DE19618266A1 - Zweitaktmotor mit Spülkanälen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Zweitaktmotor, insbesondere für ein handgeführtes Arbeitsgerät wie eine Motorketten­ säge, einen Trennschleifer, ein Freischneidegerät oder dergleichen nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Bei Zweitaktmotoren erfolgt die Gemischzuführung in den Brennraum über sogenannte Spülkanäle, die zum Kurbelge­ häuse offen sind und mit in der Zylinderwand vorgesehenen Austrittsfenstern in Verbindung stehen. Die Austrittsfen­ ster werden - ebenso wie ein Auslaßfenster und ein Ein­ laßfenster - von dem auf- und abgehenden Kolben des Zy­ linders gesteuert. Dabei wird das Auslaßfenster zeitlich vor den Austrittsfenstern der Spülkanäle geöffnet, damit die unter Überdruck stehenden Verbrennungsgase entweichen können. Zeitlich später werden - bei weiterhin geöffnetem Auslaßfenster - die Austrittsfenster der Spülkanäle ge­ öffnet, so daß frisches Gemisch in den Brennraum über­ strömt und die verbliebenen Verbrennungsgase zum Auslaß verdrängt. Dabei kann nicht vermieden werden, daß ein Teil des Frischgemisches über den Auslaß entweicht, was nicht nur nachteilig für die Abgasqualität ist, sondern auch einen höheren Verbrauch bedingt. Daher sind die Spülkanäle und deren Austrittsfenster derart angeordnet und ausgerichtet, daß die aus dem Austrittsfenster in den Brennraum eintretende Strömung im wesentlichen auf den dem Auslaßfenster gegenüberliegenden Wandbereich gerich­ tet ist. Damit soll erreicht werden, daß die Spülverluste gering gehalten werden. Dennoch wurde festgestellt, daß ein nicht unerheblicher Anteil des Frischgases unver­ brannt durch das Auslaßfenster entweicht, wodurch erheb­ liche HC-Emissionen auftreten.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Zweitakt­ motor der gattungsgemäßen Art derart weiterzubilden, daß der HC-Anteil im Abgas reduziert und der Kraftstoffver­ brauch gesenkt ist.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß nach den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.

Von besonderer Bedeutung ist dabei die in Strömungsrich­ tung vor dem Auslaßfenster ausgebildete Strömungsabriß­ kante in der Kanalwandung des Spülkanals. Die Strömungs­ abrißkante stellt sicher, daß die durch die Ausrichtung und die Anordnung des Spülkanals und das Austrittsfenster konstruktiv vorgesehene Strömungsrichtung im Betrieb des Verbrennungsmotors auch bei schnellen Gaswechseln gewähr­ leistet ist. Das eintretende Gemisch wird im wesentlichen in der konstruktiv vorgegebenen Strömungsrichtung in den Brennraum eintreten, wodurch vermieden ist, daß aufgrund einer Auffächerung der Strömungsrichtung Frischgemisch unmittelbar durch das Auslaßfenster austreten kann. Die im Spülkanal liegende Strömungsabrißkante ist einfach auszubilden und formstabil, da sie keiner mechanischen Beanspruchung ausgesetzt ist. Die in Richtung der Hoch­ achse des Zylinders verlaufenden Begrenzungskanten des Austrittsfensters liegen in der Mantelfläche der Zylin­ derwand und sind einer mechanischen Beanspruchung durch den auf- und abgehenden Kolben ausgesetzt. Einerseits können diese Begrenzungskanten nicht beliebig scharfkan­ tig ausgebildet werden, da dann eine Schädigung des Kol­ bens bzw. der Kolbenringe zu befürchten ist, andererseits wurde bei gerundeten Begrenzungskanten der Austrittsfen­ ster eine starke Strömungsauffächerung und damit einher­ gehende starke Spülverluste festgestellt. Durch die er­ findungsgemäße Aufteilung in eine im Spülkanal ausgebil­ dete Strömungsabrißkante und eine in der Mantelfläche der Zylinderwand liegende Begrenzungskante des Austrittsfen­ sters ist die Möglichkeit gegeben, einerseits ohne Be­ fürchtung der Schädigung des Kolbens eine scharfe Kante zur Erzielung eines Strömungsabrisses auszubilden und an­ dererseits die Begrenzungskante des Austrittsfensters derart auszubilden, daß der auf- und abgehende Kolben me­ chanisch nicht beschädigt wird.

Die Ausbildung einer im Strömungskanal liegenden Strö­ mungsabrißkante und die bevorzugt gleichzeitige Ausbil­ dung der Begrenzungskante des Austrittsfensters ist ein­ fach durch spanabhebende Bearbeitung wie Ausdrehen oder bereits durch entsprechende Kerngestaltung bei der Guß­ fertigung des Zylinders möglich.

Die erfindungsgemäße, im Spülkanal liegende Strömungs­ abrißkante ist durch zwei aneinanderstoßende Flächen ge­ bildet, die einen Winkel von weniger als 120°, vorzugs­ weise weniger als 90° einschließen. Insbesondere ist der Winkel spitzwinklig, wodurch ein zufriedenstellender Strömungsabriß gewährleistet ist.

Die Kanäle sind als Axialschlitze in der Zylinderwand vorgesehen, wobei sich die Strömungskanten im wesentli­ chen nur über den Hubbereich des den Brennraum begrenzen­ den Kolbens erstrecken. Dadurch ist der Fertigungsaufwand gesenkt.

Bevorzugt ist die Strömungsabrißkante auf der dem Auslaß des Brennraums benachbarten Begrenzungskante des Aus­ trittsfensters ausgebildet, da eine an dieser Stelle auf­ tretende Strömungsauffächerung zu starken Spülverlusten führen kann.

Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den wei­ teren Ansprüchen, der Beschreibung und der Zeichnung, in der nachfolgend im einzelnen beschriebene Ausführungsbei­ spiele der Erfindung dargestellt sind. Es zeigen:

Fig. 1 in schematischer Darstellung einen Zweitaktmotor im Schnitt,

Fig. 2 einen Teilschnitt längs der Linie II-II in Fig. 1,

Fig. 3 in vergrößerter Darstellung eine Strömungsabriß­ kante im Spülkanal,

Fig. 4 eine Darstellung gemäß Fig. 3 in einer anderen Ausführungsform,

Fig. 5 eine Darstellung gemäß Fig. 3 in einer weiteren Ausführungsform.

Der im Ausführungsbeispiel dargestellte Zweitaktmotor dient insbesondere zum Einbau in einem handgeführten Ar­ beitsgerät, zum Beispiel einer Motorkettensäge, einem Trennschleifer, einem Freischneidegerät oder dergleichen. Der frischgasgespülte Zweitaktmotor 1 besteht im wesent­ lichen aus einem Zylinder 2 und einem Kurbelgehäuse 3. Im Zylinder ist ein Brennraum 4 ausgebildet, der in Umfangs­ richtung durch die Zylinderwand 5 und axial einerseits durch den Zylinderkopf 6 und andererseits durch einen auf- und abgehenden Kolben 7 begrenzt ist. In der Zylin­ derwand 5 ist ein Auslaßfenster 8 mit einem daran an­ schließenden Abgaskanal 9 sowie - im kurbelgehäuseseiti­ gen Ende des Zylinders - ein Einlaßfenster 10 mit einem Einlaßkanal 11 vorgesehen. Im gezeigten Ausführungsbei­ spiel mündet der Einlaßkanal 11 in das Kurbelgehäuse 3, aus dem das angesaugte Kraftstoff/Luft-Gemisch über Über­ strömkanäle beziehungsweise Spülkanäle 20, 30 in den Brennraum 4 übertritt. Die Spülkanäle 20, 30 sind als in der Zylinderwand 5 offene Axialschlitze eingebracht, de­ ren dem Zylinderkopf 6 zugewandte Enden Austrittsfenster 21, 31 bilden. Die sich in Umfangsrichtung des Zylinders 2 erstreckenden oberen Steuerkanten 22, 32 der Austritts­ fenster 21 und 31 liegen im gezeigten Ausführungsbeispiel auf gleicher Höhe; es kann zweckmäßig sein, den auslaß­ fernen Spülkanal 30 um einen Kurbelwellenwinkelbetrag früher zu öffnen als den auslaßnahen Spülkanal 20.

Die Austrittsfenster 21 und 31 sowie das Auslaßfenster 8 und das Einlaßfenster 10 werden vom Kolben 7 bzw. dessen Kolbenhemd gesteuert. Der Kolben 7 ist über ein Pleuel 12 mit einer Kurbelwelle 13 verbunden, die um eine Kurbel­ wellenachse 14 dreht. Liegt der Kolben in der strichlier­ ten oberen Stellung, erfolgt eine Zündung des verdichte­ ten Gemisches durch eine im Zylinderkopf 6 angeordnete Zündkerze 16. Der Kolben fährt nach Überwindung des OT nach unten und öffnet dabei zunächst das Auslaßfenster 8, so daß die unter Überdruck stehenden Verbrennungsgase in den Abgaskanal 9 austreten. Bei der weiteren Abwärtsbewe­ gung des Kolbens 7 öffnen die Austrittsfenster 21 und 31 der Spülkanäle 20 und 30; das aufgrund der Abwärtsbewe­ gung des Kolbens 7 im Kurbelgehäuse 3 unter Überdruck stehende Frischgemisch tritt durch die Spülkanäle 20 und 30 in den Brennraum 4 ein und verdrängt die noch darin befindlichen Restgase. Bei der anschließenden Aufwärtsbe­ wegung des Kolbens 7 entsteht im Kurbelgehäuse 3 ein Un­ terdruck, weshalb durch das aufgrund der Aufwärtsbewegung des Kolbens 7 geöffnete Einlaßfenster 10 und den Einlaß­ kanal 11 neues Gemisch für eine nächste Brennraumfüllung in das Kurbelgehäuse 3 eintritt.

Im Ausführungsbeispiel sind auf jeder Seite einer durch die Hochachse 17 des Zylinders verlaufenden Mittelebene 15 jeweils zwei Spülkanäle 20, 30 angeordnet. Grundsätz­ lich sind auch andere Kombinationen möglich, z. B. nur je ein Spülkanal oder drei und mehr Spülkanäle auf jeder Seite der Mittelebene 15. Bei Membranmotoren ist ein fünfter Kanal vorgesehen.

Die in Fig. 2 dargestellten Spülkanäle 20 und 30 liegen unter einem derartigen Winkel zur Mittelebene 15, daß die eintretenden Strömungen 23 und 33 im wesentlichen auf den dem Auslaßfenster 8 gegenüberliegenden Wandbereich 18 der Zylinderwand 5 gerichtet sind. Um eine störungsfreie, in Richtung auf den Wandbereich 18 gerichtete Strömung aus­ zubilden, ist erfindungsgemäß vorgesehen, in der dem Aus­ laßfenster 8 benachbarten Kanalwand 24 bzw. 34 des Spül­ kanals 20 bzw. 30 eine Strömungskante 25 bzw. 35 anzuord­ nen, die sich im wesentlichen in Hubrichtung des Kolbens 7 erstreckt. Die Strömungskante ist in den gezeigten Aus­ führungsbeispielen durch zwei aneinanderstoßende Flächen gebildet, wobei die eine Fläche die Kanalwandung 24 bzw. 34 des Spülkanals 20 bzw. 30 und die andere Fläche eine Kanalwandung 44 eines Übergangsabschnittes 40 ist. Der durch die zwei aneinanderstoßenden Flächen 24 bzw. 34 und 44 gebildete Winkel 50 beträgt im Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 weniger als 160, insbesondere weniger als 120°. Wie Fig. 3 zeigt, beträgt der Winkel 50 bevorzugt 90°; gemäß den Ausführungsbeispielen der Fig. 4 und 5 ist der Winkel 50 spitzwinklig vorgesehen, also kleiner als 90° gestaltet.

Der Übergangsabschnitt 40 verbindet das Austrittsfenster 21 bzw. 31 mit dem Spülkanal 20 bzw. 30, wobei die dem Auslaßfenster 8 benachbarte Kanalwandung 44 des Über­ gangsabschnittes 40 die in Umfangsrichtung der Zylinder­ wand 5 gemessene Breite B des Auslaßfensters 8 auf die geringere Breite b des Spülkanals 20 bzw. 30 reduziert. Der Übergangsabschnitt 40 zwischen dem Spülkanal 20 bzw. 30 und dem Austrittsfenster 31 bzw. 32 dient somit der Zunahme der in Umfangsrichtung der Zylinderwand 5 gemes­ senen Breite b des Spülkanals 20 bzw. 30 auf die größere Breite B des Austrittsfensters 21 bzw. 31, wobei zwischen dem Spülkanal 20 bzw. 30 und dem Übergangsabschnitt 40 die etwa parallel zur Zylinderhochachse 17 liegende Strö­ mungsabrißkante 25 bzw. 35 ausgebildet ist. Die gegen­ überliegende Kanalwandung 124 bzw. 134 endet bevorzugt an der Mantelfläche 19 der Zylinderwand 5.

Wie Fig. 2 zeigt, ist das Austrittsfenster 21 bzw. 31 le­ diglich an seiner dem Auslaßfenster 8 benachbarten Be­ grenzungskante 26 bzw. 36 breiter als der Querschnitt des Spülkanals 20 bzw. 30 vorgesehen. Dabei ist die dem Aus­ laßfenster 8 benachbarte Begrenzungskante 26 bzw. 36 mit einem Radius R gerundet; bevorzugt geht die Kanalwand 44 des Übergangsabschnittes 40 mit einem Radius R in die Mantelfläche 19 der Zylinderwand 5 über.

Im Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 ist zwischen der dem Auslaßfenster 8 benachbarten Kanalwandung 24 des Spülka­ nals 20 und dem Übergangsabschnitt 40 eine Stufe 41 aus­ gebildet, wobei die Stufenfläche 44′ mit der Kanalwandung 24 einen rechten Winkel 50 einschließt. Die Kanalwandung 44 schließt etwa rechtwinklig an die Stufenfläche 44′ an und geht mit einem Radius R in die Mantelfläche 19 der Zylinderwand 5 über.

Im Ausführungsbeispiel nach Fig. 4 bildet die Kanalwan­ dung 24 des Überströmkanals 20 mit einer Kanalwandung 44′ des Übergangsabschnitts 40 einen spitzen Winkel 50 von weniger als 90°; im gezeigten Ausführungsbeispiel ist ein Winkel 50 von 70° vorgesehen. Die Kanalwandung 44′ ver­ läuft mit einem teilkreisförmigen Übergang 45 zur Begren­ zungskante 26 des Austrittsfensters 21, wobei der Über­ gang 45 mit der Mantelfläche 19 der Zylinderwand 5 einen stumpfen Winkel bildet.

Im Ausführungsbeispiel nach Fig. 5 bildet die Kanalwan­ dung 24 des Spülkanals 20 mit einer tangential aus laufen­ den Fläche 44′ des Übergangsabschnitts 40 einen spitzen Winkel 50 von etwa 70°. Die Fläche 44′ geht mit einem Bo­ genabschnitt 45 in die Mantelfläche 19 der Zylinderwand 5 über. Dabei wird ein stumpfer Winkel von etwa 170° gebil­ det.

Die in Strömungsrichtung 23, 33 vor den Austrittsfenstern 21, 31 der Spülkanäle 20, 30 liegenden Strömungsabrißkan­ ten 25, 35 sind zweckmäßig nicht nur in der dem Auslaß­ fenster 8 benachbarten Kanalwandung 24 bzw. 34 der Spül­ kanäle 20 bzw. 30 vorgesehen, sondern auch in der gegen­ überliegenden Wandung 134, wie am Beispiel des Spülkanals 30 und dessen Wandung 134 in Fig. 2 gezeigt ist.

Zweckmäßig erstreckt sich die Strömungsabrißkante 25 bzw. 35 in Achsrichtung des Zylinders 2 lediglich über die Hö­ he H, die im Hubbereich des Kolbens 7 liegt.

Claims (8)

1. Zweitaktmotor, insbesondere für ein handgeführtes Arbeitsgerät wie eine Motorkettensäge, einen Trenn­ schleifer, ein Freischneidegerät oder dergleichen, mit einem Zylinder (2), einem darin ausgebildeten Brennraum (4) und in der Zylinderwand (5) angeord­ neten, in den Brennraum (4) öffnende Austrittsfen­ ster (21, 31) von Spülkanälen (20, 30), über die dem Brennraum (4) Verbrennungsluft und Kraftstoff zuzuführen sind, wobei die Austrittsfenster (21, 31) etwa in Richtung der Hochachse (17) des Zylin­ ders (2) verlaufende Begrenzungskanten (26, 36) aufweisen, die in der Mantelfläche (19) der Zylin­ derwand (5) liegen, dadurch gekennzeichnet, daß die in der Mantelfläche (19) der Zylinderwand (5) in Umfangsrichtung gemes­ sene Breite (B) des Austrittsfensters (21, 31) grö­ ßer ist als die in gleicher Richtung gemessene Breite (b) des Querschnittes des anschließenden Spülkanales (20, 30), daß der Spülkanal (20, 30) mit einem Übergangsabschnitt (40) an das Austritts­ fenster (21, 31) anschließt und daß zwischen dem Spülkanal (20, 30) und dem Übergangsabschnitt (40) eine etwa in Richtung der Zylinderhochachse (17) sich erstreckende Strömungsabrißkante (25, 35) aus­ gebildet ist.

2. Zweitaktmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Strömungsabrißkante (25, 35) durch zwei aneinanderstoßende Flächen (24, 44) gebildet ist, die einen Winkel (50) von weniger als 120°, vorzugsweise weniger als 90° einschlie­ ßen.

3. Zweitaktmotor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Winkel (50) spitz­ winklig ist.

4. Zweitaktmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Strömungs­ abrißkante (25, 35) im wesentlichen im Hubbereich des den Brennraum (4) begrenzenden Kolbens (7) er­ streckt.

5. Zweitaktmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Strömungsabrißkante (25, 35) auf der dem Auslaßfenster (8) des Brenn­ raums (4) benachbarten Hochseite des Austrittsfen­ sters (21, 31) ausgebildet ist.

6. Zweitaktmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die sich in Richtung der Hochachse (17) des Zylinders (2) erstreckende Begrenzungskante (26, 36) des Austrittsfensters (21, 31) gerundet ist.

7. Zweitaktmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Begrenzungskante (26, 36) des Austrittsfensters (21, 31) mit einem Radius (R) an die Kanalwandung (44) des Übergangs­ abschnittes (40) anschließt.

8. Zweitaktmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Kanalwan­ dung (44) des Übergangsabschnittes (40) und der Ka­ nalwandung (24) des Spülkanales (20) eine Stufe (41) ausgebildet ist.