 15 fluidisch mit dem Kurbelgehäuse 4 verbunden. Die Überströmkanäle 12, 15 sind symmetrisch zur Zylinderlängsachse 23 und zur Mittellinie 25 von Einlass 11 und Auslass 10 angeordnet und münden über Einlassfenster 13, 16 in den Brennraum 3. Unterhalb des Einlassfensters 13, d.h. in Richtung auf das Kurbelgehäuse 4 hin versetzt, ist das Luftkanalfenster 18 angeordnet, mit dem der Luftkanal 17 im Zylinder 2 mündet. Das Luftkanalfenster 18 ist in einem Bereich der Zylinderwand angeordnet, der in jeder Kolbenstellung durch den Kolben 5 vom Brennraum 3 und vom Kurbelgehäuse 4 getrennt ist.
Im in 1 dargestellten oberen Totpunkt des Kolbens 5 strömt durch den Einlass 11 Kraftstoff/Luft-Gemisch ins Kurbelgehäuse 4. Der Kurbelwinkel α, der den Winkel zwischen der Zylinderlängsachse 23 und der Mittellinie 24 der Kurbelwange 8 bezeichnet, beträgt in dieser Kolbenstellung 0°. Über das Kolbenfenster 19 sind Luftkanalfenster 18 und die Einlassfenster 13 und 16 der Überströmkanäle 12 und 15 fluidisch miteinander verbunden, so dass Luft aus den Luftkanälen 17 über die Kolbenfenster 19 durch die Überströmkanäle 12 und 15 in Richtung auf das Kurbelgehäuse 4 strömen kann. Der Abstand a zwischen Kolbenoberkante 22 und der Kurbelwellenachse 9 beträgt im oberen Totpunkt etwa 95,5 mm. Der Abstand a beträgt bei einem Kolbenhub von 34 mm und einem Zylinderbohrungsdurchmesser von 49 mm vorteilhaft von 90 mm bis 105 mm, insbesondere von 94 mm bis 100 mm. Bezogen auf das Verhältnis von Kolbenhub zu Zylinderbohrungsdurchmesser beträgt der Abstand a von 130 mm bis 153 mm, insbesondere von 137 mm bis 145 mm. Das Verhältnis des Abstands a zum Kolbenhub beträgt zweckmäßig von 2,6 bis 3,1, insbesondere von 2,7 bis 3,0.
Das Pleuel 6 ist, wie im Schnitt in 13 dargestellt, über den Kolbenbolzen 31 in der Kolbennabe 32 gelagert. Der Kolbenbolzen 31 erstreckt sich von der Kolbennabe 32 durch das Pleuelauge 28 des Pleuels 6 auf die gegenüberliegende Seite der Kolbennabe 32. Die Kolbennabe 32 stellt somit das Lager des Kolbenbolzens 31 dar. Im Pleuelauge 28 ist ein Lager 42 angeordnet, mit dem das Pleuel 6 am Kolbenbolzen 31 verschwenkbar gehalten ist. Die in 1 dargestellte Oberkante 30 des Kolbenfensters 19 ist gegenüber der Achse 29 des Pleuelauges 28 in Richtung auf den Brennraum 3 hin versetzt angeordnet. Die Oberkante 30 ist dabei die dem Brennraum 3 zugewandte Kante des Kolbenfensters 19. Die Achse 29 des Pleuelauges 28 weist in Richtung der Längsachse 23 des Zylinders 2 zur Oberkante 30 des Kolbenfensters 19 einen Abstand h auf. Die Oberkante 30 des Kolbenfensters 19 ist im Bereich der Achse 29 des Pleuelauges 28 angeordnet.
In den 3 und 4 sind der Zweitaktmotor 1 und eine Abwicklung von Kolben 5 und Zylinder 2 in einer Stellung dargestellt, in der der Kurbelwinkel α etwa 68° beträgt. Der Abstand a beträgt in dieser Kolbenstellung etwa 83,6 mm, bezogen auf das Verhältnis von Kolbenhub zu Zylinderbohrungsdurchmesser also etwa 121 mm. Der Einlass 11 ist noch geöffnet und die Luftkanalfenster 18 über die Kolbenfenster 19 mit den Einlassfenstern 13 und 16 der Überströmkanäle 12 und 15 verbunden, so dass Kraftstoff/LuftGemisch und weitgehend kraftstofffreie Luft in den Brennraum 3 strömen. Der Auslass 10 aus dem Brennraum 3 ist vom Kolben 5 verschlossen. In 4 sind Kolbennabe 32 und Kolbenbolzen 31 nicht dargestellt. Der Kolben 5 ist in Abwärtsbewegung, bewegt sich also vom Brennraum 3 in Richtung Kurbelgehäuse 4.
Die 5 und 6 zeigen den Zweitaktmotor 1 und die Abwicklung von Kolben 5 und Zylinder 2 nach weiterer Abwärtsbewegung des Kolbens 5. Der Kurbelwinkel α beträgt in dieser Stellung etwa 78° und der Abstand a etwa 79,7 mm. Der Einlass 11 und die Überströmkanäle 12, 15 sind vom Kolben 5 vollständig verschlossen. Die Aussparung 26 des Kolbenfensters 19 ist von der in 6 nicht dargestellten Kolbennabe 32 und dem nicht dargestellten Kolbenbolzen 31 abgedeckt.
In den 7 und 8 ist der Kolben 5 im unteren Totpunkt dargestellt. Der Kurbelwinkel α beträgt in dieser Kolbenstellung 180°. Die Nase 20 des Kolbens 5 befindet sich im Bereich der Kurbelwange 8. Die Abflachung 14 an der Kurbelwange 8 verhindert eine Kollision von Kurbelwange 8 und der Nase 20 des Kolbens 5. Der Abstand d zwischen Zylinderunterkante und der Unterkante des Kolbenfensters 19 beträgt in dieser Kolbenstellung etwa 1 mm bis 2 mm, wobei das Kolbenfenster 19 oberhalb der Zylinderkante angeordnet ist und so von der Zylinderwandung gegenüber dem Kurbelgehäuse 4 verschlossen ist. Der Abstand d bezeichnet somit die Breite des Dichtstegs zwischen Kolbenfenster 19 und Kurbelwellengehäuse 4. Das Luftkanalfenster 18 sowie der Einlass 11 sind vom Kolben 5 verschlossen. Der Abstand c zwischen der Oberkante des Luftkanalfensters 18 und der Kolbenoberkante 22 beträgt in dieser Kolbenstellung etwa 1,5 mm, wobei Abstände c von 0,5 mm bis 5,0 mm vorteilhaft sind. Der Abstand c bezeichnet dabei gleichzeitig die Breite des Dichtstegs zwischen Luftkanalfenster 18 und dem Brennraum 3 im unteren Totpunkt des Kolbens 5. Der Abstand b zwischen dem Einlassfenster 13 des Überströmkanals 12 und der Oberkante des Luftkanalfensters 18 beträgt etwa 2 mm. Der Abstand b bezeichnet dabei die Breite des Dichtstegs zwischen Luftkanalfenster 18 und Einlassfenster 13, wenn diese vom Kolbenhemd verschlossen sind. Der Abstand a zwischen Kurbelwellenachse 9 und Kolbenoberkante 22 beträgt im unteren Totpunkt etwa 61,5 mm. Vorteilhaft beträgt der Abstand a bezogen auf das Verhältnis von Kolbenhub zu Zylinderbohrungsdurchmesser von 72 mm bis 116 mm, insbesondere von 86 mm bis 102 mm. Das Verhältnis des Abstands a zum Kolbenhub beträgt im unteren Totpunkt zweckmäßig 1,4 bis 2,4, insbesondere 1,7 bis 2,1. Die Überströmkanäle 12, 15 münden in den Brennraum, so dass zuerst die in den Überströmkanälen 12, 15 angeordnete Luft und anschließend Kraftstoff/Luft-Gemisch aus dem Kurbelgehäuse 4 in den Brennraum 3 strömt. Der Auslass 10 aus dem Brennraum 3 ist geöffnet, so dass im Brennraum 3 vorhandene Abgase von der einströmenden Luft bzw. dem Kraftstoff/Luft-Gemisch in den Auslass 10 verdrängt werden.
Die 9 und 10 zeigen den Kolben 5 bei Aufwärtsbewegung, d.h. bei Bewegung vom Kurbelgehäuse 4 in Richtung auf den Brennraum 3, aus dem unteren Totpunkt. Der Kurbelwinkel α beträgt etwa 230° und der Abstand a etwa 66,1 mm. Die Nasen 20 befinden sich noch im Bereich der Kurbelwange 8. Die Einlassfenster 13 und 16 der Überströmkanäle 12 und 15 werden durch den nach oben fahrenden Kolben 5 verschlossen. Aus dem Luftkanalfenster 18 beginnt bei weiterer Aufwärtsbewegung des Kolbens 5 Luft in das Kolbenfenster 19 zu strömen. Der Auslass 10 ist geöffnet, so dass Abgase weiter aus dem Brennraum 3 ausströmen.
Die symmetrisch angeordneten Nasen 20 stellen Verlängerungen 33 des Kolbens 5 in Richtung auf das Kurbelgehäuse 4 dar. Die Verlängerungen 33 besitzen dabei eine Höhe f zur dem Einlass 11 zugewandten Seite 36 des Kolbens 5. Auf der dem Auslass 10 zugewandten Seite 35 des Kolbens 5 ist die Unterkante 34 des Kolbens 5 gegenüber der dem Einlass 11 zugewandten Seite 36 um einen Versatz e in Richtung auf die Kolbenoberseite 22 versetzt. Der Versatz e beträgt vorteilhaft von 1% bis 15% der Kolbenhöhe g auf der dem Einlass 11 zugewandten Seite 36 des Kolbens 5, insbesondere von 2% bis 10%. Die Kolbenhöhe g beträgt vorteilhaft von 30 mm bis 50 mm, insbesondere von 35 mm bis 45 mm. Der Abstand h von der Achse 29 des Pleuelauges 28 in Richtung der Zylinderlängsachse 23 auf das Kurbelgehäuse 4 zur Oberkante 30 des Kolbenfensters 19 ist bei dem in 1 bis 10 dargestellten Kolben 5 negativ. Vorteilhaft ist die Höhe h kleiner als der Radius s der Kolbennabe 32, insbesondere beträgt der Abstand h weniger als 50% des Radius s der Kolbennabe 32. Es kann jedoch auch zweckmäßig sein, die Oberkante 30 des Kolbenfensters 19 oberhalb, d.h. in Richtung auf den Brennraum 3 versetzt zur Kolbennabe 32 anzuordnen. Insbesondere ist die Kolbennabe 32 vollständig vom Kolbenfenster 19 umschlossen. Zweckmäßig weist die Kolbennabe 32 mindestens einen umlaufenden Dichtsteg auf, der insbesondere mindestens eine umlaufende Dichtnut besitzt.
Zur Gewichtsreduzierung des Kolbens 5 weist dieser Kavitäten 40, 41 vom Kolbenhemd 52 ins Innere auf, die in 10 dargestellt sind. Im Verlauf eines Kolbenhubs ist hier jede Kavität 40, 41 mit nur einer funktionalen Öffnung fluidisch verbunden. Unter dem Begriff funktionale Öffnung sind dabei alle Öffnungen ins Zylinderinnere zusammengefasst, die eine einheitliche Funktion besitzen. So bilden alle Einlassfenster 13, 16 der Überströmkanäle 12, 15 gemeinsam eine funktionale Öffnung, die beiden Luftkanalfenster 18 bilden gemeinsam eine funktionale Öffnung, der Einlass 11 bildet eine funktionale Öffnung und der Auslass 10 bildet eine funktionale Öffnung. Die maximale Breite der ins Kolbenhemd 52 eingebrachten Kavitäten 40, 41 bestimmt sich über die Breite bzw. den Abstand der funktionalen Öffnungen in Umfangsrichtung. Wie in 10 dargestellt ist, weisen die Luftkanalfenster 18 in Umfangsrichtung eine Breite u auf. Die maximale Breite für eine Kavität 40, die mit den Einlassfenstern 13, 16 der Überströmkanäle 12, 15 in bestimmten Stellungen des Kolbens 5 verbunden ist, ergibt sich aus dem Abstand t zwischen den Luftkanalfenstern 18 und dem Auslass 10.
Um zu vermeiden, dass zwischen benachbarten funktionalen Öffnungen wie den Einlassfenstern 13, 16 der Überströmkanäle 12, 15 und dem Auslass 10 im Verlauf eines Kolbenhubs eine fluidische Verbindung hergestellt wird, ist vorgesehen, dass eine Kavität 40 in Umfangsrichtung zu benachbarten funktionalen Öffnungen einen Abstand x aufweist. So weist die Kavität 40 zum Auslass 10 und zum benachbarten Luftkanalfenster 18 jeweils einen Abstand x auf. Für eine gute Abdichtung ist weiterhin vorgesehen, dass die Kavität 40 einen umlaufenden Dichtrand 54 aufweist. Die Höhe der Kavität 40 in Richtung auf die Kolbenoberkante 22 wird durch die Kolbenringe 53 begrenzt und in Richtung auf das Kurbelgehäuse durch das Kolbenfenster 19 sowie die Unterkante 34 des Kolbens 5.
Eine weitere Kavität 41 ist im Bereich des Einlasses 11 vorgesehen. Diese weist zu den beiden benachbarten Luftkanalfenstern 18 bzw. zu den Kolbenfenstern 19 ebenfalls einen Abstand x in Umfangsrichtung auf. Die Kavität 41 besitzt einen umlaufenden Dichtrand 55. Die Erstreckung der Kavität 41 in Richtung der Zylinderlängsachse 23 wird somit in Richtung auf die Kolbenoberkante 22 durch die Kolbenringe 53 und in Richtung auf das Kurbelgehäuse durch die Kolbenunterseite begrenzt.
Es kann vorteilhaft sein, das Luftkanalfenster 18 unter dem auslassnahen Überströmkanal 15 anzuordnen. Auch die Anordnung des kurzen Schenkels 27 des L auf der dem Einlass 11 abgewandten Seite oder eine T-förmige Ausbildung des Luftkanalfensters 18 kann vorteilhaft sein. Bei der Anordnung des Luftkanalfensters 18 ist insbesondere eine gute Ausnutzung der zur Verfügung stehenden Steuerflächen am Kolben 5 zu beachten.
In 11 ist ein Kolben 5 mit Pleuel 6, Kurbelwelle 7, Kurbelwange 8 und dem Kugellager 21 der Kurbelwelle 7 im unteren Totpunkt dargestellt. Der Kolben 5 ist mit dem Pleuel 6 über einen Kolbenbolzen 31 verbunden, wobei der Kolbenbolzen 31 rohrförmig ausgebildet und in der Kolbennabe 32 des Kolbens 5 gelagert ist. Die Kolbennabe 32 besitzt den Radius s. Der Kolben 5 weist zwei symmetrisch zur Zylinderlängsachse 23 angeordnete Kolbenfenster 19 auf, von denen eines in 11 dargestellt ist. Das Kolbenfenster 19 besitzt eine Rückwand 38 und eine Bodenfläche 37. Die Oberkante 30 des Kolbenfensters 19, die die der Kolbenoberkante 22 zugewandte Kante des Kolbenfensters 19 ist, ist gegenüber der Achse 29 des Pleuelauges 28 in Richtung auf die Kolbenoberkante 22 versetzt angeordnet. Die Achse 29 des Pleuelauges 28 besitzt in Richtung auf das Kurbelgehäuse gesehen von der Oberkante 30 einen negativen Abstand h. Der Abstand h kann jedoch auch positiv sein. Vorteilhaft ist der Abstand h kleiner als der im Schnitt in 12 dargestellte Radius r des Pleuelauges 28. Insbesondere ist der Abstand h kleiner als der Radius s der Kolbennabe 32. Vorteilhaft beträgt er weniger als 50% des Radius s der Kolbennabe 32. Bei der Darstellung in 11 ist die Oberkante 30 etwa im Bereich der Achse 29 angeordnet. Es kann jedoch auch vorteilhaft sein, zur weiteren Bauhöhenminimierung die Oberkante 30 in Richtung auf die Kolbenoberkante 22 versetzt zur Kolbennabe 32 anzuordnen. Der Betrag des Abstands h wird dabei größer als der Radius s der Kolbennabe, aufgrund der Richtung entgegengesetzt zur Richtung auf das Kurbelgehäuse ist der Abstand h jedoch negativ.
Um die Kolbennabe 32 herum verläuft ein Dichtsteg 50, der in Richtung auf das Kolbenfenster 19 eine Breite p von 2 mm bis 4 mm aufweist. Vorteilhaft weist der Dichtsteg 50 mindestens eine umlaufende Dichtnut auf. Am Kolbenfenster 19 ist ein umlaufender Dichtsteg 49 ausgebildet, der in Umfangsrichtung des Kolbens 5 und in Richtung auf die Kolbenoberseite 22 durch das Kolbenhemd 52 gebildet ist. Zwischen Kolbenfenster 19 und dem Kurbelgehäuse 4 besitzt der Dichtrand 49 eine Breite o von mindestens 1 mm. Zweckmäßig beträgt die Breite o 2 mm bis 4 mm. Vorteilhaft weist der Dichtsteg 49 mindestens eine umlaufende Dichtnut 58 auf. Für eine gute Durchströmung des Kolbenfensters 19 ist ein Gesamtvolumen der Kolbenfenster 19 von 4% bis 14% des Hubvolumens des Zweitaktmotors 1 vorgesehen.
Im Bereich des Kolbenfensters 19 ist der Kolben 5 in Richtung auf das Kurbelgehäuse verlängert ausgebildet. Die Verlängerung 33 besitzt gegenüber der dem Einlass 11 zugewandten Seite 36 des Kolbens 5 eine Höhe f. Die Kolbenhöhe g erstreckt sich von der Unterkante 34 auf der dem Einlass 11 zugewandten Seite 36 des Kolbens 5 zur Kolbenoberkante parallel zur Zylinderlängsachse 23. Die Höhe f der Verlängerung 33 beträgt vorteilhaft weniger als 15%, insbesondere weniger als 10% der Kolbenhöhe g. Im Bereich des Kugellagers 21 der Kurbelwelle 7 beträgt der Abstand l zwischen dem Lager 21 und der Verlängerung 33 des Kolbens 5 im in 11 dargestellten unteren Totpunkt des Kolbens 5 vorteilhaft von 0,5 mm bis 3 mm, insbesondere etwa 1 mm. Im unteren Totpunkt befindet sich die Kurbelwange 8 im Bereich des Kolbens 5.
In 12 ist der Zweitaktmotor 1 im Längsschnitt entlang der Mittellinie 25 von Auslass 10 und Einlass 11 dargestellt. Der Kolben 5 befindet sich im unteren Totpunkt, in dem sich die Kurbelwange 8 im Bereich des Kolbens 5 befindet. Das Pleuel 6 ist am Pleuelauge 28 mit einem Nadellager 44 am Kolbenbolzen 31 gelagert. Zur Gewichtsreduzierung ist der Kolbenbolzen 31 hohl ausgebildet. Auf der in 12 nicht dargestellten Kurbelwelle ist ein Lüfterrad 43 zur Kühlung des Motors 1 angeordnet. Die Kurbelwelle ist mit dem Kugellager 21 im Kurbelgehäuse 4 gelagert. Für eine gute Abdichtung beträgt der radiale Abstand zwischen der Zylinderinnenwand 51 und dem Dichtsteg 49 am Kolbenfenster 19 bzw. dem Dichtsteg 50 an der Kolbennabe 32 in jeder Stellung des Kolbens 5 weniger als 0,1 mm, insbesondere weniger als 50 µm.
In 13 ist ein Schnitt entlang der Linie XIII-XIII in 12 dargestellt. Die Kurbelwange 8 ist auf der dem Kurbelgehäuse 4 zugewandten Seite abgeflacht ausgebildet. Die untere Hälfte des Kurbelgehäuses 4 ist in den 12 und 13 nicht dargestellt. Die Abflachung ist als Fase 39 ausgebildet, wobei der Fasenwinkel γ etwa 45% beträgt. Es können jedoch auch andere Fasenwinkel zweckmäßig sein. Die Bodenfläche 37 des Kolbenfensters 19 ist mit einem Neigungswinkel β zur Rückwand 38 des Kolbenfensters 19 geneigt. Zweckmäßig entspricht der Neigungswinkel β dem Fasenwinkel γ. Der Neigungswinkel β beträgt bei dem in 13 dargestellten Kolben 5 135°. Fasenwinkel γ und Neigungswinkel β ergeben zweckmäßig zusammen 180°. Die Rückwand 38 des Kolbenfensters 19 verläuft etwa parallel zur Zylinderlängsachse 23. Der Abstand i zwischen der Fase 39 der Kurbelwange 8 und der Bodenfläche 37 des Kolbenfensters 19 beträgt im unteren Totpunkt etwa 1 mm, wobei Abstände i von 0,5 mm bis 5 mm zweckmäßig sind. Die Dicke k der Bodenfläche 37 beträgt vorteilhaft von 1 mm bis 5 mm, insbesondere etwa 2 mm. Der Kolbenbolzen 31, mit dem das Pleuel 6 im Kolben 5 gelagert ist, durchragt den Kolben 5 nicht vollständig. Auf der Kurbelwelle 7 ist ein Lüfterrad 43 angeordnet. Im Kolben 5 ist vom Kolbenbolzen 31 gesehen in Richtung auf den Brennraum 3 eine Aussparung 45 angeordnet, die sich bis unterhalb der Kolbenoberseite erstreckt. Zur Gewichtsminimierung des Kolbens 5 ist die Aussparung 45 größtmöglich ausgebildet.
In den 14 und 15 ist ein Kolben 5 in Seitenansicht dargestellt. Die Bodenfläche 37 des Kolbenfensters 19 ist zur Rückwand 38 um einen Neigungswinkel β geneigt. Die Achse 29 des Pleuelauges 28 besitzt zur Oberkante 30 des Kolbenfensters 19 in Richtung der Zylinderlängsachse 23 auf das Kurbelgehäuse 4 gesehen einen Abstand h. Der Abstand h ist dabei kleiner als der Radius s der Kolbennabe 32, insbesondere kleiner als 50% des Radius s. Vorteilhaft ist die Oberkante 30 des Kolbenfensters 19 gegenüber der Achse 29 des Pleuelauges 28 in Richtung auf das Kurbelgehäuse 4 höchstens um einen Abstand h versetzt, der dem Radius der Kolbennabe 32 entspricht. Im Kolbenhemd 52 ist eine Kavität 40 angeordnet. Die Kavität 40 erstreckt sich etwa oberhalb, d. h. in Richtung auf die Kolbenoberkante 22, des Kolbenfensters 19 auf der dem Auslass 10 zugewandten Seite 35 des Kolbens 5 sowie oberhalb der Kolbennabe 32 bis unterhalb der Ringnuten 56 für die Kolbenringe.
In den 16 bis 18 sind Abwicklungen von Kolben 5 und Zylinder 2 in unterschiedlichen Kolbenstellungen dargestellt. 16 zeigt den Kolben 5 im oberen Totpunkt entsprechend der Darstellung in 1. Der Einlass 11 ins Kurbelgehäuse 4 ist vollständig geöffnet. Die Unterkante 34 des Kolbens 5 auf der dem Einlass 11 zugewandten Seite 35 besitzt zur Achse 9 der Kurbelwelle einen Abstand m von etwa 58 mm. Die Verlängerung 33 des Kolbens ist so ausgebildet, dass das Kolbenfenster 19 das Luftkanalfenster 18 und die Einlassfenster 13 und 16 der Überströmkanäle 12 und 15 vollständig verbindet. Die Kolbennabe 32 ist vom Kolbenfenster 19 durch eine Wand 46 getrennt. Die Kolbenoberkante 22 besitzt zur Achse 9 der Kurbelwelle einen Abstand von etwa 98 mm, wobei der Abstand a bei einem Kolbenhub vom 34 mm und einem Zylinderbohrungsdurchmesser von 49 mm zwischen 90 mm und 105 mm, insbesondere von 94 mm bis 100 mm betragen kann. Der Zylinder 2 weist vier Aussparungen 47 auf, die durch eine räumliche Verschneidung mit der Kurbelwange 8 mit dem Fasenwinkel γ und einem Abstand von 1 mm bis 2 mm entstanden sind. Die Zylinderoberkante 48 hat zur Kolbenoberkante 22 einen Abstand n von 0,3 mm bis 5,0 mm, insbesondere von etwa 0,8 mm. Die gestrichelten Linien 57 in den Kolbenfenstern 19 deuten den Verlauf der dem Kurbelgehäuse 4 zugewandten Kante der Kolbenfenster 19 bei L-förmiger Ausgestaltung an.
In 17 ist der Kolben 5 in einer Stellung entsprechend der Kolbenstellung in den 5 und 6 dargestellt. Der Einlass 11 ist vom Kolben 5 verschlossen. Die symmetrisch angeordneten Luftkanalfenster 18 sind über die beiden Kolbenfenster 19 jeweils mit den Einlassfenstern 13 und 16 der Überströmkanäle 12 und 15 verbunden. Der Abstand a der Kolbenoberkante 22 zur Achse 9 der Kurbelwelle beträgt in dieser Stellung bezogen auf das Verhältnis von Kolbenhub zu Zylinderbohrungsdurchmesser vorteilhaft etwa 130 mm, wobei Werte von 115 mm bis 138 mm zweckmäßig sein können. Bei einem Kolbenhub von 34 mm und einem Zylinderbohrungsdurchmesser von 49 mm ergibt sich somit ein vorteilhafter Abstand a von etwa 90 mm, wobei Abstände a von 80 mm bis 95 mm vorteilhaft sein können.
In der Darstellung in 17 sind Kavitäten 40, 41 dargestellt, die vom Kolbenhemd 52 ins Innere des Kolbens 5 ragen. Die Kavitäten 40 sind im Verlauf eines Kolbenhubs, beispielsweise in der in 17 dargestellten Kolbenstellung, mit den beiden Einlassfenstern 13, 16 der beiden Überströmkanäle 12, 15 verbunden. Die maximale Breite der Kavitäten 40 in Umfangsrichtung ergibt sich aus dem Abstand t zwischen Auslass 10 und Luftkanalfenster 18. Zu dem Luftkanalfenster 18 und dem Auslass 10 weisen die Kavitäten 40 jeweils einen Abstand x in Umfangsrichtung auf. Um die Kavitäten 40 ist ein umlaufender Dichtsteg 54 gebildet, der eine Dichtnut 59 besitzt. Der Dichtsteg 54 besitzt eine Breite z von mindestens 1 mm, insbesondere von 2 mm bis 4 mm. Die Kavitäten 40 umfassen auch die Kolbennabe 32. Gegenüber dem Kurbelgehäuse muss die Kolbennabe 32 somit abgedichtet sein. Es ergibt sich durch das Einbeziehen der Kolbennabe 32 in die Kavität 40 ein größeres mögliches Volumen der Kavität 40. Eine weitere Kavität 41 ist mit dem Einlass 11 in bestimmten Kolbenstellungen fluidisch verbunden. Die Breite der Kavität 41 in Umfangsrichtung ergibt sich aus dem Abstand v zwischen den beiden Luftkanalfenstern 18 im Bereich des Einlasses 11. Auch die Kavität 41 besitzt einen umlaufenden Dichtrand 55 und weist zu den Luftkanalfenstern 18 jeweils einen Abstand x auf. In Richtung auf die Kolbenoberkante 23 ist die Ausdehnung der Kavitäten 40, 41 durch die Kolbenringe 53 begrenzt.
In 18 ist der Kolben 5 in einer Kolbenstellung entsprechend den 7 und 8 dargestellt. Die Einlassfenster 13 und 16 sind zum Brennraum 3 geöffnet und der Kolben 5 befindet sich im unteren Totpunkt. Der Abstand a von der Kolbenoberkante 22 zur Kurbelwellenachse 9 bezogen auf das Verhältnis von Kolbenhub zu Zylinderbohrungsdurchmesser beträgt von 72 mm bis 116 mm, insbesondere von 86 mm bis 102 mm. Bei einem Kolbenhub von 34 mm und einem Zylinderbohrungsdurchmesser von 49 mm ergibt sich ein Abstand a von 50 mm bis 80 mm, insbesondere von 60 mm bis 70 mm. Der Abstand 1 zwischen der Verlängerung 33 des Kolbens 5 und dem Kugellager 21 der Kurbelwelle 7 oder einem anderen Kurbelgehäuseteil beträgt zweckmäßig etwa 1 mm. Das Luftkanalfenster 18 weist zur Kolbenoberkante 22 einen Abstand c auf, der zweckmäßig von 0,5 mm bis 5 mm, insbesondere von 1 mm bis 3 mm beträgt. In 18 ist ein Kolben 5 ohne Kavitäten 40, 41 dargestellt. Um Undichtigkeiten zu vermeiden ist jedoch vorgesehen, dass zwischen den Kolbennaben 32 und den jeweils in Umfangsrichtung benachbarten Luftkanalfenstern 18 in Umfangsrichtung ein Abstand x gebildet ist. In den 18 und 19 sind die Kolbenringe 52 nicht dargestellt, diese verlaufen jedoch entsprechend dem Verlauf in 17.
In 19 ist der Kolben 5 in einer Stellung entsprechend den 9 und 10 dargestellt. Die Einlassfenster 13 und 16 der Überströmkanäle sind in dieser Stellung weitgehend vom Kolben 5 verschlossen. Um gute Strömungsverhältnisse im Luftkanal 17, dem Kolbenfenster 19 und den Überströmkanälen 12 und 15 zu erreichen, sind die Flächen der Überströmkanäle 13 und 16 und des Luftkanals 18 aufeinander abgestimmt. Um in den Überströmkanälen eine ausreichende Menge Frischluft zur Trennung der Abgase vom nachströmenden Kraftstoff/Luft-Gemisch zu erreichen, ist vorgesehen, dass die Fläche eines Luftkanalfensters 18 bei einem Hubvolumen von etwa 64 cm³ von 120 mm² bis 150 mm², insbesondere von 125 mm² bis 140 mm² beträgt und die Summe der Flächen eines Einlassfensters 13 und eines Einlassfensters 16 von 140 mm² bis 180 mm², insbesondere von 150 mm² bis 170 mm² beträgt. Bezogen auf das Hubvolumen ergeben sich für die Fläche eines Luftkanalfensters günstige Werte von 1,87 mm²/cm³, bis 2,35 mm²/cm³, insbesondere von 1,95 mm²/cm³ bis 2,19 mm²/cm³ und für die Summe der Flächen eines Einlassfensters 13 und eines Einlassfensters 16 von 2,18 mm²/cm³ bis 2,82 mm²/cm³, insbesondere von 2,34 mm²/cm³ bis 2,66 mm²/cm³. Vorteilhaft ist die Fläche des Einlassfensters 13 des auslassfernen Überströmkanals 12 größer als die Fläche des Einlassfensters 16 des auslassnahen Überströmkanals 15. Es ist vorgesehen, dass die Fläche des Einlassfensters 16 des auslassnahen Überströmkanals 15 von 50% bis 90% der Fläche des Einlassfensters 13 des auslassfernen Überströmkanals 12, insbesondere von 60% bis 80% beträgt.
Zur Gewichtsreduzierung des Kolbens ist vorgesehen, dass dieser insbesondere im Bereich zwischen Kolbennabe und Kolbenoberkante Freisparungen und Hinterschnitte aufweist.
Günstige Verhältnisse ergeben sich, wenn die Verbindung zwischen Kolbenfenster 19 und Luftkanalfenster 18 in einer Kolbenstellung hergestellt wird, die einem Kurbelwinkel α von etwa 260° bis 310° entspricht. Vorteilhaft ist das Luftkanalfenster 18 direkt unter den Einlassfenstern 13, 16 angeordnet, so dass Luftkanalfenster 18 und Einlassfenster 13, 16 annähernd gleichzeitig zum Kolbenfenster 19 öffnen. Vorteilhaft weist das Luftkanalfenster 18 hierzu eine geringe Erstreckung in Richtung der Zylinderlängsachse 23 auf. Es kann auch vorteilhaft sein, das Luftkanalfenster 18 teilweise oder vollständig in Umfangsrichtung neben den Einlassfenstern 13, 16 anzuordnen.
In den 20 und 21 ist ein Kolben 5 mit einem Kolbenfenster 19 dargestellt. Der Kolben 5 besitzt eine Kavität 58, die sich ausgehend vom Kolbenhemd 52 in Richtung auf das Innere des Kolbens 5 erstreckt. Die Kavität 58 bildet dabei keine Verbindung ins Kolbeninnere. Die Kavität 58 ist in Richtung der Längsmittelachse 64 des Kolbens 5 in drei Einzelkavitäten 59, 60, 61 unterteilt. Die Einzelkavitäten 59, 60, 61 sind durch senkrecht zur Längsmittelachse 64 verlaufende Rippen 62, 63 voneinander getrennt. Die Rippen 62, 63 dienen als Dichtstege und verhindern eine Strömung vom Luftkanalfenster 18 zum Einlassfenster 13 beim Überstreichen dieser Öffnungen während des Kolbenhubs. Die in Richtung der Kolbenlängsachse 64 gemessene Höhe y einer Kavität 59, 60, 61 ist dabei zweckmäßig kleiner als der in Richtung der Zylinderlängsachse gemessene Abstand z (18) zwischen dem Luftkanalfenster 18 und dem Einlassfenster 13. Hierdurch ist eine Strömung zwischen Luftkanalfenster 18 und Einlassfenster 13 über eine Kavität 59, 60, 61 vermieden. Die Einzelkavitäten 59, 60, 61 sind scheibenförmig mit gebogener Rückwand ausgebildet und können mittels eines Scheibenfräsers ins Kolbenhemd 52 eingebracht sein. Die Verrippung der Kavität 58 führt zu einer guten Führung des Kolbens 5. Die Kavität 58 steht entsprechend den Kavitäten 40 und 41 bei einem Kolbenhub nur mit einer funktionalen Öffnung in Verbindung. Bezüglich der Anordnung von Dichtstegen und bezüglich der Abstände zu anderen funktionalen Öffnungen entspricht die Kavität 58 den Kavitäten 40 und 41.

Claims

Zweitaktmotor mit einem in einem Zylinder (2) ausgebildeten Brennraum (3), der von einem auf- und abgehenden Kolben (5) begrenzt ist, und der Kolben (5) über ein Pleuel (6) eine in einem Kurbelgehäuse (4) drehbar gelagerte Kurbelwelle (7) antreibt, wobei das Pleuel (6) an einem Pleuelauge (28) mit dem Kolben (5) verbunden ist, mit einem Abgase aus dem Brennraum (3) abführenden Auslass (10) und einem dem Auslass (10) etwa gegenüberliegenden Einlass (11), der dem Kurbelgehäuse (4) ein Kraftstoff/Luft-Gemisch zuführt, das über mindestens einen Überströmkanal (12, 15) aus dem Kurbelgehäuse (4) in den Brennraum (3) übertritt, wobei der Überströmkanal (12, 15) an einem Ende mit einem Einlassfenster (13, 16) in den Brennraum (3) mündet und am anderen Ende mit dem Kurbelgehäuse (4) verbunden ist, und mindestens ein im Wesentlichen kraftstofffreies Gas zuführender Luftkanal (17) mit einem Luftkanalfenster (18) in einem Bereich des Zylinders (2) angeordnet ist, der in jeder Kolbenstellung durch den Kolben (5) vom Kurbelgehäuse (4) und vom Brennraum (3) getrennt ist, und wobei ein Kolbenfenster (19) in einem Bereich der Kolbenstellung eine fluidische Verbindung zwischen dem Luftkanalfenster (18) und dem Einlassfenster (13, 16) des Überströmkanals (12, 15) herstellt, und der Kolben (5) eine Kolbennabe (32) zur Verbindung des Kolbens (5) mit dem Pleuel (6) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand (h) von der Oberkante (30) des Kolbenfensters (19) in Richtung der Zylinderlängsachse (23) zur Achse (29) des Pleuelauges (28) kleiner als der Radius (s) der Kolbennabe (32) ist, wobei der Abstand (h) von der Oberkante (30) des Kolbenfensters (19) zur Achse (29) des Pleuelauges (28) in Richtung auf das Kurbelgehäuse (4) hin gerichtet ist, so dass der Abstand (h) negativ ist, wenn die Oberkante (30) des Kolbenfensters (19) zum Kurbelgehäuse (4) einen größeren Abstand aufweist als die Achse (29) des Pleuelauges (28) zum Kurbelgehäuse (4), und dass die Unterkante (34) des Kolbens (5) auf der dem Auslass (10) zugewandten Seite (35) gegenüber der Unterkante (34) des Kolbens (5) auf der dem Einlass (11) zugewandten Seite (36) um einen Versatz (e) in Richtung auf die Kolbenoberseite (22) versetzt ist.
Zweitaktmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Versatz (e) von 1% bis 15% der Kolbenhöhe (g) auf der dem Einlass (11) zugewandten Seite (36) des Kolbens (5) entspricht.
Zweitaktmotor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben (5) im Bereich des Kolbenfensters (19) gegenüber der dem Einlass (11) zugewandten Unterkante (34) des Kolbens (5) in Richtung auf das Kurbelgehäuse (4) verlängert ist.
Zweitaktmotor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Höhe (f) der Verlängerung (33) des Kolbenfensters (19) in Richtung der Zylinderlängsachse (23) weniger als 15%, insbesondere weniger als 10%, der Kolbenhöhe (g) auf der dem Einlass (11) zugewandten Seite (36) des Kolbens (5) beträgt.
Zweitaktmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Kolbenfenster (19) etwa L-förmig ausgebildet ist, wobei der kurze Schenkel (27) des L in Richtung der Zylinderlängsachse (23) nach unten ragt.
Zweitaktmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Betrag des Abstands (h) von der Oberkante (30) des Kolbenfensters (19) zur Achse (29) des Pleuelauges (28) größer als der Radius (s) der Kolbennabe (32) ist, und dass die Oberkante (30) des Kolbenfensters (19) gegenüber der Kolbennabe (32) in Richtung auf die Kolbenoberkante (22) versetzt angeordnet ist.
Zweitaktmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Betrag des Abstands (h) von der Oberkante (30) des Kolbenfensters (19) zur Achse (29) des Pleuelauges (28) kleiner als der Radius (s) der Kolbennabe (32) ist.
Zweitaktmotor nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Betrag des Abstands (h) von der Oberkante (30) des Kolbenfensters (19) zur Achse (29) des Pleuelauges (28) weniger als 50% des Radius (s) der Kolbennabe (32) beträgt.
Zweitaktmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Kolbennabe (32) vollständig vom Kolbenfenster (19) umschlossen ist.
Zweitaktmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass zwei Luftkanalfenster (18) und vier Überströmkanäle (15, 16) symmetrisch zur Zylinderlängsachse (23) angeordnet sind.
Zweitaktmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Kurbelwange (8) an ihrer dem Kurbelgehäuse (4) zugewandten Seite eine Abflachung (14) aufweist.
Zweitaktmotor nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Abflachung (14) als Fase (39) mit einem Fasenwinkel (γ) ausgebildet ist.
Zweitaktmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Bodenfläche (37) des Kolbenfensters (19) zur Rückwand (38) des Kolbenfensters (19) um einen Neigungswinkel (ß) von mehr als 90° geneigt ist.
Zweitaktmotor nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Neigungswinkel (β) von 120° bis 150° beträgt.
Zweitaktmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Luftkanalfenster (18) gegenüber mindestens einem Einlassfenster (13, 16) eines Überströmkanals (12, 15) in Richtung auf das Kurbelgehäuse (18) versetzt ist.