DE19516142A1

DE19516142A1 - Two=stroke engine

Info

Publication number: DE19516142A1
Application number: DE1995116142
Authority: DE
Inventors: Werner Kuttruf
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1995-05-03
Filing date: 1995-05-03
Publication date: 1996-11-07

Abstract

The engine has a cylinder (1) with a sealing face (12), which does not have a cylinder head, but instead carries a control housing (13) with crankshaft (18), control cylinder (14) and suspended control piston (16). The crankshaft is in transmission connection with the crankshaft (3) of the engine, at a ratio of 1:1, so that the two pistons (5, 16) move in opposite directions. The control cylinder has ejection apertures (22) for the combustion gases, which are released when the control piston occupies its lower dead centre position. The control piston is smaller than the main piston. The crankshafts are connected via a chain or a toothed belt.

Description

Die Erfindung betrifft einen Zweitaktmotor, dessen Zylinder vom Kolben gesteuerte Einlaßöffnungen für das Einströmen der Frischgase in den Brennraum aufweist.The invention relates to a two-stroke engine, the Inlet openings controlled by the piston for the Inflow of the fresh gases into the combustion chamber.

Bei einem Zweitaktmotor herkömmlicher Bauart werden die Einlaß- und Auslaßöffnungen in der Wandung des Zylinders vom Arbeitskolben gesteuert. Bei größeren Motoren können hierfür auch Ventile oder Schieber vorgesehen sein. Wichtig hierbei ist, daß die Auslaßöffnungen vor den Einlaßöffnungen geöffnet werden, damit der Druck im Brennraum schon auf den Druck der Verbrennungsgase gesunken ist, so daß keine Abgase in die Saugleitung strömen und die Spülung beeinträchtigen können.In a conventional two-stroke engine, the Inlet and outlet openings in the wall of the Cylinder controlled by the working piston. For larger ones Motors can also use valves or spools for this be provided. It is important that the Outlet openings open in front of the inlet openings so that the pressure in the combustion chamber is already on the Combustion gas pressure has dropped so that none Exhaust gases flow into the suction line and the purge can affect.

Bei einer solchen Steuerung sind nur bei einer bestimmten Drehzahl des Zweitaktmotors optimale Verhältnisse erzielbar. Aber auch unter günstigen Bedingungen läßt es sich nicht vermeiden, daß ein Anteil der einströmenden Frischgase mit den Verbrennungsgasen austritt. Dadurch wird nicht nur der Wirkungsgrad des Motors beeinträchtigt, sondern das Austreten von Frischgasen führt auch zu einer unerwünschten Luftverschmutzung.With such a control, only one certain speed of the two-stroke engine optimal Conditions achievable. But also among cheap ones Conditions it cannot be avoided that a Proportion of incoming fresh gases with the Combustion gases escapes. This not only makes the Efficiency of the engine, but that Leakage of fresh gases also leads to one unwanted air pollution.

Hier will die Erfindung Abhilfe schaffen. Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, bei einem Zweitaktmotor die Gasführung, insbesondere der Verbrennungsgase so zu verbessern, daß durch eine bessere Füllung des Brennraumes zum einen eine beachtliche Leistungssteigerung erzielbar ist und zum anderen durch eine bessere Verbrennung weniger Schadstoffe ausgestoßen werden. Außerdem strebt die Erfindung an, die Steuerzeiten zwischen Ein- und Auslaßöffnungen leichter als bisher abstimmen zu können.The invention seeks to remedy this. The task the invention is in a two-stroke engine the gas flow, especially the combustion gases improve that by better filling the The combustion chamber is a remarkable one Performance increase is achievable and secondly by better combustion of fewer pollutants be expelled. The invention also aims to the timing between inlet and outlet openings easier to vote than before.

Diese Aufgabe wird bei einem Zweitaktmotor der eingangs erwähnten Art erfindungsgemäß durch die Merkmale im Kennzeichen des Anspruchs 1 gelöst.This task is the beginning of a two-stroke engine mentioned type according to the invention by the features in Characteristic of claim 1 solved.

Der nach der Erfindung vorgesehene Steuerkolben dient dazu, die in den Bereich des Steuergehäuses verlegten Auslaßöffnungen zu einem gewünschten Zeitpunkt nach der Verbrennung freizugeben. Der Hauptzylinder enthält nur noch Einlaßöffnungen. Anders als bisher strömen die Gase nur in einer einzigen Richtung durch den Brennraum. Es findet also keine Umlenkung bzw. Kreuzung der Gase im Brennraum des Hauptzylinders statt. Diese verbesserte Gasführung führt zu einer besseren Füllung und damit zu einer Leistungssteigerung. Mit der außerdem erzielbaren besseren Verbrennung der Frischgase ist eine Verringerung der Schadstoffemissionen verbunden. Auf weitere Vorteile wird später eingegangen.The control piston provided according to the invention serves to that, which relocated to the area of the control housing Outlet openings at a desired time after the To release combustion. The master cylinder only contains still inlet openings. Unlike in the past, they flock Gases in only one direction through the Combustion chamber. So there is no redirection or crossing the gases take place in the combustion chamber of the master cylinder. These improved gas flow leads to better filling and thus to an increase in performance. With the also achievable better combustion of the Fresh gases is a reduction in Associated pollutant emissions. For further advantages will be discussed later.

Vorteilhafte weitere Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.Advantageous further developments of the invention result from the subclaims.

Da der Hilfskolben lediglich Steuerfunktionen erfüllt, ist es zweckmäßig, den Steuerkolben kleiner zu bemessen als den Hauptkolben.Since the auxiliary piston only fulfills control functions, it is advisable to make the control piston smaller than the main piston.

Die getriebliche Verbindung der beiden Kurbelwellen kann mit herkömmlichen Mitteln, z. B. durch eine Kette oder einen Zahnriemen bewirkt werden.The gear connection of the two crankshafts can by conventional means, e.g. B. by a chain or a toothed belt.

Weiter ist es zweckmäßig, die Winkellage der beiden Kurbelwellen zueinander veränderbar zu gestalten. Dies ermöglicht auf einfache Weise eine drehzahlabhängige Verstellung der Steuerzeitpunkte zwischen den Ein- und Auslaßöffnungen.It is also appropriate to determine the angular position of the two To make crankshafts mutually changeable. This enables a speed-dependent in a simple manner Adjustment of the tax times between the inputs and Exhaust ports.

Das Steuergehäuse hat kleinere Abmessungen als der Hauptzylinder. Aufgrund dessen ist es zweckmäßig, das Steuergehäuse gegenüber der Achse des Hauptzylinders außermittig und leicht geneigt anzuordnen, wodurch im Fußteil des Steuergehäuses ein frei liegender Abschnitt entsteht, in dem die Bohrung für die Zündkerze angeordnet wird.The control housing has smaller dimensions than that Master cylinder. Because of this, it is appropriate that Control housing opposite the axis of the master cylinder to be arranged off-center and slightly inclined, which in Foot part of the control housing an exposed section arises in the hole for the spark plug is arranged.

Nach einer anderen zweckmäßigen Weiterbildung ist vorgesehen, daß die Einlaß- und Auslaßöffnungen sich im wesentlichen über den gesamten Umfang der jeweiligen Zylindergehäuse erstrecken.According to another useful training provided that the inlet and outlet openings in the essentially over the entire scope of each Extend cylinder housing.

Da der Hauptzylinder nur noch Einlaßöffnungen enthält, steht für die Einlaßöffnungen ein größerer Querschnitt über den gesamten Umfang des Hauptzylinders zur Verfügung. Das gleiche gilt für die Auslaßöffnungen im Steuergehäuse. Hierdurch sind vor allem im Einlaßbereich bessere thermische Bedingungen erzielbar. Der Leistungsverlust für den Steuerteil ist gering oder gar ausgeglichen. Je nach Auslegung kann der Steuerkolben auch mit antreiben, so daß ein Leistungsüberschuß besteht. Durch die gegenläufige Arbeitsweise des Steuerkolbens entsteht ein teilweiser Massenausgleich. Im Falle einer Unterbrechung der Verbindung der beiden Kurbelwellen besteht keine Kollisionsgefahr zwischen Haupt- und Steuerkolben.Since the master cylinder only contains inlet openings, stands for a larger cross section for the inlet openings over the entire circumference of the master cylinder Available. The same applies to the outlet openings in the Timing case. As a result, especially in Inlet area better thermal conditions can be achieved. The power loss for the control section is low or even balanced. Depending on the design, the Also drive the spool so that a There is excess performance. By the opposite Working of the control piston arises partially Mass balance. In the event of an interruption of the There is no connection between the two crankshafts Risk of collision between the main and control pistons.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung schematisch dargestellt und wird nachfolgend näher erläutert. Die einzige Zeichnung zeigt einen Axialschnitt eines Zweitaktmotors gemäß der Erfindung, wobei in der linken Hälfte die Kolben die untere und in der rechten Hälfte die obere Totpunktstellung einnehmen.An embodiment of the invention is in the Drawing is shown schematically and is below explained in more detail. The only drawing shows one Axial section of a two-stroke engine according to the invention, in the left half the pistons the lower and in in the right half the top dead center position take in.

Der dargestellte Zweitaktmotor stimmt bis zur Oberkante des Zylinders mit einem herkömmlichen Zweitaktmotor überein mit dem einzigen Unterschied, daß der Zylinder keine Auslaßöffnungen aufweist.The two-stroke engine shown is right up to the top edge of the cylinder with a conventional two-stroke engine coincides with the only difference that the cylinder has no outlet openings.

Der Hauptzylinder 1 ist an seinem unteren Ende mit einem Kurbelgehäuse 2 fest verbunden. Im Kurbelgehäuse 2 ist eine Kurbelwelle drehbar gelagert, die einen Kurbelzapfen 3 aufweist, an dem ein Pleul 4 angreift. Das freie Ende des Pleuls 4 trägt einen Arbeitskolben 5, der im Hauptzylinder 1 auf- und abbewegbar geführt ist.The master cylinder 1 is fixedly connected to a crankcase 2 at its lower end. In the crankcase 2 , a crankshaft is rotatably mounted, which has a crank pin 3 on which a connecting rod 4 engages. The free end of the connecting rod 4 carries a working piston 5 which is guided up and down in the master cylinder 1 .

Die linke Hälfte der Schnittzeichnung zeigt den Arbeitskolben 5 in seiner unteren Totpunktstellung. In dieser Stellung gibt der Kolbenboden 6 schlitzförmige Einlaßöffnungen 7 in der inneren Mantelfläche des Hauptzylinders 1 frei. In der Wandung des Hauptzylinders 5 verlaufen achsparallele Überströmkanäle 8, die vom Innenraum des Kurbelgehäuses 2 ausgehen und zu den Schlitzen der Einlaßöffnungen 7 führen. Für die Zufuhr der Frischgase ist in der Wandung des Kurbelgehäuses 2 eine Öffnung als Einlaß 9 enthalten.The left half of the sectional drawing shows the working piston 5 in its bottom dead center position. In this position, the piston crown 6 releases slot-shaped inlet openings 7 in the inner lateral surface of the master cylinder 1 . In the wall of the master cylinder 5 run axially parallel overflow channels 8 , which start from the interior of the crankcase 2 and lead to the slots of the inlet openings 7 . For the supply of fresh gases, an opening is included in the wall of the crankcase 2 as an inlet 9 .

Im Bereich des Brennraumes 10 ist im Mantel des Hauptzylinders 1 in bekannter Weise ein Kühlkanal 11 für ein strömendes Kühlmittel eingelassen. Den oberen Abschluß des Hauptzylinders 1 bildet eine ebene Ringdichtfläche 12 gegen die bei einem herkömmlichen Zweitaktmotor der Zylinderkopf verspannt ist.In the area of the combustion chamber 10 , a cooling channel 11 for a flowing coolant is embedded in the jacket of the master cylinder 1 in a known manner. The upper end of the master cylinder 1 forms a flat annular sealing surface 12 against which the cylinder head is braced in a conventional two-stroke engine.

Bei dem neuen Zweitaktmotor ist anstelle eines Zylinderkopfes ein Steuergehäuse 13 am Hauptzylinder 1 verspannt. Das Steuergehäuse 13 enthält einen Hilfszylinder 14 mit zugehörigem Kurbelgehäuse 15 und einen Steuerkolben 16. Der Steuerkolben 16 steht über ein Pleul 17 mit dem Kurbelzapfen 18 einer nicht dargestellten Kurbelwelle in Verbindung. Die nicht dargestellte Kurbelwelle ist mit der Kurbelwelle des Arbeitskolbens 5 getrieblich derart verbunden, daß der Arbeitskolben 5 und der Steuerkolben 16 gegenläufige Bewegungen ausführen. Dies bedeutet, daß beide Kolben 5, 16 im Normalfall zum einen gleichzeitig die untere Totpunktstellung und zum anderen gleichzeitig die obere Totpunktstellung einnehmen. Diese beiden Stellungen sind in der Zeichnung einerseits in der linken und andererseits in der rechten Hälfte der Schnittansicht dargestellt.In the new two-stroke engine, a control housing 13 is clamped on the master cylinder 1 instead of a cylinder head. The control housing 13 contains an auxiliary cylinder 14 with an associated crankcase 15 and a control piston 16 . The control piston 16 is connected via a connecting rod 17 to the crank pin 18 of a crankshaft, not shown. The crankshaft, not shown, is connected to the crankshaft of the working piston 5 in such a way that the working piston 5 and the control piston 16 execute opposite movements. This means that both pistons 5 , 16 normally assume the bottom dead center position on the one hand and the top dead center position on the other hand at the same time. These two positions are shown in the drawing on the one hand in the left and on the other hand in the right half of the sectional view.

Das Steuergehäuse 13 ist im Fußteil wie ein Zylinderkopf gestaltet und ist mit Hilfe von Schrauben, wie es an der Stelle 19 angedeutet ist, mit dem Hauptzylinder 1 fest verbunden. Der Zylinder 14 des Steuergehäuses 13 hat kleinere Abmessungen als der Hauptzylinder 1 und ist in bezug auf den Fußteil 20 außermittig in einer leichten Schrägstellung angeordnet. Dadurch entsteht im Fußteil 20 ein freiliegender Abschnitt, der für die Anbringung der Gewindebohrung 21 für das Einschrauben der Zündkerze genutzt wird.The control housing 13 is designed in the foot part like a cylinder head and is firmly connected to the master cylinder 1 by means of screws, as indicated at point 19 . The cylinder 14 of the control housing 13 has smaller dimensions than the master cylinder 1 and is arranged off-center in a slight inclination with respect to the foot part 20 . This creates an exposed section in the foot part 20 , which is used for the attachment of the threaded bore 21 for screwing in the spark plug.

In der inneren Mantelfläche des Zylinders 14 des Steuergehäuses sind Schlitze über den Umfang verteilt angeordnet, die die Auslaßöffnungen 22 bilden. Die Schlitze münden in einen umlaufenden Kanal 23, der mit dem Auslaß 24 des Zweitaktmotors in Verbindung steht. Die Schlitze der Auslaßöffnungen 22 haben eine solche Lage, daß sie vom Steuerkolben 16 vollständig freigegeben sind, wenn dieser seine untere Totpunktstellung einnimmt. Die Freigabe der Auslaßöffnungen 22 setzt ein, bevor die Einlaßöffnungen 7 vom Arbeitskolben 5 freigegeben werden.In the inner circumferential surface of the cylinder 14 of the control housing, slots are arranged distributed over the circumference, which form the outlet openings 22 . The slots open into a circumferential channel 23 which is connected to the outlet 24 of the two-stroke engine. The slots of the outlet openings 22 are in such a position that they are completely released by the control piston 16 when it takes up its bottom dead center position. The release of the outlet openings 22 begins before the inlet openings 7 are released by the working piston 5 .

Im rückwärtigen Abschnitt des Mantels des Zylinders 14 ist ebenfalls ein Kühlkanal 25 vorgesehen. Die getriebliche Verbindung zwischen den beiden Kurbelwellen ist in der Zeichnung nicht veranschaulicht. Für diese Verbindung werden bekannte Elemente, wie beispielsweise eine Kette oder ein Zahnriemen, eingesetzt. Das Übersetzungsverhältnis ist 1 : 1. Die Winkellage der beiden Kurbelwellen zueinander kann fest oder veränderbar sein. So kann beispielsweise durch eine drehzahlabhängige Verstellung der Winkellage der beiden Kurbelwellen eine bessere Anpassung der Steuerzeiten zwischen Ein- und Auslaßöffnungen bewirkt werden.A cooling duct 25 is also provided in the rear section of the jacket of the cylinder 14 . The gear connection between the two crankshafts is not illustrated in the drawing. Known elements, such as a chain or a toothed belt, are used for this connection. The gear ratio is 1: 1. The angular position of the two crankshafts relative to one another can be fixed or changeable. For example, a speed-dependent adjustment of the angular position of the two crankshafts can result in a better adaptation of the timing between the inlet and outlet openings.

Während des Betriebes des Zweitaktmotors strömen die angesaugten Frischgase durch die Einlaßöffnungen 7 etwa gleichmäßig über den Umfang verteilt in den Brennraum 10 ein. Die Verbrennungsgase verlassen dagegen den Brennraum 10 am entgegengesetzten Ende durch die Auslaßöffnungen 22. Eine Umlenkung und damit teilweise Kreuzung der Gasströme wie bei einem herkömmlichen Zweitaktmotor findet bei dem neuen Zweitaktmotor nicht statt. Die verbesserte Gasführung ergibt eine bessere Füllung (Spülung) des Brennraumes und damit eine bessere Verbrennung. Die bessere Verbrennung hat eine Verringerung der Schadstoffemissionen zur Folge.During the operation of the two-stroke engine, the intake fresh gases flow through the inlet openings 7 into the combustion chamber 10 approximately evenly distributed over the circumference. In contrast, the combustion gases leave the combustion chamber 10 at the opposite end through the outlet openings 22 . The new two-stroke engine does not divert and thus partially cross the gas flows as with a conventional two-stroke engine. The improved gas flow results in better filling (purging) of the combustion chamber and thus better combustion. Better combustion leads to a reduction in pollutant emissions.

Claims

1. Two-stroke engine, the cylinder of which has piston-controlled inlet openings for the inflow of fresh gases into the combustion chamber, characterized by the following features:

a) on the sealing surface ( 12 ) of the cylinder ( 1 ) (instead of a cylinder head), a control housing ( 13 ) with a crankshaft ( 18 ), a control cylinder ( 14 ) and a hanging control piston ( 16 ) and with the cylinder ( 1 ) firmly connected,
b) the crankshaft ( 18 ) of the control piston ( 16 ) is connected to the crankshaft ( 3 ) of the engine in a ratio of 1: 1 in such a way that the two pistons ( 5 , 16 ) move in opposite directions, and
c) the control cylinder ( 14 ) of the control piston ( 16 ) contains outlet openings ( 22 ) for the combustion gases, which are released when the control piston ( 16 ) assumes its bottom dead center position.

2. Two-stroke engine according to claim 1, characterized in that the control piston ( 16 ) has smaller dimensions than the main piston ( 5 ).

3. Two-stroke engine according to claim 1 or 2, characterized in that the two crankshafts ( 3 , 18 ) are connected to one another by a chain or a toothed belt.

4. Two-stroke engine according to one of claims 1 to 3, characterized in that the angular position of the two crankshafts ( 3 , 18 ) is mutually variable.

5. Two-stroke engine according to one of claims 2 to 4, characterized in that the control housing ( 13 ) with respect to the axis of the master cylinder ( 1 ) is arranged off-center and slightly inclined, and that in the bare foot section ( 20 ) created by the offset arrangement Control housing ( 13 ) the bore ( 21 ) for the spark plug is arranged.

6. Two-stroke engine according to one of claims 1 to 5, characterized in that the inlet and outlet openings ( 7 and 22 ) extend substantially over the entire circumference of the respective cylinder housing ( 1 and 14 ).