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Die
Erfindung betrifft einen Zweitaktmotor, insbesondere für handgehaltene
Motorgeräte,
wie z. B. benzinmotorbetriebene Kettensägen, Heckenscheren oder dergleichen,
mit einem Motorgehäuse in
dem zumindest ein Einlasskanal, ein Auslasskanal und ein Überströmkanal vorhanden
sind. Das Motorgehäuse
weist dabei einen Zylinder mit einem Brennraum und ein Kurbelwellengehäuse auf.
Durch die zuvor erwähnten
Kanäle
wird einen Gaswechsel im Brennraum ermöglicht. Das Frischgas gelangt
dabei durch den Einlasskanal in das Kurbelwellengehäuse. Von
dort aus wird es durch den oder die Überströmkanäle in den Brennraum geleitet,
in dem es verbrannt wird. Das verbrannte Gas (Abgas) wird durch den
Auslasskanal wei ter in die Auspuffanlage geleitet. Um bei diesem
Gaswechsel einen direkten Kurzschluss zu verhindern, d. h. dass
Frischgas in den Auslasskanal gelangt, bevor es verbrannt wird,
ist der bzw. sind die Überströmer winklig
vom Überströmschlitz
des Auslasskanals weg gerichtet. Zu diesem Zweck ist der Auslassschlitz
in der Regel als Düse ausgeformt.
Dabei ist zwangsläufig
eine einlassnahe seitliche Führungsfläche des Überströmschlitzes
länger
als eine einlassferne seitliche Führungsfläche des Überströmschlitzes ausgebildet. Die
beiden Führungsflächen selbst
werden einerseits durch den Brennraum und andererseits durch eine
rückseitige Führungsfläche im Überströmschlitz
längenmäßig begrenzt.
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Aus
dem Stand der Technik sind Zweitaktmotoren mit zwei oder mehr Überströmern bekannt.
Um eine gute Spülung
zu erzielen, sind die Überströmer jeweils
winklig vom Auslassschlitz weg gerichtet. Dadurch bedingt ist der
Eintritt der Überströmer in die Lauffläche unsymmetrisch,
was eine unerwünschte Ablenkung
des Gasstrahls bewirkt. Bei üblichen
Einströmwinkeln
und Überströmeranordnung
(Bauraum) besitzt die einlassnahe Führungsfläche mehr Länge und übernimmt somit auch mehr Führungseigenschaft
für das
einströmende
Frischgas. Tritt das Fluid (Frischgas) nun in den Brennraum ein,
wird es an dieser längeren
Führungsfläche geleitet.
Gleichzeitig verliert das Fluid die Führung an der kürzeren,
einlassfernen Führungsfläche und
wird somit in Richtung des Auslassschlitzes abgedrängt bzw.
expandiert in Richtung Auslass. Es kommt so einerseits zu Kurzschlussverlusten
von Frischladungund andererseits zu einer schlechten Spülung des
Brennraumes aufgrund einer nicht optimalen Strömungsrichtung des einströmenden Frischgases.
Höherer
Kraftstoffverbrauch und höhere
Schadstoffemissionen sind die direkten Folgen daraus.
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Vor
diesem Hintergrund ist es Aufgabe der Erfindung, einen Zweitaktmotor
zur Verfügung
zu stellen, der auf einfache Art und Weise die Strömungsrichtung
des einströmenden
Frischgases optimal vorgibt, um so eine verbesserte Spülung des Brennraumes
bei Vermeidung Verringerung oder fast einer eines Kurzschlusses
zu bewirken. Dadurch soll dementsprechend der (Ladungs-)Fanggrad
erhöht werden.
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Diese
Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst, denen
folgende besondere Bedeutung zukommt.
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Bei
dem erfindungsgemäßen Zweitaktmotor ist
die einlassnahe seitliche Führungsfläche des Überströmschlitzes
mit einem Expansionswinkel versehen, so dass der Überströmschlitz
im Bereich des Expansionswinkels zu einem Diffusor ausgebildet ist. Um
das Frischgas gebündelt
in den Brennraum zu leiten, ist der Überströmschlitz bis zum Expansionswinkel
als Düse
ausgestaltet. Ab dem Expansionswinkel bzw. ab Beginn des Expansionswinkels
bildet er dann den erwähnten
Diffusor. Durch diese Maßnahme
ist die einlassnahe seitliche Führungsfläche in zumindest
zwei Teilflächen
geteilt. Diese Teilflächen
werden durch eine hintere Teilfläche
und eine vordere Teilfläche
gebildet. Die vordere Teilfläche
beginnt mit dem Expansionswinkel mit dem Beginn des Expansionswinkels
und reicht bis zum Brennraum bzw. bis zur Kolbenlauffläche. Die
hintere Teilfläche wird
durch den restlichen Teil der einlassnahen seitlichen Führungsfläche gebildet.
Durch die gezielte Verkürzung
der einlassnahen seitlichen Führungsfläche wird
ihre Führungseigenschaft
verringert. Ganz kann der Kurzschluss nicht verhindert werden, aber er
wird deutlich verringert. Folglich wird die Führungseigenschaft der einlassfernen
seitlichen Führungsfläche erhöht, wodurch
die Frischgase stärker vom
Auslassschlitz weg in die Mitte des Brennraumes geleitet werden.
Durch diese Maßnahme
wird so mit ein zielgerichtetes Einströmen des Frischgases bewirkt,
wodurch sich der Fanggrad verbessert. Damit reduziert sich auch
der Kraftstoffverbrauch des Zweitaktmotors bei gleicher Leistungsabgabe.
Ebenfalls können
die Schadstoffemissionen des Motors bereits in ihrer Erzeugung verringert
werden.
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Weitere
vorteilhafte Ausgestaltungen des Zweitaktmotors sind in den Unteransprüchen 2 bis
15 beschrieben.
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In
einer besonderen Ausführungsform
des Zweitaktmotors wird die einlassnahe seitliche Führungsfläche durch
den Expansionswinkel derart geteilt, dass die hintere Teilfläche im wesentlichen gleichlang
zur einlassfernen seitlichen Führungsfläche ist.
Damit übernehmen
die beiden Führungsflächen im
wesentlichen die gleiche Führungseigenschaft
innerhalb eines Überströmschlitzes,
wodurch eine zielgerechte Führung
des einströmenden Frischgasstromes
ohne weiteres möglich
ist. Sind dagegen die beiden zu vergleichenden seitlichen Führungsflächen (einlassferne
Führungsfläche und hintere
Teilfläche
der einlassnahen Führungsfläche) nicht
gleichlang, ist ein eindeutige, zielgerichtete Führung des Frischgasstromes
nur durch Experimente oder aufwendige Berechnungen vorher bestimmbar.
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Bei
einer anderen Ausführungsform
des Zweitaktmotors kann der Expansionswinkel die einlassnahe Führungsfläche so teilen,
dass die hintere Teilfläche
länger
ist als die einlassferne seitliche Führungsfläche. Das bedeutet, dass der
Expansionswinkel eigentlich „zu
spät" beginnt, jedoch
haben Versuche gezeigt, dass auch schon ein kleinerer Expansionswinkelabschnitt
eine gute Funktionswirkung und damit eine aufgabengemäße Verbesserung
bewirkt.
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Bei
einer weiteren Ausführungsform
des Zweitaktmotors kann der Expansionswinkel die einlassnahe Führungsfläche so teilen,
dass die hintere Teilfläche
kürzer
ausgestaltet ist als die einlassferne Führungsfläche. Mit anderen Worten, der
Beginn des Diffusors bzw. des Expansionswinkels kann tiefer in den Überströmschlitz
hinein verschoben werden. Hierdurch lässt sich erreichen, dass die
einlassferne Führungsfläche eine
größere Führungseigenschaft als
die gesamte einlassnahe Führungsfläche innehat.
Entsprechend stark kann das Frischgas in die Mitte des Brennraumes
gelenkt werden. Allerdings ist davon auszugehen, dass die Führungseigenschaft der
einlassfernen Führungsfläche nicht
beliebig durch eine Verkürzung
der hinteren Teilfläche
beeinflusst werden kann.
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Bei
einer zusätzlichen
Variante des Zweitaktmotors ist die vordere Teilfläche im wesentlichen eben
ausgestaltet. Bei dieser Variante ist der Verlauf des Frischgasstromes
im Vorfeld noch relativ einfach zu bestimmen. Dagegen kann die vordere
Teilfläche auch
bogenförmig,
d.h. mit Radius größer 1mm,
oder andersartig ausgestaltet sein. Ebenfalls kann die vordere Teilfläche auch
wellig oder andersartig ausgestaltet sein.
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Bei
den zuvor beschriebenen Varianten des Zweitaktmotors kann ein Übergang – verursacht durch
den Beginn des Expansionswinkels – zwischen der vorderen und
der hinteren Teilfläche
der einlassnahen Führungsfläche kantenartig
ausgestaltet sein. Durch diese Maßnahme verliert die einlassnahe
Führungsfläche beim
Beginn des Expansionswinkels abrupt ihre Führungseigenschaft. Hierdurch
kann es zu unvorhersehbaren Turbulenzen im Frischgasstrom kommen.
Um dieses zu vermeiden, kann der Übergang zwischen der vorderen
und hinteren Teilfläche der
einlassnahen Führungsfläche kreis-
bzw. bogenförmig
ausgestaltet werden.
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Damit
die Frischgasströmung
nicht nur horizontal durch den Überströmschlitz
beeinflussbar ist, sondern auch vertikal, kann bei einer weiteren
Ausführungsform
des Zweitaktmotors vorgesehen sein, dass die vordere Teilfläche der
einlassnahen Führungsfläche vertikal
zur hinteren Teilfläche
geneigt ist. Durch diese Maßnahme
ist es möglich,
das Frischgas auch nach oben oder nach unten, d. h. zum Zylinderkopf
hin oder weg zu leiten. Somit kann eine weiter verbesserte Spülung des
Brennraumes erreicht werden.
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Ebenfalls
kann, zu diesem Zweck bei einer Weiterbildung der zuvor genannten
Ausführungsformen
des Zweitaktmotors, die vordere Teilfläche der einlassnahen Führungsfläche selbst
in zumindest eine untere und obere Neigungsfläche geteilt werden, so dass
die einlassnahe Führungsfläche zumindest
dreigeteilt ist. Folglich kann der Frischgasstrom nicht nur nach
oben oder unten gelenkt werden, sondern er kann sowohl nach oben
als auch nach unten geleitet werden. Die Breite der oberen und unteren Neigungsfläche ist
dementsprechend frei wählbar.
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Vorzugsweise
ist der erfindungsgemäße Zweitaktmotor
aus den bisher beschriebenen Ausführungsbeispielen mit einer
Mehrkanal-Umkehrspülung ausgestattet.
Durch diese Mehrkanal-Umkehrspülung kann
eine verbesserte Spülung
des Brennraumes erst richtig bewirkt werden. Dabei können insgesamt
2 oder mehr Überströmkanäle im Zylinder angeordnet
werden.
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Bei
einem weiteren Ausführungsbeispiel
des Zweitaktmotors ist eine zusätzliche
Frischölschmierung
oder sogenannte Getrennt-Schmierung
vorgesehen, durch die die beweglichen Teile, wie Kolben, Kurbel
und Lager mit Öl
versorgt werden. Durch diese Getrennt-Schmierung kann sichergestellt
werden, dass immer das richtige Mischungsverhältnis von Kraftstoff zu Öl zur Schmierung
bereitsteht. Auch entfällt
das lästige
Beimischen des Schmieröls
bei jedem Tankvorgang.
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Obendrein
kann der zuvor beschriebene, erfindungsgemäße Zweitaktmotor mit einer
Einspritzanlage zum Einleiten des Kraftstoffes ausgestattet sein.
Durch die Einspritzanlage lässt
sich der Zweitaktmotor besser steuern bzw. regeln, im Gegensatz zum
herkömmlichen
Vergasermotor. Somit können die
Schadstoffemissionen weiter gesenkt und der Wirkungsgrad des Motors
erhöht
werden.
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Nachstehend
wird die Erfindung anhand der beigefügten Zeichnungen in unterschiedlichen
Ausführungsbeispielen
näher erläutert. Es
zeigen:
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1 einen
Querschnitt durch ein Motorgehäuse
eines erfindungsgemäßen Zweitaktmotors ohne
Kolben und Kurbel, mit zwei unterschiedlichen Überströmkanälen (A und B), wobei A und
B zur Erläuterung
in 1 Zylinder dargestellt sind, im realen Motor gäbe es zwei Überströmkanäle A oder
zwei Überströmkanäle B,
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2 eine
Detailvergrößerung B
aus 1, von dem linken, vorderen Überströmkanal, bekannt aus dem Stand
der Technik,
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3a eine
Detailvergrößerung A
aus 1, von dem rechten, vorderen Überströmkanal, und
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3b eine
weitere Detailvergrößerung A aus
einem anderen Ausführungsbeispiel
des erfindungsgemäßen Zweitaktmotors,
von dem rechten, vorderen Überströmkanal.
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In
der 1 ist ein Querschnitt durch ein Motorgehäuse 10 bzw.
Zylinders eines Zweitaktmotors 100 dargestellt. Dieser
Zweitaktmotor 100 verfügt insgesamt über vier Überströmkanäle 13,
die durch ihre Überströmschlitze 17 im
Brennraum 14 enden. Alle vier Überströmschlitze 17 sind
düsenartig
ausgestaltet und winklig vom Auslassschlitz 16 des Auslasskanals 12 weg
in den Brennraum 14 gerichtet. Durch diese Maßnahme allein
soll bereits eine Kurzschlussbildung verhindert werden, was jedoch
leider nicht ausreichend der Fall ist. Der Auslasskanal 12 ist direkt
gegenüber
(d. h. diametral) einem Einlasskanal 11 angeordnet. Allerdings
mündet
der entsprechende Einlassschlitz 15 des Einlasskanals 11 deutlich
tiefer im Brennraum als der gegenüberliegende Auslassschlitz 17.
Bauartbedingt kann beim Zweitaktmotor 100 nicht das Frischgas
direkt durch den Einlasskanal 11 in den Brennraum 14 gelangen,
da es vorher durch das Kurbelwellengehäuse geleitet wird, um anschließend durch
die Überströmkanäle 13 in
den Brennraum 14 zu gelangen.
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Bei
dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel des Zweitaktmotors 100 ist – zur Verdeutlichung
der Erfindung – der
rechte, obere Überströmschlitz 17,
der in direkter Nachbarschaft zum Auslasskanal 12 angeordnet
ist, mit einem zusätzlichen Expansionswinkel 19 in
einer einlassnahen Führungsfläche 23 versehen
(siehe hierzu den eingekreisten Bereich A). Dagegen ist seine einlassferne Führungsfläche 22 identisch
zur einlassfernen Führungsfläche 22 des
linken, oberen Überströmschlitzes 17 ausgestaltet
(siehe hierzu den eingekreisten Bereich B). Folglich unterscheiden
sich die beiden Überströmschlitze 17 im
vorliegenden Fall durch die unterschiedlichen Ausgestaltungen der
einlassnahen Führungsflächen 23.
Wie bereits zuvor erwähnt
wurde die Darstellung in 1 nur zur Gegenüberstellung
vom Stand der Technik und Erfindung gewählt und es sollen jedoch alle Überströmschlitze 17 des Zweitaktmotors 100 mit
dem zusätzlichen
Expansionswinkel 19 ausgestattet sein.
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Der
vergrößert wiedergegebene Überströmschlitz 17 in 2 stellt
den bekannten Stand der Technik aus 1 dar. Dabei
wird der Nachteil dieser Ausgestaltung des Überströmschlitzes 17 anhand des
eingezeichneten Verlaufes des Frischgasstromes 30 deutlich.
Wie zu erkennen ist, wird das eintretende Frischgas durch die beiden
Führungsflächen 22, 23 in
den Brennraum 14 geleitet. Da die längere, einlassnahe Führungsfläche 23 über die
größere Führungseigenschaft
verfügt,
wird der Frischgasstrom an dieser Fläche 23 weit ins Innere
des Brennraumes 14 geführt.
Dagegen knickt der Frischgasstrom an der einlassfernen, kürzeren Führungsfläche 22 direkt
nach seinem Austritt in den Brennraum 14 in Richtung des
Auslassschlitzes 16 weg. Folglich ist die Kurzschlussgefahr
bei dieser Ausführungsform des Überströmschlitzes 17 sehr
hoch, obwohl der Überströmschlitz 17 winklig
weg vom Auslassschlitz 16 angeordnet ist. Auch die düsenartige
Form 18 des Schlitzes 17 vermag daran nichts zu ändern.
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In
den 3a und 3b sind
zwei unterschiedliche Varianten eines Überströmschlitzes 17 des
erfindungsgemäßen Zweitaktmotors 100 abgebildet.
Bei beiden Varianten ist zu erkennen, dass die kurze, einlassferne
Führungsfläche 22 eine
deutlich größere Führungseigenschaft
besitzt, als die aus dem Stand der Technik bekannte Fläche 22.
Diese Wirkung beruht auf der veränderten
Ausgestaltung der gegenüberliegenden,
einlassnahen Führungsfläche 23,
die nämlich
durch den Expansionswinkel 19 in eine hintere Teilfläche 24 und
eine vordere Teilfläche 25 geteilt
ist. Durch die geometrische Veränderung
der einlassnahen Führungsfläche 23 kommt
es zu einer fiktiven Verkürzung
der Führungsfläche 23, so
dass ihre Führungseigenschaft
reduziert wird. Dabei übernimmt
die hintere Teil fläche 24,
die von einer rückseitigen
Führungsfläche 21 des Überströmkanals 13 bis
zum Beginn des Expansionswinkels 19 reicht, eine reduzierte
Führungseigenschaft
der gesamten, einlassnahen Führungsfläche 23.
Bis zum Beginn des Expansionswinkels 19 ist der Überströmschlitz 17 als
Düse 18 konstruiert.
Mit Beginn des Expansionswinkels 19 weist der Überströmschlitz 17 die
Form eines Diffusors 20 auf. Somit verfügt die vordere Teilfläche 25 über keine
weitere Führungseigenschaft
des Frischgasstroms. Hierdurch wird der Frischgasstrom aufgrund
der erhöhten
Führungseigenschaft
der gegenüberliegenden,
einlassfernen Fläche 22 weiter
in die Mitte des Brennraumes 14 gelenkt.
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In
der 3a ist die vordere Teilfläche 25 als eine ebene
Fläche
vorgesehen. Diese knickt kantenartig beim Beginn des Expansionswinkels 19 von
der hinteren Teilfläche 24 ab.
Um die Führungseigenschaft
der beiden Flächen 22, 23 möglichst
gleichwertig aufzuteilen, sollte die Düse 18 des Überströmschlitzes 17 symmetrisch
ausgestaltet sein. Zu diesem Zweck sollte die Länge der einlassfernen Führungsfläche 22 gleichlang
zur hinteren Teilfläche 24 sein.
Mit anderen Worten, der Expansionswinkel 19 beginnt im
fiktiven Schnittpunkt der einlassnahen Führungsfläche 23 mit einer Tangente 28 zur
Kolbenlauffläche 27 des
Motorgehäuses 10 bzw.
Zylinders, wobei die Tangente 28 die kreisförmige Kolbenlauffläche 27 von
außen
im Schnittpunkt mit der einlassfernen Führungsfläche 22 berührt. Diese
geometrische Ausgestaltung des Überströmschlitzes 17 ist
in der 3a wiedergegeben.
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Die 3b zeigt
einen Überströmschlitz 17 mit
einer dreiteiligen, einlassnahen Führungsfläche 23. Im Gegensatz
zur vorderen Teilfläche 25 aus 3a ist
nämlich
die vordere Teilfläche 25 aus 3b in
eine untere und eine obere Neigungsfläche 26 unterteilt.
Außerdem
wurde der Expansionswinkel 19 bei dieser Ausführungsform des Überstromschlitzes 17 weiter
nach hinten, d. h. näher
zur rückseitigen
Führungsfläche 21 verlegt.
Zusätzlich
ist die vordere Teilfläche 25 bogenförmig ausgestaltet
und weist einen fließenden,
ebenfalls bogenförmigen Übergang
zur hinteren Teilfläche 24 auf.
Somit kann durch diese besondere Ausgestaltung der vorderen Teilfläche 25 der
Frischgasstrom auch nach oben und/oder nach unten gelenkt werden.
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Es
sei noch erwähnt,
dass der erfindungsgemäße Zweitaktmotor 100 auch
aus den verschiedenste Kombinationen der erwähnten Ausführungsbeispielen bestehen kann,
sofern sich diese nicht technisch bedingt ausschließen. Ebenfalls
kann der erfindungsgemäße Zweitaktmotor 100 auch
andere technische Merkmale und Formen aufweisen, als die die hier
beschriebenen sind, die jedoch über
gleiche oder ähnliche
Funktionen verfügen.
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- 100
- Zweitaktmotor
- 10
- Motorgehäuse/Zylinder
- 11
- Einlasskanal
- 12
- Auslasskanal
- 13
- Überströmkanal
- 14
- Brennraum
- 15
- Einlassschlitz
von 11
- 16
- Auslassschlitz
von 12
- 17
- Überströmschlitz
von 13
- 18
- Düse in 13 bzw. 17
- 19
- Expansionswinkel
- 20
- Diffusor
in 13 bzw. 17
- 21
- Rückseitige
Führungsfläche
- 22
- Einlassferne
Führungsfläche
- 23
- Einlassnahe
Führungsfläche
- 24
- Hintere
Teilfläche
von 23
- 25
- Vordere
Teilfläche
von 23
- 26
- Obere
Neigungsfläche
von 25
- 27
- Kolbenlauffläche
- 28
- Tangente
- 29
- Gedachte
Verlängerung
von 24
- 30
- Pfeil
für Verlauf
der Gasströmung