-
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine mit einem Kurbelgehäuse und mit einem Zylinder, wobei im Zylinder ein Kolben hubbeweglich geführt ist und einen Brennraum beweglich begrenzt, und wobei im Zylinder wenigstens ein Überströmkanal angeordnet ist, durch den Zündgemisch vom Kurbelgehäuse in den Brennraum hindurch geführt wird. Die Erfindung richtet sich ferner auf ein Motorarbeitsgerät mit einer solchen Brennkraftmaschine sowie ein Verfahren zu deren Betrieb.
-
STAND DER TECHNIK
-
Die
DE 102 10 892 A1 beschreibt eine Brennkraftmaschine mit einem Kurbelgehäuse und mit einem Zylinder, in dem ein Kolben hubbeweglich geführt ist und einen im Zylinder ausgebildeten Brennraum beweglich begrenzt. Der Brennraum wird mit Zündgemisch über Überströmkanäle versorgt, und die Überströmkanäle münden über ein offenes kurbelgehäuseseitiges Ende in den durch das Kurbelgehäuse umschlossenen Raum, wodurch ein Eintrittsquerschnitt des Überströmkanals gebildet ist. Zum Öffnen und zum Schließen der Überströmkanäle dient eine Kolbenoberkante, die einen Austrittsquerschnitt der Überströmkanäle nach Art eines Schieberventils öffnet und schließt. Die Öffnung des Austrittsquerschnitts der Überströmkanäle erfolgt während der Abwärtsbewegung des Kolbens in Richtung zum unteren Totpunkt, sodass Zündgemisch in den Brennraum gelangen kann. Erst mit der Aufwärtsbewegung des Kolbens in Richtung zum oberen Totpunkt erfolgt wieder ein Schließen des Austrittsquerschnittes, und durch die Aufwärtsbewegung in Richtung zum oberen Totpunkt wird das Zündgemisch nachfolgend verdichtet. Die Überströmkanäle sind gemäß der gezeigten Bauart der Brennkraftmaschine als geschlossen ausgeführte Überströmkanäle im Körper des Zylinders eingebracht.
-
Aus der
DE 197 07 767 B4 ist eine weitere Bauart einer Brennkraftmaschine mit einem Kurbelgehäuse und mit einem Zylinder bekannt, und im Zylinder ist ein Kolben hubbeweglich geführt, um einen Brennraum beweglich zu begrenzen. In der Zylinderwand sind Überströmkanäle angeordnet, die in Richtung zur Kolbenlauffläche offen ausgeführt sind. Die Überströmkanäle gehen frei in den durch das Kurbelgehäuse umschlossenen Raum über, und das Öffnen und Schließen eines Austrittsquerschnittes der Überströmkanäle in den Brennraum erfolgt ebenfalls über eine Kolbenoberkante.
-
Beim Bau von Brennkraftmaschinen, die insbesondere als 2-Takt-Brennkraftmaschinen ausgeführt sind, sind geringe Abgaswerte wünschenswert. Zusätzlich zu Maßnahmen, die zur Verbesserung der Abgasqualität führen, beispielsweise durch die Verwendung von Filtern und/oder Katalysatoren, ist bekannt, dass die Ausgestaltung der Überströmkanäle hinsichtlich ihrer Position und/ihrer geometrischen Ausformung einen positiven Einfluss auf die Abgasqualität der Brennkraftmaschine haben kann. Auch kann neben der Verbesserung der Abgasqualität der Kraftstoffverbrauch der Brennkraftmaschine durch eine Optimierung der Überströmkanäle erreicht werden. Beispielsweise kann vermieden werden, dass unverbranntes Zündgemisch aus den Überströmkanälen unmittelbar in den Auslass gelangt und folglich unverbrannt in die Abgasanlage entweicht.
-
OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
-
Damit ergibt sich die Aufgabe der Erfindung, eine Brennkraftmaschine mit Maßnahmen auszuführen, die zu einer weiteren Verbesserung der Abgasqualität und/oder des Kraftstoffverbrauchs führen, insbesondere ist es die Aufgabe, eine verbesserte Zumessung von Zündgemisch in den Brennraum zu schaffen.
-
Diese Aufgabe wird ausgehend von einer Brennkraftmaschine gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1, einem Motorarbeitsgerät gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 13 sowie einem Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 14 mit den jeweils kennzeichnenden Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
-
Die Erfindung schließt die technische Lehre ein, dass der Kolben eine Kolbenunterkante aufweist, die mit einem im Kurbelgehäuse rotierenden Gegenkörper derart zusammenwirkt, dass ein Eintrittsquerschnitt des Überströmkanals zum Eintritt des Zündgemisches vom Kurbelgehäuse in den Überströmkanal steuerbar ist.
-
Durch entsprechende geometrische Anpassungen des Kolbens und des Eintrittsquerschnittes des Überströmkanals hat sich überraschend gezeigt, dass eine Steuerung des Eintrittsquerschnittes des Überströmkanals zum Eintritt des Zündgemisches vom Kurbelgehäuse in den Überströmkanal zu einer Verbesserung der Abgasqualität der Brennkraftmaschine führt. Hierbei wird insbesondere die Größe des Eintrittsquerschnittes gesteuert beziehungsweise verändert. Das erfindungsgemäße Prinzip der Steuerung des Eintrittsquerschnittes fußt dabei insbesondere auf einer konventionellen Bauart der Brennkraftmaschine, die vorzugsweise ohne das Prinzip einer Luftvorlage ausgeführt ist.
-
Durchläuft der Kolben den unteren Totpunkt, so sind die Überströmkanäle in Richtung zum Brennraum geöffnet. Dabei kann der rotierende Gegenkörper mit der Hubposition des Kolbens so korrespondieren, dass der rotierende Gegenkörper durch Zusammenwirken mit der Kolbenunterseite eine Verengung des Eintrittsquerschnittes vom Kurbelgehäuse in den Überströmkanal bewirkt. Mit Vorteil kann die entstehende Verengung dynamisch ausgeführt sein. Beispielsweise kann die Steuerung durch die Verengung des Eintrittsquerschnittes nur über eine bestimmte Phase des Kolbenhubes erfolgen, oder der rotierende Gegenkörper ist so ausgeführt, dass die Steuerung des Eintrittsquerschnittes beispielsweise einen Teil der Zeit oder über der gesamten Zeit erfolgt, die der Überströmkanal in Richtung zum Brennraum geöffnet ist.
-
Durch die Steuerung des Eintrittsquerschnittes des Überströmkanals vom Kurbelgehäuse in den Überströmkanal wird die Zumessung des Zündgemisches vom Kurbelgehäuse in den Brennraum beeinflusst. Der Einfluss auf die Kraftstoffzufuhr über das Kurbelgehäuse kann durch die Steuerung überraschenderweise so ausgelegt werden, dass sich eine verbesserte Abgasqualität und unter bestimmten Voraussetzungen auch eine Verringerung des Kraftstoffverbrauchs ergibt. Unter dem Begriff der Kolbenunterkante kann vorliegend jeder Bereich oder Teilbereich des Kolbens verstanden werden, der nicht durch die den Brennraum begrenzende Kolbenoberseite oder durch die zumindest obere Seitenfläche des Kolbens gebildet ist, vorzugsweise beschreibt die Kolbenunterkante im vorliegenden Zusammenhang die Unterseite des Kolbenhemdes, sodass die Kolbenunterkante durch den etwa kreisförmig umlaufenden Abschlussbereich des Kolbenhemdes gebildet ist.
-
Die erfindungsgemäße Brennkraftmaschine weist einen Austrittsquerschnitt des Überströmkanals in den Brennraum auf, der auf bekannte Weise mit einer Kolbenoberkante steuerbar ist, wobei durch die Hubbewegung des Kolbens der Eintrittsquerschnitt mit der Kolbenunterkante verkleinert wird, wenn der Austrittsquerschnitt vergrößert wird und/oder wobei der Eintrittsquerschnitt vergrößert wird, wenn der Austrittsquerschnitt verkleinert wird. Insbesondere kann der Austrittsquerschnitt durch die Kolbenoberkante geöffnet sein, während der Eintrittsquerschnitt durch die Kolbenunterkante verkleinert, auf einen definierten, verkleinerten Spalt reduziert oder sogar geschlossen ist. Ist der Austrittsquerschnitt mit der Kolbenoberkante verschlossen, so ist der Eintrittsquerschnitt durch die Kolbenunterkante wieder beispielsweise weit geöffnet. Damit wird eine Art Wechselventilsteuerung gebildet, und mit jedem Kolbenhub wird der Überströmkanal mit einer diskreten Menge des Zündgemisches gefüllt, und die diskrete Menge des Zündgemisches aus dem Überströmkanal gelangt in den Brennraum, wenn der Austrittsquerschnitt des Überströmkanals in den Brennraum durch die Kolbenoberkante freigegeben wird, ohne dass eine direkte fluidische Verbindung zwischen dem Kurbelgehäuse und dem Brennraum vorliegt, wenn sich der Kolben im unteren Totpunkt befindet.
-
Die Verbesserung der Laufeigenschaften der Brennkraftmaschine mit der erfindungsgemäßen Steuerung des Eintrittsquerschnittes des oder der Überströmkanäle kann auf den folgenden Zusammenhang zurückgeführt werden: Bewegt sich der Kolben in Richtung zum unteren Totpunkt und gibt der Kolben so den Auslassquerschnitt des Überströmkanals in den Brennraum frei, herrscht im Brennraum ein höherer Druck als im Überströmkanal. Die sich im Überströmkanal befindliche Gemischmenge wird so in das Kurbelgehäuse zurückgedrückt.
-
Dabei kann auch verbranntes Gemisch, also Abgas, vom Brennraum über den oder die Überströmkanäle in das Kurbelgehäuse gelangen, welches zunächst das Gemisch zurückgedrückt hat. Ab einem gewissen Zeitpunkt, nämlich wenn ein Druckgleichgewicht zwischen dem Brennraum und dem Kurbelgehäuse vorherrscht und anschließend der Druck im Kurbelgehäuse größer wird als der stetig abnehmende Druck im Brennraum, kehrt die Strömungsbewegung im Überströmkanal in Richtung zum Brennraum um. Das teilweise Schließen des Überströmkanals am Eintrittsquerschnitt kann dabei dafür sorgen, dass in der Umkehrphase geordnete Strömungsverhältnisse vorherrschen, die eine klare Trennung von Abgas im Überströmkanal und Zündgemisch im Kurbelgehäuse bewirken. Dabei hat sich vorteilhaft herausgestellt, den Eintrittsquerschnitt des Überströmkanals nicht vollständig zu schließen sondern nur auf einen Spalt zu verkleinern, insbesondere wenn die Brennkraftmaschine im oder nahe des Leerlaufes betrieben wird.
-
Auch hat sich als besonders vorteilhaft herausgestellt, dass durch das Zusammenwirken der Kolbenunterkante mit dem wenigstens einen rotierenden Gegenkörper eine Reduzierung oder ein Schließen des Eintrittsquerschnittes des Überströmkanals im unteren Totpunkt oder vorzugsweise über einen Bereich des unteren Totpunktes des Kolbens erfolgt. Der Eintrittsquerschnitt und/oder die Kolbenunterkante können eine geometrische Ausgestaltung aufweisen, die eine Reduzierung oder ein vollständiges Schließen des Eintrittsquerschnittes zwischen dem Kurbelgehäuse und dem Überströmkanal bewirkt. Da durch das Zusammenwirken der Kolbenunterkante mit einem rotierenden und somit bewegten Gegenkörper eine über dem Kolbenhub dynamische Änderung des Eintrittsquerschnittes nicht nur durch die Bewegung des Kolbens sondern auch durch die Bewegung des Gegenkörpers erzielt werden kann, kann eine Reduzierung und/oder ein Schließen des Eintrittsquerschnittes erfolgen, während sich der Kolben etwa im Bereich des unteren Totpunktes befindet. Insbesondere kann durch die dynamische Wirkverbindung zwischen der Kolbenunterkante und dem rotierenden Gegenkörper ein über einen Hubbereich des Kolbens beispielsweise gleichbleibender Spalt zur Reduzierung des Eintrittsquerschnittes aufrechterhalten bleiben, was mit einem ruhenden Gegenkörper bei einer harmonisch bewegten Kolbenunterkante nicht möglich wäre.
-
Befindet sich beispielsweise der Kolben im Bereich des unteren Totpunktes, so kann die Kolbenoberkante den Austrittsquerschnitt zwischen dem Überströmkanal und dem Brennraum öffnen, während der Eintrittsquerschnitt des Überströmkanals zum Kurbelgehäuse dynamisch verändert wird. Folglich gelangt die in den Überströmkanal über dem Kurbelhub aus dem Kurbelgehäuse eingetretene Menge an Zündgemisch in den Brennraum, und es wird vermieden, dass beispielsweise durch einen erhöhten Druck im Kurbelgehäuse eine größere Menge an Zündgemisch in den Brennraum gelangt, ohne dass diese zur Verbrennung notwendig wäre. Insbesondere der Effekt der diskreten Zumessung einer Menge an Zündgemisch über das mit Überdruck gefüllte Volumen des zumindest einen Überströmkanals führt zu einer verbesserten Abgasqualität und insbesondere zu einem verringerten Verbrauch an Kraftstoff bei Betrieb der Brennkraftmaschine. Insbesondere können mehrere Überströmkanäle mit jeweiligen Eintrittsquerschnitten und Austrittsquerschnitten zwischen dem Kurbelgehäuse und dem Brennraum vorgesehen sein, die jeweils mit verschieden oder phasengleich rotierenden Gegenkörpern zusammenwirken, wobei vorzugsweise jeder Überströmkanal mit unterschiedlich langen Öffnungs- und Schließzeiten der Eintrittsquerschnitte und/oder der Austrittsquerschnitte gesteuert werden.
-
Eine besondere Verbesserung des Betriebes der Brennkraftmaschine wird insbesondere dann erreicht, wenn zwischen der Kolbenunterkante und dem rotierenden Gegenkörper ein Restspalt verbleibt. Die Größe des Restspaltes kann für übliche Baugrößen von Brennkraftmaschinen für handhaltbare Motorarbeitsgeräte beispielsweise 1 mm bis 3 mm betragen, wenn beispielsweise das Volumen ca. 30 ccm bis ca. 80 ccm beträgt. Mit Bezug auf den Durchmesser des Kolbens und auf das Hubvolumen der Brennkraftmaschine kann beispielhaft angegeben werden, dass bei einem Kolbendurchmesser von 38 mm und einem Hubvolumen von 35 ccm ein Restspalt von 1,2 mm, bei einem Kolbendurchmesser von 45 mm und einem Hubvolumen von 50 ccm ein Restspalt von 1,5 mm und bei einem Kolbendurchmesser von 52 mm und einem Hubvolumen von 81 ccm ein Restspalt von 2 mm besonders vorteilhafte Ergebnisse erzielbar sind.
-
Steht der Kolben im unteren Totpunkt, so kann das Verhältnis des freien Austrittsquerschnittes des Überströmkanals, also des Endes, das in Richtung zum Brennraum zeigt, zum freibleibenden Spalt zwischen Kolbenunterkante und Gegenkörper etwa 1,9 bis 2,2 betragen. Das heißt, der Austrittsquerschnitt des Überströmkanals kann etwa doppelt so groß wie der freibleibende Spalt an der Kolbenunterkante sein. Wird das Verhältnis größer und damit der Spalt kleiner, so geht Leistung der Brennkraftmaschine verloren, aber das Leerlaufverhalten kann sich bessern. Damit steigen die spezifischen Emissionen, wenn diese auf die jeweilige angegebene Leistung bezogen werden. Wird das Verhältnis kleiner und damit der Spalt größer, so steigen die Emissionen und somit auch die spezifischen Emissionen. Eine optimale Verbesserung der Abgaswerte wird erzielt, wenn das Verhältnis des verbleibenden Spaltes im Eintrittsquerschnitt zum Kolbendurchmesser 1:60 bis 1:10 und bevorzugt 1:40 bis 1:20 beträgt.
-
Gemäß einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel kann der rotierende Gegenkörper durch eine Kurbelwelle der Brennkraftmaschine gebildet sein. Insbesondere kann der rotierende Gegenkörper durch einen Abschnitt der Kurbelwelle gebildet sein, und der Abschnitt kann beispielsweise ein Gegengewicht der Kurbelwelle bilden, beispielsweise als Abschnitt an einer Kurbelwange. Gegengewichte einer Kurbelwelle bilden einen rotierenden Masseausgleich zur Pleuel-Kolben-Anordnung, und wenn sich der Kolben im unteren Totpunkt befindet, befindet sich folglich das rotierende Gegengewicht auf der Seite des Kolbens. Folglich läuft das rotierende Gegengewicht der Kurbelwelle unmittelbar unter dem Kolben her, während der Kolben den unteren Totpunkt durchläuft. Das Gegengewicht der Kurbelwelle kann folglich in Wirkverbindung mit der Kolbenunterkante des Kolbens einen Spalt zur Verengung des Eintrittsquerschnittes des Überströmkanals bilden, oder die Wirkverbindung der Kolbenunterkante mit dem rotierenden Gegenkörper kann sogar den Eintrittsquerschnitt vollständig schließen.
-
Nach einer weiteren möglichen Ausführungsform kann der rotierende Gegenkörper durch einen vorzugsweise separaten Steuerkörper gebildet sein, der vorzugsweise auf der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine angeordnet ist. Der Steuerkörper kann beliebig ausgeführt und beispielsweise als Anformung an der Kurbelwelle ausgebildet sein. Alternativ kann der Steuerkörper als Einzelbauteil ausgeführt und an der Kurbelwelle angeordnet werden. Dabei kann es beispielsweise ausreichend sein, dass der Steuerkörper aus einem Blechelement gebildet ist, das gemeinsam mit der Kurbelwelle um die Rotationsachse rotiert. Durchläuft der Kolben den Bereich des unteren Totpunktes, so kann der so ausgebildete Steuerkörper mit der Kolbenunterkante den gewünschten, den Eintrittsquerschnitt verengenden oder schließenden Spalt bilden.
-
Der Kolben kann ein Kolbenhemd aufweisen, wobei die Kolbenunterkante des Kolbens durch die Unterkante des Kolbenhemdes gebildet werden kann. Der Kolben kann mit einem Kolbenhemd ausgestaltet sein, das geschlossen ausgebildet ist und eine besonders lange Erstreckung in Richtung zur Kurbelwelle aufweist. Dadurch kann das Kolbenhemd mit einer Kolbenunterkante abschließen, die sich im unteren Totpunkt des Kolbens so weit in Richtung zur Kurbelwelle erstreckt, dass die Unterkante des Kolbenhemdes mit dem rotierenden Gegenkörper, beispielsweise ausgebildet als ein Gegengewicht der Kurbelwelle, einen Spalt bildend zusammenwirken kann.
-
Mit weiterem Vorteil kann das Kolbenhemd eine Einschnürung aufweisen, die der Gegenkörper bei Rotation im Kurbelgehäuse wenigstens teilweise durchläuft und insbesondere wobei die Einschnürung durch die Kolbenunterkante berandet ist. Die Einschnürung kann einen Radius aufweisen, der beispielsweise dem Außenradius des rotierenden Gegenkörpers entspricht. Stehen sich die Kolbenunterkante und die Außenseite des rotierenden Gegenkörpers gegenüber, kann der so gebildete Spalt vor dem Eintrittsquerschnitt des Überströmkanals angeordnet sein und diesen verengen oder schließen.
-
Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann der Gegenkörper einen Anfangsbereich und einen Endbereich aufweisen, sodass bei Rotation des Gegenkörpers um eine Rotationsachse die Kolbenunterkante zunächst mit dem Anfangsbereich und nachfolgend mit dem Endbereich des Gegenkörpers in Wirkverbindung gelangt. Dabei kann sich der Anfangsbereich vom Endbereich des Gegenkörpers unterscheiden, sodass der sich bildende Spalt zwischen dem Anfangsbereich des Gegenkörpers und der Kolbenunterkante sich vom Spalt unterscheidet, der gebildet werden kann durch den Endbereich des Gegenkörpers und der Kolbenunterkante. Beispielsweise kann der Gegenkörper durch das Gegengewicht oder durch den Steuerkörper gebildet sein, wobei das Gegengewicht beziehungsweise der Steuerkörper eine Außenfläche aufweisen kann, an oder auf der der Anfangsbereich und der Endbereich gebildet ist.
-
Beispielsweise kann die Außenfläche im Anfangsbereich einen anderen Radius zur Rotationsachse aufweisen als die Außenfläche im Endbereich. Damit kann das Verhalten der Spaltbildung zur Verengung des Eintrittsquerschnittes des Überströmkanals abhängen von der Rotationsposition des Gegenkörpers. Beispielsweise kann der Spalt ein anderes geometrisches Maß aufweisen, wenn sich der Anfangsbereich des Gegenkörpers in Wirkverbindung mit der Kolbenunterkante befindet, als wenn sich der Endbereich des Gegenkörpers mit der Kolbenunterkante in Wechselwirkung befindet. Somit kann über einen ersten Zeitabschnitt eine Spaltbildung und eine teilweise Schließung des Eintrittsquerschnittes erfolgen, und über einen weiteren Zeitbereich erfolgt lediglich eine Teilschließung oder erst anschließend die vollständige Schließung des Eintrittsquerschnittes. Die so gebildete dynamische Veränderung des Eintrittsquerschnittes des Überströmkanals kann bestimmt werden durch die geometrische Ausgestaltung des Gegenkörpers, der unter dem Kolben der Brennkraftmaschine hinweg rotiert.
-
Gemäß einer noch weiteren Ausführungsform kann der rotierende Gegenkörper durch ein Kurbelwellenlager der Brennkraftmaschine gebildet sein. Dieses kann rotierende Komponenten aufweisen, die erfindungsgemäß einen rotierenden Gegenkörper bilden können und die mit der Kolbenunterkante einen Spalt bilden, wenn der Kolben den unteren Totpunkt durchläuft.
-
Die Brennkraftmaschine ist vorzugsweise als 2-Takt-Brennkraftmaschine insbesondere für ein handbetriebenes Motorarbeitsgerät wie ein Garten- und Grünanlagenpflegegerät oder für ein Kleinkraftrad, einen Bootsmotor und dergleichen ausgebildet. Damit erstreckt sich der Gegenstand der vorliegenden Erfindung ferner auf ein Motorarbeitsgerät mit einer Brennkraftmaschine mit den vorstehend beschriebenen Merkmalen und Vorteilen.
-
Die vorliegende Erfindung richtet sich ferner auf ein Verfahren zum Betrieb einer Brennkraftmaschine mit einem Kurbelgehäuse und mit einem Zylinder, wobei im Zylinder ein Kolben hubbeweglich geführt wird und einen Brennraum beweglich begrenzt, und wobei im Zylinder wenigstens ein Überströmkanal angeordnet ist, durch den Zündgemisch vom Kurbelgehäuse in den Brennraum hindurch geführt wird, und es ist vorgesehen, dass der Eintrittsquerschnitt des Überströmkanals zum Eintritt des Zündgemisches vom Kurbelgehäuse in den Überströmkanal durch eine am Kolben angeordnete Kolbenunterkante gesteuert wird, die zur Steuerung mit einem im Kurbelgehäuse rotierenden Gegenkörper zusammenwirkt. Weitere Merkmale und/oder Vorteile der Brennkraftmaschine zur Ausführung des Verfahrens sind wie vorstehend beschrieben ebenfalls auf das Verfahren anwendbar.
-
BEVORZUGTES AUSFÜHRUNGSBEISPIEL DER ERFINDUNG
-
Weitere, die Erfindung verbessernde Maßnahmen werden nachstehend gemeinsam mit der Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung anhand der Figuren näher dargestellt. Es zeigt:
-
1 ein Ausführungsbeispiel einer Brennkraftmaschine mit den Merkmalen der vorliegenden Erfindung, die im Querschnitt dargestellt ist,
-
2 eine perspektivisch dargestellte, quergeschnittene Brennkraftmaschine mit den Vorteilen der vorliegenden Erfindung und
-
3 ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Anordnung aus einem Kolben mit einer Kolbenunterkante in Wirkverbindung mit einem Kurbelwellenlager.
-
1 zeigt in einer Querschnittsansicht eine Brennkraftmaschine 100 mit einem Kurbelgehäuse 10, das lediglich schematisch angedeutet ist. Am Kurbelgehäuse 10 ist ein Zylinder 11 angeordnet, und im Zylinder 11 ist ein Kolben 12 hubbeweglich geführt. Weiterhin ist im Zylinder 11 ein Brennraum 13 gebildet, der durch einen eine Hubbewegung ausführenden Kolben 12 beweglich begrenzt ist. Der gezeigte Kolben 12 befindet sich im unteren Totpunkt und ist über eine nicht näher gezeigte Pleuel mit einer Kurbelwelle 16 verbunden, die auf nicht näher gezeigte Weise im Kurbelgehäuse 10 drehbar gelagert ist und um eine Rotationsachse 24 eine Drehbewegung ausführt. Die Brennkraftmaschine 100 ist als 2-Takt-Brennkraftmaschine ausgeführt, und Zündgemisch gelangt vom Kurbelgehäuse 10 über beispielhaft zwei dargestellte Überströmkanäle 14 in den Brennraum 13. Der gezeigte Zylinder 11 ist beispielhaft als Schwerkraftgusszylinder ausgeführt, und die Überströmkanäle 14 sind geschlossen im Körper des Zylinders 11 eingebracht.
-
Der Kolben 12 ist im unteren Totpunkt gezeigt, sodass die Austrittsquerschnitte 26 der Überströmkanäle 14 in den Brennraum 13 geöffnet sind. Der Übergang zwischen dem Kurbelgehäuse 10 und den Überströmkanälen 14 wird durch einen Eintrittsquerschnitt 17 gebildet, durch den Zündgemisch aus dem Kurbelgehäuse 10 in die Überströmkanäle 14 gelangen kann. Im Bereich des Eintrittsquerschnittes 17 bildet ein beispielhaft auf der rechten Seite dargestellter rotierender Gegenkörper 18, der als Gegengewicht 18 der Kurbelwelle 16 ausgeführt ist, mit der Kolbenunterseite 15 einen Spalt, der eine Verengung des Eintrittsquerschnittes 17 des Überströmkanals 14 bewirkt. Die Kolbenunterkante 15 ist als Abschlusskante eines Kolbenhemdes 20 des Kolbens 12 ausgebildet, und der rechts dargestellte Überströmkanal 14 wird folglich durch eine Wirkverbindung zwischen dem Gegengewicht 18 und der Kolbenunterkante 15 im Bereich seines Eintrittsquerschnittes 17 verengt. Dadurch entsteht eine Steuerung des Eintrittsquerschnittes 17 des Überströmkanals 14, insbesondere wenn der Austrittsquerschnitt 26 durch die Kolbenoberkante 27 in Richtung zum Brennraum 13 freigegeben ist.
-
Beispielhaft ist weiterhin ein Überströmkanal 14 auf der linken Seite gezeigt, welcher einen Eintrittsquerschnitt 17 aus dem Kurbelgehäuse 10 in den Überströmkanal 14 aufweist, und der Eintrittsquerschnitt 17 ist durch eine Wirkverbindung eines Steuerkörpers 19 mit der Kolbenunterkante 15 beeinflusst. Der Steuerkörper 19 ist in nicht näher gezeigter Weise auf der Kurbelwelle 16 angeordnet und kann mit der Kolbenunterkante 15 am Kolbenhemd 20 derart zusammenwirken, dass der Eintrittsquerschnitt 17 des Überströmkanals 14 gesteuert wird. Die Steuerung der Eintrittsquerschnitte 17 der Überströmkanäle 14 erfolgt im linken und im rechten Ausführungsbeispiel durch rotierende Körper, die eine Drehbewegung um die Rotationsachse 24 ausüben. Dadurch entsteht eine dynamische Steuerung des jeweiligen Eintrittsquerschnittes, die über dem Drehwinkel der Kurbelwelle 16 um die Rotationsachse 24 variieren kann.
-
2 zeigt in einer perspektivischen Ansicht die Brennkraftmaschine 100 mit einem geschnitten dargestellten Zylinder 11, in dem ein Kolben 12 hubbeweglich geführt ist. Weiterhin dargestellt ist eine Kurbelwelle 16 mit einem Gegengewicht 18, das den rotierenden Gegenkörper 16, 18 zur Wirkverbindung mit der Kolbenunterkante 15 am Kolbenhemd 20 des Kolbens 12 bildet. Der Kolben 12 ist im Bereich des unteren Totpunktes dargestellt, sodass die Überströmkanäle 14 über freie Austrittsquerschnitte 26 mit dem Brennraum 13 im Zylinder 11 verbunden sind.
-
Das Gegengewicht 18 weist einen Anfangsbereich 22 und einen Endbereich 23 auf, und die Bereiche 22 und 23 sind an einer Außenfläche 25 des Gegengewichtes 18 ausgebildet. Das Kolbenhemd 20 weist eine Einschnürung 21 auf, und bei Rotation der Kurbelwelle 16 um die Rotationsachse 24 kann das Gegengewicht 18 die Einschnürung 21 durchlaufen. Dabei bildet die Außenfläche 25 mit der Kolbenunterkante 15, die die Einschnürung 21 im Kolbenhemd 20 berandet, einen Spalt, der den Eintrittsquerschnitt 17 des Überströmkanals 14 dynamisch verändert.
-
Der zur Rotationsachse 24 gemessene Radius des Anfangsbereiches 22 in der Außenfläche 25 kann vom Radius des Endbereiches 23 in der Außenfläche 25 abweichen, sodass das Spaltmaß zwischen der Außenfläche 25 und der Kolbenunterkante 15 über dem Drehwinkel der Kurbelwelle 16 um die Rotationsachse 24 variieren kann. Beispielsweise kann der Radius des Anfangsbereiches 22 größer ausgebildet sein als der Radius des Endbereiches 23, sodass der Spalt zu Beginn der Wirkverbindung zwischen dem Gegengewicht 18 und der Kolbenunterkante 15 kleiner ist als zum Ende der Wirkverbindung, wenn sich das Gegengewicht 18 unter dem Kolben 12 durch die Rotation in gezeigter Pfeilrichtung bewegt. Die Bemaßung der Radien des Anfangsbereiches 22 und des Endbereiches 23 kann auch umgekehrt ausgeführt sein, sodass der Spalt zwischen der Außenfläche 25 und der Kolbenunterkante 15 zu Beginn der Wirkverbindung zwischen dem Gegengewicht 18 und der Kolbenunterkante 15 größer ist und bei weiterem Hinwegdrehen des Gegengewichtes 18 unter dem Kolben 12 verkleinert wird.
-
3 zeigt eine Ansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels eines Kolbens 12 mit einem Kolbenhemd 20, an dem eine Kolbenunterkante 15 ausgebildet ist. Der Kolben 12 ist in einer Position im unteren Totpunkt gezeigt, wobei die Kolbenunterkante 15 mit einem Kurbelwellenlager 28 einen Spalt bildet, der so eine Reduzierung des Eintrittsquerschnittes eines nicht gezeigten Überströmkanals in einem ebenfalls nicht gezeigten Zylinder bilden kann. Damit der Spalt zwischen der Kolbenunterkante 15 und dem Kurbelwellenlager 28 im unteren Totpunkt auf ein Maß von beispielsweise 1 mm bis 3 mm reduziert werden kann, weist der Kolben Aussparungen 29 auf, die das Gegengewicht 18 mit Rotation der Kurbelwelle kollisionsfrei durchlaufen kann.
-
Da das Kurbelwellenlager 28 eine runde Außenkontur aufweist, ist das Kolbenhemd 20 in dem Bereich, in welchem die Kolbenunterkante 15 mit dem Kurbelwellenlager 28 den Spalt bildet, der runden Außenkontur des Kurbelwellenlagers 28 angepasst und bildet somit eine nach innen gerichtete runde Einschnürung 30. Die gezeigte Variante zur Bildung eines Spaltes im Eintrittsquerschnitt ist dann vorteilhaft umsetzbar, wenn ein Zylinder verwendet wird, bei dem ein Teil des Kurbelgehäuses am Zylinder ausgebildet und insbesondere angegossen ist.
-
Das Ausführungsbeispiel richtet sich im Unterschied zum Ausführungsbeispiel der 1 und 2 auf eine Anordnung, deren Eintrittsquerschnitte nunmehr nicht in Wechselwirkung mit dem Gegengewicht 18 stehen sondern mit dem Kurbelwellenlager 28.
-
Die Erfindung beschränkt sich in ihrer Ausführung nicht auf das vorstehend angegebene lediglich bevorzugt dargestellte Ausführungsbeispiel. Vielmehr ist eine Anzahl von Varianten denkbar, welche von der dargestellten Lösung auch bei grundsätzlich anders gearteten Ausführungen Gebrauch macht. Sämtliche aus den Ansprüchen, der Beschreibung oder den Zeichnungen hervorgehenden Merkmale und/oder Vorteile, einschließlich konstruktiven Einzelheiten, räumliche Anordnungen und Verfahrensschritte, können sowohl für sich als auch in den verschiedensten Kombinationen erfindungswesentlich sein. Insbesondere können mehrere Überströmkanäle mit mehreren Ausführungsvarianten des Gegenkörpers 16 zusammenwirken, um den jeweiligen Eintrittsquerschnitt 17 der Überströmkanäle 14 zu verändern. Folglich kann beispielsweise ein erster Überströmkanal 14 mit einem Gegengewicht 18 an der Kurbelwellenwange der Kurbelwelle und ein weiterer Überströmkanal 14 mit einem Steuerkörper 19 zusammenwirken, der separat auf der Kurbelwelle 16 angeordnet ist.
-
Bezugszeichenliste
-
- 100
- Brennkraftmaschine
- 10
- Kurbelgehäuse
- 11
- Zylinder
- 12
- Kolben
- 13
- Brennraum
- 14
- Überströmkanal
- 15
- Kolbenunterkante
- 16
- Gegenkörper, Kurbelwelle
- 17
- Eintrittsquerschnitt
- 18
- Gegengewicht
- 19
- Steuerkörper
- 20
- Kolbenhemd
- 21
- Einschnürung
- 22
- Anfangsbereich
- 23
- Endbereich
- 24
- Rotationsachse
- 25
- Außenfläche
- 26
- Austrittsquerschnitt
- 27
- Kolbenoberkante
- 28
- Kurbelwellenlager
- 29
- Aussparung
- 30
- Einschnürung
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- DE 10210892 A1 [0002]
- DE 19707767 B4 [0003]
