DE2449368A1

DE2449368A1 - Zweitakt-verbrennungskraftmaschine

Info

Publication number: DE2449368A1
Application number: DE19742449368
Authority: DE
Inventors: Robin Halder
Original assignee: HALDER ENGINES Ltd
Current assignee: HALDER ENGINES Ltd
Priority date: 1973-10-18
Filing date: 1974-10-17
Publication date: 1975-04-24
Also published as: JPS50111428A; AU7447674A; IT1024299B; FR2248411A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Zweitakt-Verbrennungskraftmaschine mit einem Kurbelgehäuse, einer in der Wand des Kurbelgcnäuses befindlichen Ansaugöffnung, einem über dem Kurbelgehäuse befindlichen Zylinder, einer im Kurbelgehäuse drehbar gelagerten Kurbelwelle, einen im Zylinder verschiebliehen Kolben, einer Kolbenstange zur Verbindung des Kolbens mit der Kurbelwelle und einem Ansaugventil für die Ansaugöffnung, wobei der Zylinder einen durch seinen Mantel gehenden Auspuff und eine in Längsrichtung an der Innenseite des Mantels verlaufende überströmverbindung zwischen Kurbelgehäuse und Brennraum

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aufweist.

Aufgabe der Erfindung ist es, den Wirkungsgrad der Maschine durch höhere Leistung bei gleichem Hubraum zu verbessern und gleichzeitig den Bereich für das verwendbare Mischungsverhältnis aus öl und Kraftstoff ohne .nachteilige Folgen für die Leistung der Maschine zu vergrößern.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Auspuff in Form mehrerer, lMngs des Zylinderumfangs verteilter Auspufföffnungen und/oder die Überströmverbindung in Form mehrerer, längs des Zylinderumfangs verteilter überströmkanal vorgesehen ist.

Bevorzugt sind die Auspufföffnungen bzw. Überströmkanäle symmetrisch um die Zylinderachse verteilt. Für eine gegebene Axialabmessung erhält man auf diese Weise einen größeren Gesamtöffnungsquerschnitt (sowohl für den Auspuff als auch für die Überströmverbindung), als es ohne unzulässige Schwächung der Zylinderwand mit einer einzigen öffnung möglich wäre. Gleichzeitig kann die obere Kante der jeweiligen öffnungen an einer tieferen Stelle der Zylinderwand als bei bekannten Maschinen dieser Art angeordnet werden, wodurch sich ein höherer nutzbarer Kolbenhub als bisher und gleichzeitig ein besserer Strömungsverlauf bei der Füllung und Entleerung des Zylinderraumes ergibt.

Vorzugsweise sind die Überströmkanäle und Auspufföffnungen abwechselnd aufeinanderfolgend angeordnet. Gemessen vom Kopf des Zylinders zur Achse der Kurbelwelle, ist mit Vorteil der Abstand der Oberkante der Überströmkanäle vom Zylinderkopf größer als der Abstand der Oberkante der Aupufföffnungen vom Zylinderkopf, und ferner sind vorzugsweise die Abmessungen

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und relative Lage der Auspufföffnungen so gewählt, daß der Kolben bei seiner Bewegung vom Zylinderkopf zur Kurbelwelle bereits wenigstens die Hälfte des Gesamtquerschnitts der Auspufföffnungen freigegeben hat, wenn er die überstromkanäle freizugeben beginnt.

Die erfindungsgemäße Aufgabe wird ferner mit einer Verbrennungskraftmaschine der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß das Ansaugventil ein bewegliches Ventilteil zum öffnen und Verschließen der Ansaugöffnung aufweist, welches mit der Kurbelwelle gekoppelt ist und so synchron ipit der sich drehenden Kurbelwelle arbeitet.

Die mechanische, mit der Drehung der Kurbelwelle gekoppelte Betriebsweise des Ansaugventils macht, anders als bei einem durch Änderung der Gasströmung und/oder des Gasdruckes betätigten Ventil, seine öffnungs- und Schließzeiten unabhängig (i) von den physikalischen Eigenschaften des angesaugten Gemisches (Ii) der Drehzahl der Maschine und damit der Trägheit und der Strömungsgeschwindigkeit des angesaugtem Geraischs, (iii) von irgendwelchen Schwankungen der Strömungsbedingungen, wie sie sich zusammenhängend mit der 3?orm des" Ansaugkanals bei verschiedenen ·. Strömungsgeschwindigkeiten des Gemischs ergeben.

Die mechanische mit der Kurbelwellengeschwindigkeit gekoppelte Botätigungsweise des Ansaugventils erlaubt es, den öffnungsztiitpunkt des Ansaugventils und ebenso die Öffnungs- bzw. Schließdauer zu verändern und vorher einzustellen. Ferner gestattet die mechanische Kopplung zwischen dem Ventil und der Kurbelwelle die Einführung eines variablen Faktors hinsichtlich der Zeitenfestsetzung, abhängig von der Geschwindigkeit

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beispielsweise eine Voröffnung und/oder eine verlängerte Öffnungsdauer für extremen Hochgeschwind!gkeitsbetrieb.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weist die im Kurbelgehäuse befindliche Öffnung des Ansaugventilkanals einen Ventilsitz auf, welcher parallel zur Rotationsebene der Kurbelwelle ausgerichtet ist, und das "bewegliche Teil ist eino mit dem Ventilsitz zusammenwirkendes Scheibensegment, welches an der Kurbelwelle befestigt und mit dieser drehbar ist.

Ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgerräßen Zweitakt-Verbrennungskraftmaschine wird im folgenden in Verbindung mit der beigefügten Zeichnung beschrieben. Auf dieser ist bzw. sind

■Fig. 1 bis 4 Schnittansichten, die die Kurbelwelle und

den Kolben in vier aufeinanderfolgenden Arbeitsstellunnen zeigen,

Fig. 1A, 1B,

1C und 1D schematische Darstellungen, die die den Figuren

1 bis 4 zugeordenten relativen Stellungen einer Ansaugöffnung und eines Scheibenventils zeigen,

Fig. 5 ein zentraler Vertikalschnitt des Zylinders, Fig. 6 eine Seitenansicht des Zylinderkopfes,

Fig. 7 eine Ansicht von unten in Richtung des Pfeiles

B in> Fig. 6

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Fig. 8 eine Draufsicht auf die Anordnung gemäß Fig. Fig. 9 eine ebene Abwicklung der Zylinderbohrung.

Die Maschine umfaßt ein Kurbelgehäuse 1, auf welchem mit (nicht gezeigten) Schraubbolzen ein Zylinderkopf 2 befestigt ist. Kurbelarme 3 tragen einen Lagerzapfen 4 für eine herkömmliche Korbenstange 5, welche über ein Kleinendlager 6 mit einem Kolben 7 verbunden ist. In der Seiten- bzw. Stirnwand des Kurbelgehäuses 1 ist eine Ansaugventilöffnung vorgesehen, die mit einem geeigneten Vergaser (nicht gezeigt) in Verbindung steht. Die Ansaugyentilöffnung8 wird durch eine Ventilscheibe 9, die an der Kurbelwelle befestigt ist, geöffnet und geschlossen. Die Ventilscheibe weist einen Vollbereich 9a auf, welcher die öffnung 8 verschließt, und einen sektorförmigen Ausschnittbereich 9b, welcher die öffnung 8 freigibt.

In der Mantelwand 2a des Zylinders sind vier Auspufföffnungen vorgesehen, welche alle die gleichen Abmessungen aufweisen und im gleichen Winkelabstand voneinander um die Längsachse des Zylinders herum angeordnet sind,

In der Mantelwand 2a des Zylinders sind ferner vier identische Uberströmkanäle 11 ausgebildet _f welche die Form von in Zylinderwandlängsrichtung verlaufenden Auskehlungen haben und von etwa halber Höhe des Zylindermantels tiefer und breiter werdend zur Basis des Zylinders verlaufen. Auch die vier überströmkanäle verteilen sich in gleichem Winkelabstand voneinander um die Längsachse des Zylinders herum und sind symmetrisch zwischen zwei benachbarten Auspufföffnungen 1o angeordnet.

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Beim Arbeiten der Maschine bewirkt ein aufwärtsgehender Kolbenhub (a) das Ansaugen frischen Treibstoffgemisches in das Kurbelgehäuse und (b) die Komprimierung des bereits in der Brennkammer befindlichen Gemisches. Mit dem Zünden des Gemischs wandert der Kolben wieder nach unten und überträgt Kraft auf die Kurbelwelle. Ungefähr mit dem Ende des nach unten gehenden Kolbenhubes gibt der Kolben die Auspufföffnungen frei, so daß die Verbrennungsprodukte aus dem Zylinder entweichen können. Etwas später gibt der Kolben auch die Überströmkanäle frei, wodurch ein Teil des in dem Kurbelgehäuse befindlichen komprimierten Gases durch diese Uberströmöffnungen in den Brennraum gelangen kann. Hierauf führt der Kolben den nächsten nach oben gehenden Hub aus, und der Zyklus wiederholt sich von neuem. Die Maschine zündet also einmal pro Kurbelwellenumdrehung.

Bisher war es üblich., die Ansaugöffnung durch ein Federventil zu steuern, welches unter dem Einfluß von Druckdifferenzen des Gases öffnet, d.h. das Ventil öffnete erst, wenn der Drude im Kurbelgehäuse als Folge des nach oben gehenden Kolbens soweit abgesunken war, daß dadurch die Federvorspannung des Ventils überwunden wurde. Das Ansaugventilschloß ferner erst, wenn sich der Kolben seinem oberen Totpunkt näherte und dadurch die Strömungsgeschwindigkeit des einströmendem Gases soweit abgesunken war, daß das Ventil durch seine Federrorspannung schließen konnte,, Dementsprechend bestand keine Möglichkeit, den Zeitverlauf des öffnens und Sch Heßens des Ansaugrentils bezüglich des nach oben gehenden Hubes des Kolbens su verändern _t mit Ausnahme derjenigen "beschränkten ¥eränderungsmögliekkeit, die sich durch Änderung der Vorspannung des Ansaugventiis ergab _o

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Der Zeitverlauf der öffnung und die ÖffnungsSchnelligkeit des Ansaugventils hingen somit von der Dichte und der Zähigkeit des Treibstoffgemischs ab. Das Gemisch für eine derartige Maschine besteht aus Luft plus Kraftstoff/öl. Ist beispielsweise die Maschine für ein Brennstoffgemisch von 20 s 1 ausgelegt und wird mit einem Gemisch von 15 ? 1, d.h. also mit erhöhtem ölanteil betrieten, so ergibt sich schon "bevor der Kolben den Punkt- erreicht, an dem das Ansaugventil öffnen soll, ein erhöhter Unterdruck im Kurbelgehäuse, so daß frühzeitig angesaugt wird, mit der Folge, daß das · Ansaugen und das Laden des Zylinders mit dem Gemisch gleichzeitig erfolgen. Dies wirkt sich erheblich nachteilig auf die Leistung und das Drehmoment der Maschine aus.

Im Gegensatz dazu kann die Ventilscheibe 9 nach der Erfindung in ihrem Winkel bezüglich der Kurbelwelle verstellt werden, um die öffnungs- und Schließzeitpunkte zu verändern, und ferner kann das Größenverhältnis zwischen dem Vollbereich 9a und dem sektorförmigen Abschnittbereich 9b geändert werden, um die Öffnungsdauer zu verändern.

Ferner ist zu beachten, daß bei herkömmlichen Federventilmaschinen der Unterdruck im Kurbelgehäuse in dem Augenblick zu bestehen aufhört, in dem der Kolben seinen oberen Totpunkt erreicht, wodurch das Federventil schließen kann. Da dies so ist, läßt sich der Staueffekt, ( engl. ^Λramming^M-effeet), wie er bei modernen Hochgeschwindigkeitsmaschinen erforderlich ist, nicht erzielen. Im Gegensatz dazu läßt sich bei der Maschine nach der Erfindung der Zeitab lauf so einstellen, daß das Ansaugen nicht aufhört, bis der Kolben über seinen oberen

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Totpunkt hinausgelangt ist _f so daß sich der genannte Staueffekt erreichen läßt.

Bisher war es üblich, einen überströmkanal auf der einen Seite des Zylinders und die auspuffÖffnung auf der gegenüber« liegenden Seite des Zylinders anzuordnen, weil man davon ausging, daß dies eine optimale Spülwirkung des einströmenden frischen Gemischs bezüglich der abströmenden Verbrennungsgase ergibt. Die:.;e Anordnung bewirkt jedoch untrennbar«, daß die eine Zylinderseite wegen der heißen Verbrennungsgase stets sehr heiß und die gegenüberliegende Seite des Zylinders infolge des einströmenden frischen Gemischs stets vergleichsweise viel kühler ist. Im Gegensatz dazu ist bei der Maschine nach der Erfindung der Auspuff in eine Anzahl von AuspuffÖffnungen unterteilt, die sich symmetrisch um die Zylinderachse herum verteilen, und ebenso ist die überströnverbindung in eine Anzahl von überströmkanMlen aufgeteilt, die ebenfalls symmetrisch um die Zylinderachse herum und ferner abwechselnd mit AuspuffÖffnungen angeordnet sind« Als Folge davon sind die Zonon des Aufheizens und des Kühlens im wesentlichen gleichmäßig längs des Zylinderumfangs verteilt«,

Stellt man die oben beschriebenen Merkmale gemeinsam in Rechnung, so ist man in der Lage, daß^als Folge der Möglichkeit, die zeitliche Lage des Ansaugens zu variieren, ein größeres Gemischvolumen in dac Kurbelgehäuse gezogen werden kann (und zwar unabhängig von Änderungen in der Natur des Gemischs), was zu einem vergleichsweise höheren Druck im Kurbelgehäuse führt. Dieses Gemisch wird dann durch die vorhandenen Überströmkanäle gleichmäßig um die Zylinderachse herum verteilt, und ebenso können die Verbrennungsprodukte der vorangegangenen Zündphase durch

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die gleichmäßig verteilten Auspufföffnungen besser henausgespült werden. Ferner wird das ankommende Gemisch voll über den Brennraum verteilt, und zwar in einem Maße? daß eine verölte Zündkerze automatisch während einer oder zweier Umdrehungen der Maschine gereinigt wird.

Nach der Zündung kann der Kolben einen größeren Teil seines Arbeitshubes durchführen, bevor die AuspuffÖffnungen freigegeben werden, weil durch die Aufteilung des Auspuffs auf eine größere Anzahl von Öffnungen diese für einen gegebenen Gesamtquerschnitt mit geringeren Abmessunoen in axialer Richtung des Zylinders ausgeführt werden können«, Umgekehrt kann für eine gegebene axiale Abmessung der Öffnungen der Gesamtquerschnitt größer als für eine einzige oder für zwei Öffnungen gewählt werden. Die symmetrische Verteilung der AuspuffÖffnungen ■um die Zylinderwand herum, verhindert auch, daß Abgastaschen auf der einen Seite des Zylinders gefangen werden, und senMt gleichzeitig das Ausmaß, in dem das ankommende Gemisch durch die Auspuffgase abgebrannt wird, wodurch eine Quelle erheblicher Leistungsminderung der Maschine ausgeschaltet wird.

Pate nt ans prü ch e s

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Claims

Patentansprüche

1. Zweitakt-Verbrennungskraftmaschine mit einem Kurbelgehäuse, einer in der Wand des Kurbelgehäuses befindlichen Ansaugöffnung, einem über dem Kurbelgehäuse befindlichen Zylinder, einer im Kurbelgehäuse drehbar gelagerten Kurbelwelle, einem im Zylinder verschiebliehen Kolben, einer Kolbenstange zur Verbindung des Kolbens mit der Kurbelwelle und einem Ansaugventil für die Ansc\ugöffnung, wobei der Zylinder einen durch seinen Mantel gehenden Auspuff und eine in Längsrichtung an der Innenseite der Mantelfläche verlaufende Überströmverbindung zwischen Kurbelgehäuse und Brennraum aufweist, dadurch gekennzeichnet^ daß der Auspuff in Form meherer längs des Zylinderumfangs verteilter AuspuffÖffnungen (10) und/oder die Überströmverbindung in Form mehrerer, längs des Zylinderumfangs verteilter Überströmkanäle (11) vorgesehen ist.

2. Zweitakt-Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die AuspuffÖffnungen C10) und/oder Überströmkanäle (11) symmetrisch um die Zylinderachse herum angeordnet sind.

3. Zweitakt-Verbrennungskraftmaschine mach Anspruch 1 oder dadurch gekennzeichnet, daß die AuspuffÖffnungen (10) und die überströmkanal (11) abwechselnd aufeinanderfolgend angeordnet sind,,

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4. Zweit akt-Vrbrennunqskraftmas chine nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß, gemessen vom Kopf des Zylinders zur Achse der Kurbelwelle, der Abstand zwischen der Oberkante der überstrom},'anale (11) vom Zylinderkopf größer ist als der Abstand der Oberkante der Auspufföffnungen (10) vom Zylinderkopf.

5. Zweitakt-Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Abmessungen und die relative Lage der Auspufföffnungen so gewählt sind, daß der Kolben bei seiner Bewegung vom Zylinderkopf zur Achse der Kurbelwelle wenigstens die halbe Querschnittsfläche der Auspufföffnunnen (10) freigegeben hat, bevor er die Überströmkanale (11) freizugeben beginnt.

6. Zweitakt-Verbrennungskraftmaschine mit einem Kurbelgehäuse, einer in der Wand des Kurbelaehäuses befinlichen Ansaugöffnung, einem über dem Kurbelgehäuse befindlichen Zylinder, einer im Kurbelgehäuse drehbar gelagerten Kurbelwelle, einem im Zylinder verschieb liehen Kolben, einer Kolbenstange zur Verbindung des Kolbens mit der Kurbelwelle und einem Ansaugventil für die Ansaugöffnung, wobei der Zylinder einen Auspuff und eine überströmverbindung zwischen Kurbelgehäuse und Brennraum aufweist, dadurch gekennzeichnet _t daß das Ansaugventil ein bewegliches Ventilteil zum öffnen und Schließen der AnsHugöffnung (8) aufweist, und daß das bewegliche Ventilteil roii der Kurbelwelle synchron mit dieser arbeitend gekoppelt ist.

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7. Zweitakt-Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die öffnung des im Kurbel-

gehäuse ausgebildeten Ansaugventilkanals einen zur Rotationsebene der Kurbelwelle parallelen Ventilsitz aufweist, und daß das bewegliche Ventilteil ein an der Kurbelwelle befestigtes und mit dieser drehbares, mit dem Ventilsitz zusammenwirkendes Scheibensegment ist.

16.Oktober 1974/954d

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