DE2844308C2

DE2844308C2 - Zweitakt-Otto-Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE2844308C2
Application number: DE2844308A
Authority: DE
Inventors: Isao Okazaki Aichi Igarashi; Masaaki Nagoya Aichi Noguchi; Yukiyasu Tanaka
Original assignee: Toyota Jidosha Kogyo KK
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1978-04-28
Filing date: 1978-10-11
Publication date: 1984-01-19
Also published as: GB2020738A; JPS5732726B2; JPS54144515A; DE2844308A1; US4185596A; GB2020738B

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf eine Zweitakt-Otto-Brennkraftmaschine gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.

E>ne solche Zweitakt-Otto-Brennkrartmasctune ist bekannt (US-PS 23 47 444). Diese bekannte Brennkraftmaschine weist Gleichstromspülung auf, was es im Prinzip ermöglicht, die Gemischverluste durch Mischung zwischen dem Spülgemisch und den Abgasen niedrig zu halten. Ferner ist bei der bekannten Brennkraftmaschine vorgesehen, daß das Spülgemisch ausschließlich von einer Zylinder-Kolben-Gebläsebaugruppe in Hubkolbenbauart geliefert wird, was es im Prinzip ermöglicht den Spüldruck zu erhöhen und dadurch wiederum auch bei verhältnismäßig hohen Drehzahlen einen hohen Spülgrad zu erreichen. Die gleichzeitige Anwendung der beiden genannten Maßnahmen, d. h. von Gleichstromspülung und hohem Spüldruck, führt jedoch bei der bekannten Brennkraftmaschine zu verhältnismäßig niedrigem Spülgrad und verhältnismäßig hohen Spülgemischverlusten, was wiederum einen geringen volumetrischen Wirkungsgrad und geringe spezifische Leistung zur Folge hat

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die gattungsgemäße Zweitaki-Otto-Brennkraftmaschme derart auszubilden, daß die Spülung verbessert ist, und zwar daß insbesondere ein hoher volumet-'ischer Wirkungsgrad erreicht wird, ohne daß Spülgemisch nennenswert zum Auslaß durchgeblasen wird, so daß eine Brennkraftmaschine geschaffen wird, die hohe spezifische Leistung hat

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale im kennzeichnenden Teü von Patentanspruch 1 gelöst

In der vorliegenden Beschreibung wird der Totpunkt am Ende des Verdichtungstaktes als oberer TDtyunkt bezeichnet und der andere Totpunkt als unterer Totpunkt bezeichnet Ferner wird in der vorliegenden Beschreibung mit dem Gesamthubraum der Arbeitszylinder-Kolben-Baugruppe der gesamte von den Arbeitskolben überstrichene Raum während ihrer Bewegung zwischen den unteren Totpunkten und den oberen Totpunkten bezeichnet Der Nutzhubrautn bzw. Laderaum, der von den Arbeitskolben übcstrichen wird, nachdem die Auslaßschlitze geschlossen worden sind und bevor jeweils der obere Totpunkt erreicht wird, ist kleiner als der Gesamthubraum. Wenn die Brennkraftmaschine zwei oder mehr Arbeitszylinder-Kolben-Baugruppen aufweist wird hier unter dem Gesamthubraum der Wert verstanden, der sich durch Multiplikation der Anzahl der Arbeitszylinder-Kolben-Baugruppen mit dem vorstehend definierten Gesamthubraum jeder Arbeitszylinder-Kolben-Baugruppe ergibt Der Gesamthubraum des Spülgebläses ist die Summe des vom Gebläsekolben überstrichenen Raums bzw. der von den Gebläsekolben überstrichenen Rpume, während der oder die Gebläsekolben den Verdien ungstakt durchlaufen.

Wesentlich für die Erfindung ist die Kombination sämtlicher im Patentanspruch 1 aufgeführten Merkmale miteinander. Die Erhöhung der Spulgemischmenge durch den verhältnismäßig großen Gesamthübraum der Zylinder-Kolben-Gebläsebaugruppe hat nur dann die gewünschte Wirkung, wenn die Ausbildung der Spülschlitze derart getroffen ist. daß diese eine im wesentlichen gleichmäßige, zylindrische Spiralströmung des Spülgemischs entlang der Längsachse des Arbeitszylinders erzeugen, so daß die im Arbeitszylinder vorhandene Abgasschicht in Axialrichtung als Ganzes zu den Auslaßschlitzen geschoben wird und praktisch eine Schichtströmung ohne nenneswerte Mischung zwischen der Abgasschicht und der Frischladung erfoigt. wenn ein soicher Abiaui üci Spülung sichergestellt ist ist es möglich und zweckmäßig, die Spülgemischmenge wesentlich zu erhöhen und von einer vergrößerten Spülgemischmenge die Abgasschicht herausschieben zu lassen. Ohne einen solchen Ablauf der Spülung würden die vergrößerte Spülgemischmenge und der verhältnismäßig hohe Spüldruck lediglich zu verstärkter Mischung des Spülgemisches und der Abgase im Arbeitszylinder und dadurch zu einer Erhöhung der Durchblasverluste führen. Verstärkte Mischung des Spülgemisches und der Abgase bedeuten jedoch sowohl niedrigen Spülgrad als auch niedrigen volumetrischen Wirkungsgrad. Die Spülung durch zwei

axial hintereinander angeordnete Schichten erfordert wiederum als grundlegende Voraussetzung das Prinzip der Gleichstromspülung. Die Erhöhung der Spülgemischmenge wiederum setzt voraus, daß die Spüleinrichtung eine Zylinder-Kolben-Gebläsebaugruppe mit ' Hubkolben aufweist, die von der Arbeitszylinder-Kolben-Baugruppe synchron ζ·ι dieser angetrieben wird. Damit die erhöhte Spülgemischmenge auch effektiv ausgenutzt werden kann, soli die bestimmte Phasenbeziehung, wie sie im Patentanspruch 1 angegeben ist ^1!l eingeha'ten sein. Gemeinsam angewendet ergeben somit dis Merkmale im kennzeichnenden Teil von Patentanspruch 1 eine Zweitakt-Otio-B« e ^-«»ftmaschine, die hohen volumetnschen "/irVimg: "id, sehr geringe Durchblasverluste und hohe ^=* Wsehe Leistung aufweist Die geringen Durcnbi'^'-ridste tragen zu einem niedrigen Schadstoffgeha» _.i Abgas bei.

In vorteilhafter Ausbildv- -ζ der Erfindung kann vorgesehen sein, daß auch du. ?-veiten Spülschlitze in Richtung zu den Auslaßscnützen weisen, was die Schichtströmung im Arbeitszylinder noch verbessert

In Verbindung mit dem Merkmal, daß der Cssamthubraum der Zylinder-Kolben-Gebläsebaugruppe in dem bestimmten Verhältnis zum Gesamthubraum der Arbeitszylinder-Kolben-Baugruppe stehen soll, ist es im Sinne eines möglichst hohen Spüldrucks zum gewünschten Zeitpunkt und somit einer möglichst effektiven Spülung besonders vorteilhaft, wenn die Kurbelgehäuse nicht an der Spülung beteiligt sind.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und wird im folgenden näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 ein Kurbelwinkeldiagramm, das die verschiedenen Phasenwinkel bei einer erfindungsgemäßen Zweitakt-Otto-Brennkraftmaschine wiedergibt,

F i g. 2 ein Diagramm, das den Verlauf des Gebläsedrucks in Abhängigkeit von der Stellung des Arbeitskolbens wiedergibt, und zwar für einen erfindungsgemäßen Zweitakt-Ot.omotor mit Kolbengebläse und für einen herkömmlichen Zweitakt-Ottomotor mit Kurbelkastenspülung,

Fig.3 eine horizontale Schnittdarstellung einer ersten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Zweiiaki-Ottomotors, und

Fig.4 und 5 SchnittdarsteHungen gemäß IV-IV und V-Vin Fig.3.

Zunächst wild auf die F i g. 3 bis 5 eingegangen, die eine Zweitakt-Otto-Brennkraftmaschine zeigen, die im folgenden der Einfachheit halber auch als Zweitakt-Ottomotor oder Zweitaktmotor bezeichnet wird. Der dargestellte Zweitaktmotor umfaßt einen Zylinderblock 10, der die äußere Form eines verhältnismäßig flachen Blocks mit rechtwinkligem Grundriß hat. Der Zylinderblock kann so eingebaut werden, daß von seinen sechs GbcriiäL-'ien die beiden gröBien Oberflächen hurizuniai " verlaufen. Im Zylinderblock sind zwei Kurbelwellen 12 und 14 vorgesehen, die entlang gegenüberliegender Seiten des Zylinderblocks verlaufen und drehbar in Lagern 10a, 106 und 10c bzw. iOd, 1Oe und 10/gelagert sind. Beim dargestellten Ausführungsbeispiel kann ^M beispielsweise die Kurbelwelle 12 mit Hilfseinrichtungen des Zweitaktmotors verbünden sein, während die Kurbelwellen 14 als Nutzleistung abgebende Abtriebswelle des Zweitaktmotors dient, im Zylinderblock 10 sind eine Arbeitszylhider-Kolben-Baugruppe 100, im ^6<> folgenden als Arbeitseinheit bezeichnet, sowie ein unabhängiges Kolbengeblä.<e 300 untergebracht das beim dargestellten Ausführungsbeispiel als Zylinder-Kolben-Gebläsebaugruppe mit sich horizontal bewegenden Gegenkolben ausgebildet ist

Im folgenden wird zunächst die Arbeitseinheit 100 beschrieben. Die Arbeitseinheit umfaßt einen Arbeitszylinder 102, der vom Zylinderblock 10 getragen wird. Den Arbeitszylinder umgibt ein Kühlmantel 106, der von einer Kühlmanteiwand 104 eingeschlossen ist Im Arbeitszylinder 102 sind zwei Arbeitskolben 108 und 110 angeordnet wobei sich der eine Arbeitskolben auf der Spülseite bzw. der in F i g. 3 linken Seite und der andere Arbeitskolben auf der Auslaßseite bzw. der in-Fig.3 rechten Seite befindet Die Arbeitskolben 108 und 110 sind jeweils getrennt mit einer Pleuelstange 112 bzw. 114 verbunden, die ihrerseits an einem Kurbelzapfen 116 bzw. 118 angelenkt ist Der Kurbelzapfen 116 wird von Kurbelwangen 120 getragen, und der Kurbelzapfen 118 wird von Kurbelwangen 122 getragen. Die zwei Kurbelmechanismen, die jeweils, die Kurbelwangen und den Kurbelzapfen umfassen, sind unabhängig voneinander in einem Kurbelgehäuse 124 bzw. 126 angeordnet Da in diesem Fall nicht mit Kurbelkastenspülung gearbeitet wird, können die Kurbelgehäuse einen beliebigen Verdichtungsraum haben.

Der Arbeitszylinder 102 weist auf seiner Spülseite mehrere Spülschlitze 128 und auf seiner Auslaßseite mehrere Auslaßschlitze 130 auf. Die Spülschlitze sind mit einer Spülkammer 132 verbunden, und die Auslaßschlitze sind mit einer Auslaßkammer 134 verbunden. Die Auslaßkammer 134 steht in Verbindung mit Auspuffrohren 136. Wie Fig.5 zeigt sind zwei verschiedene Gruppen von Spülschlitzen 128 vorgesehen, nämlich eine erste Gruppe aus Spülschlitzen 128a, · die in Richtung zur Längsachse des Arbeitszylinders 102 weisen, und eine zweite Gruppe aus Spülschlitzen 1286, die in Richtung von Tangenten an einen gestrichelt dargestellten Zylinder C weisen, der koaxial zum Arbeitszylinder 102 angeordnet ist. Ferner sind die Spülschlitze 128a und 1286 zur Auslaßseite gensige, so daß die Strömung des aus den Spülschlitzen austretenden Spülgemisches eine Geschwindigkeitskomponente zu den Auslaßschlitzen 130 hat Das aus den Spülschlitzen 1286 ausströmende Spülgemisch strömt daher durch den Arbeitszylinder 102 zar AusiaBseite entlang spiraliger Bahnen, während die aus den Spülschlitzen 128a austretenden Ströme von Spülgemisch in der Mitte des Arbeitszylinders 102 aufeinandertreffen und die Verbrennungsgase, die sich entlang der Längsachse des Arbeitszylinders befinden, aus diesem austreiben. Ungefähr in der Längsmitte des Arbeitszylinders 102 ist eine Zündkerze 156 vorgesehen.

Im folgenden wird das Kolbengebläse 300 ausführlicher erläutert. Das Kolbengebläse umfaßt einen vom Zylinderblock 10 getragenen Gebläsezylinder 302. Den Gcuiäsezyimuer 502 U'iigibt cm K.üniinamci 306, ucr von einer Kühlmantelwand 304 begrenzt wird. Der Kühlmantel dient dazu, die im Kolbengebläse 300 erzeugte VerdichtLiigswärme des Gemisches abzuführen, damit der volumetrische Wirkungsgrad des Gebläses größer ist Ferner dient der Kühlmantel dazu, den Gebläsezylinder zu erwärmen und dadurch die Verdampfung des Benzins bzw. Kraftstoffs zu unterstützen, wenn der Zweitaktmotor bei kaltem Wetter arbeitet Zu diesem Zweck ist der Kühlmantel 306 über nicht dargestellte Kanäle mit dem Kühlmantel 106 des Arbeitszylinders verbunden. Im Gebläsezylinder 302 befinden sich einander zugewandte Gebläsekolben 308 und 3iO. Der Gebläsekolben 308 ist mit einer

Pleuelstange 312 verbunden, die an einen Kurbelzapfen 316 angelenkt ist Der Gebläsekolben 310 ist mit einer Pleuelstange 314 verbunden, die an einen Kurbelzapfen 318 angelenkt ist Der Kurbelzapfen 316 wird von Kurbelwangen 320 getragen, und der Kurbelzapfen 318 wird von Kurbelwangen 322 getragen- Die Kurbelmechanismen, die jeweils aus der Pleuelstange, dem Kurbelzapfen und den Kurbelwangen bestehen, sind jeweils in einem Kurbelgehäuse 324 bzw: 326 untergebracht Die Kurbelgehäuse des Gebläses stehen in Verbindung mit den Kurbelgehäusen 124 und 126. so daß Pulsationen des von den Gebläsekolben 308 und 310 erzeugten Drucks im Kurbelgehäuse ausgeglichen werden. Ferner stehen die Kurbelgehäuse mit dem Inneren eines nicht dargestellten Luftfilters über ebenfalls nicht dargestellte Ventile in Verbindung, die für eine zwangsläufige Entlüftung der Kurbelgehäuse sorgen.

Der dargestellte Zweitaktmotor umfaßt einen Vergaser 40 mit einer Mischkammer 42, einer Hauptspritzdüse 44. die in die Einschnürung der Mischkammer mündet und einer Drosselklappe 46. Der Vergaser 40 saugt über seinen in F i g. 3 oben liegenden Lufteinlaß Luft an und erzeugt auf übliche Weise ein Kraftstoff-Luft-Gemisch. Der Gemischauslaß des Vergasers 40 ist über einen Kanal 48 mit einem Einlaß 328 des Kolbengebläses 300 verbunden. Im Kanal 48 oder im Einlaß 328 ist ein Zungenventil 330 vorgesehen, das eine Strömung nur in Richtung zur Gebläsekammer bzw. zum Gebläsezylinder zuläßt Der Auslaß 332 des

IO

15

20

35

40

Kolbengebläses 300 ist über einen Kanal 153 mit der Spülkammer i32 der Arbeitseinheit 100 verbunden. In diesem Kanal befindet sich nahe der Spülkammer 132 ein Zungenventil 142, das den Rückschlag von Verbrennungsgasen aus dem Arbeitszylinder 102 verhindert Wenn nicht die Gefahr eines solchen Rückschlages besteht kann dieses Zungenventil weggelassen werden. Das Zungenventil 142 verhindert eine Gemischströmung von der Spülkammer 132 zum Gebläsezylinder 3OZ wenn während des Saugtaktes im Kolbengebläse 300 hoher Unterdruck erzeugt wird. Wie F i g. 2 zeigt ist jedoch beim dargestellten Zweitaktmotor der Zeitraum zwischen dem oberen Totpunkt des Gebläsekolbens und dem Auspuff-Schließzeitpunkt kurz, so daß aufgrund eines Trägheitseffektes an den « Spülschlitzen selbst dann noch Oberdruck herrscht wenn das Kolbengebläse 300 mit seinem Saugtakt begonnen hat Die Saugwirkung des Kolbengebläses 300 beeinflußt daher die Spülung des Arbeitszylinders 102 nicht wesentlich. Sofern es nicht zum bereits so erwähnten Rückschlag von Verbrennungsgasen kommt, tritt somit keine Rückströmung auf, zu deren Unterbrechung das Zungenventil 142 erforderlich wäre. Bei einer Atisführungsform, bei der der obere Totpunkt des Gebiäsekolbens verhältnismäßig dicht beim unteren Totpunkt des Arbeitskolbens liegt ist es jedoch dennoch zweckmäßig, das Zungenventii 142 vorzusehen, da — obwohl die Saugwirkung des Kolbengebläses 300 im Bereich von ungefähr 15° vor bis ungefähr 15° nach dem oberen Totpunkt aufgrund des geringen Kolben- «> weges verhältnismäßig schwach ist - bei einer weiteren Vergrößerung des Kurbelwinkels vom Kolbengebläse 300 eine im Vergleich zur herkömmlichen Kurbelkastenspüiung verhältnismäßig starke Saugwirkung ausgeübt wird

Die Kurbelwellen 12 und 14 stehen über auf den Kurbelwellen sitzende Kettenräder 16 und 18 sowie eine um die Kettenräder geführte Endloskette 20 in

65 kraftschlüssiger Verbindung miteinander, so daß sie sich mit gleicher Drehzahl und gleichem Drehsinn drehen. Die Phasenbeziehung zwischen den Kurbelwellen 12 und 14 ist so festgelegt, daß zwischen den den Arbeitskolben 108 und 110 zugeordneten Kurbelzapfen »16 und 118 eine Phasendifferenz von 180° besteht Entsprechend dieser Phasenbeziehung zwischen den Kurbelwellen 12 Und 14 sind auch die den Gebläsekolben 308 und 310 zugeordneten Kurbelzapfen 316 und 318 um: die gleiche Phasendifferenz von 180° gegeneinander versetzt

Die Auslaßschlitze 130 sind so angeordnet daß sie zu dem in F i g. 1 dargestellten Zeitpunkt bzw. Kurbelwinkel öffnen. Die Spü'schlitze J28 sind so angeordnet daß sie bei einem Kurbeiwinkel bzw. zu einem Zeitpunkt öffnen, der etwas später als der Zeitpunkt liegt zu dem die Auslaßschlitze öffnen, so daß die Spülschlitze geöffnet werden, wenn der Druck des Abgases bereits etwas gesunker, ist Da die Kurbelzapfen 116 und 118 so miteinander synchronisiert sind, daß zwischen ihnen eine Phasendifferenz von 180° besteht liegen in F i g. 1 det Auspuff-Öffnungszeitpunkt Eo. zu dem die Auslaßschlitze geöffnet werden, und der Auspuff-Schließzeitpunkt Ec zu dem die Auslaßschlitze geschlossen • werden, symmetrisch bezüglich der Mittellinie, die den oberen Totpunkt und den unteren Totpunkt des Arbeitskolbens verbindet Auf ähnliche Weise liegen der Spülung-^ffnungszeitpunkt So. zu dem die Spülschlitze geöffnet werden, und der Spftlung-Schließzeitpunkt Sc, > zu dem die Spülschlitze geschlossen werden, symmetrisch bezüglich der genannten Mittellinie.

Im Verhältnis zur Betriebsphase der Arbeitseinheit ist die Betriebsphase des Kolbengebläses, d. h. die Phasendifferenz des Kurbelzapfen·· 316 oder 318 zum Kurbelzapfen 116 oder 118. so festgelegt daß der obere Totpunkt des Gebiäsekolbens in einem Bereich zwischen 15° vor und 15° nach dem Mittelpunkt zwischen dem unteren Totpunkt des Arbeitskolbens und dem Spülung-Schließzeitpunkt Sc liegt (siehe das Kurbelwinkeldiagramm gemäß Fig. 1). Dieser Phasenbereich ist in Fig. 1 schraffiert dargestellt Bei dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel beträgt der Kurbelwinkel zwischen dem Spülung-Öffnungszeitpunkt So und dem unteren Totpunkt des, Arbeitskolbens sowie zwischen dem unteren Totpunkt des Arbeitskolbens und dem Spülung-Schließzeitpunkt Sc jeweils 60°. Wenn für dieses Beispiel ferner der untere Totpunkt des Gebiäsekolbens auf den genannten Mittelpunkt gelegt ist befindet er sich 30° hinter dem unteren Totpunkt des Arbeitskolbens· Beim beschriebenen Ausführungsbeispiel ist daher der Kurbelzapfen 316 bzw. 318 D.n 210° KW hinter dem Kurbelzapfen 116 bzw. 118 angeordnet Wenn die Spülschlitze öffnen (So), haben daher die Gebläsekolben 308 und 310 die Hälfte ihres Verdiehtungsweges zurückgelegt Wenn der volumetrische Wirkungsgrad des Kolbengliedes 100% beträgt und wenn sein Verdichtungsraum null ist beträgt der Lieferdruck des Gebläses 2 ata (Absolutdruck). Da jedoch der volumetrische Wirkungsgrad des Gebläses praktisch in der Regel kleiner als 100% ist und da im Hinblick auf den Kanal 153, die Spülkammer 132 usw. ein gewisser Verdichtungsraum vorhanden ist, hat der Spüldruck zum Spülung-Öffnungszeitpunkt So einen Wert von ungefähr 1,5 bis 1,6 ata (0,5 bis 0,6 atm).

Der Hubraum des Kolbengebläses 300 ist so festgelegt, daß er 1,15 bis l,65mal so groß wie der Gesamthubraum der Arbeitseinheit ist Wenn angenommen wird, daß der Hub des Gebiäsekolbens gleich dem

Hub des Arbeitskolbens ist, muß daher das Verhältnis des Innendurchmessers des Gebläsezylinders 302 zum Innendurchmesser des Arbeitszyünders 102 die Quadratwurzel von 1,16 bis 1,65 sein. Die Gebläsekolben 308 und 310 haben daher im Vergleich zu den Arbeitskolben 108 und 110 einen größeren Durchmesser; auch die Pleuelstangen 312 und 314 sollten entsprechend größer sein. D<jc.Urchsind entsprechend,größere Ausgleichsge-Wichte erforderlich^die in^|Üie';Kurbetwangieh i320j und 322 integriert siM Die Trägheitskräfte aufgrund? der hin- und hergehenden Massen der CebläseLolben 308 Und 310 heben sich gegenseitig auf, so daß sie keine insultierende Wirkung nach auf'en erzeugen. Die Pleuelstangen sind allerdings entsprechend hoch belastet

Wie bereits mehrfach angegeben, ist das Verhältnis des Hubraumes des Kolbengebläses 300 zum Gesamthubraum der Arbeitseinheit 100 auf einen Wert im Bereich von 1,15 bis 1,65 festgelegt Ein bestimmter Wen in diesem Bereich, der für eine konkrete Ausführungsform gewählt werden muß, wird in folgender Weise bestimmt Zunächst wird die Drehzahl bestimmt, mif der am häufigsten bei Vollastbetrieb gearbeitet wird. Dann wird der Hubraum des Kolbengebläses 300 so bestimmt, daß dann, wenn der Zweitaktmotor bei der bestimmten Drehzahl arbeitet, das Spülgemisch die Abgase gerade vollständig aus den Auslaßschlitzen 130 zu dem Zeitpunkt herausgedrückt hat, zu dem die Auslaßschlitze vom Arbeitskolben 110 auf d r Auslaßseite geschlossen werden. Der Druckverlauf im Gebläsezylinder 302 ist in F i g. 2 dargestellt Zu dem Zeitpunkt, zu dem die Spülschlitze geöffnet werden (So), hat der Druck den dem Punkt So in Fig.2 zugeordneten Wert Das Spülgemisch wird bei diesem Druck durch die Spülschlitze 128 in den Arbeitszylinder 102 gesaugt, wobei die Spülschlitze das Spülgemisch etwas drosseln. Das aus den Spülschlitzen austretende Spülgemisch strömt durch den Arbeitszylinder im wesentlichen spiralig zu den Auslaßschlitzen 130. Dabei stoßen die aus den Spülschlitzen 128a austretenden Ströme des Gemisches in der Mitte des Arbeitszyünders aufeinander, wonach dieses Gemisch entlang der Längsachse des Arbeitszylinders zu den Auslaßschlitzen strömt Die Zeit die das Gemisch benötigt, um die Auslaßschlitze zu erreichen, hängt ab von der Druckdifferenz zwischen dem Spülgemisch und den Verbrennungsgasen im Arbeitszylinder und der Wegstrecke, die das Spülgemisch von den Spülschlitzen zu den Auslaßschlitzen entlang der spiraligen Bahnen zurücklegt Diese Zeit steht nicht in direkter Beziehung zur Drehzahl des Zweitaktmotors. In diesem Zusammenhang ist erwähnenswert, daß, obwohl ein Anteil des Spülgemisches entlang der Längsachse des Arbeitszyünders strömt, dieser Anteil des Spüigemisches verhältnismäßig gering im Vergleich zu demjenigen Anteil des Spülgemisches ist, der entlang der spiraligen Bahnen strömt, und nicht wesentlich die durch die spiralige Strömung bestimmte Zeit beeinflußt Wenn die Ausbildung der Spülschütze und der Auslaßschlitze festliegt, ändert sich somit die vorstehend erwähnte Zeit in Abhängigkeit vom Spüldruck bei So und auch in Abhängigkeit von nachfolgenden Druckänderungen, d.h. diese Zeit ist abhängig vom Verhalten des Spülgemisches im Arbeitszylinder 102, wobei dieses Verhalten wiederum durch den Spüldruck bei So und dadurch bestimmt ist, wie auf das Spülgemisch, das bereits im Arbeitszylinder 102 vorhanden ist, vom nach dem Spülung-Öffhungszeitpunkt So eingeleiteten weiteren Spülgemisch eingewirkt wird. Wenn der Spüldruck bei So höher ist und wenn der Spüldruck nach diesem Zeitpunkt höher ist, wird dadurch die genannte Zeit verkürzt. Da der von dem Kolbengebläse 300 gelieferte Spüldruck von den Spülschlitzen 128 gedrosselt wird, ist

der Spüldruck nach dem Spülung-Öffnungszeitpunkt SO höher, wenn der Hubraum und somit die Liefermenge

|des Ge^äses größer ist^Beim dargestellten Zweitakt-

v|motor j|vnjä ^dieser hohe! Spüldruck 'während einer

iPlyerhlitnismäßig lahgehfZeitdauer während der Spülperiode gehalten.

Wenn die Massenträgheit beim Ansaugen vernachlässigt wird, wird der volumetrische Wirkungsgrad eines Gebläses mit Hubkolben höher mit abnehmender Drehzahl. Ferner ist die Zeit, die erforderlich ist, damit das Spülgemisch die Auslaßschlitze erreicht abhängig vom Spüldruck, vom Abgasdruck und von der Ausbildung der Spülschlitze und der Auslaßschlitze, nicht jedoch direkt abhängig von der Drehzahl des Zweitaktmotors. Wenn der Zweitaktmotor so ausgelegt ist daß bei einer bestimmten Drehzahl, die hier als Auslegungsdrehzahl bezeichnet wird, das Spülgemisch die Abgase gerade zu dem Zeitpunkt aus den Auslaßschlitzen gedrückt hat zu dem die Auslaßschlitze geschlossen werden, ergibt sich, daß dann unterhalb der Auslegungsdrehzahl Gemisch bis in die Auslaßkammer bzw. den Auspuffkrümmer durchgeblasen wird, während andererseits oberhalb der Auslegungsdrehzahl Abgase im Arbeitszylinder 102 zurückbleiben. Wenn der Zweitaktmotor bei hoher Drehzahl hohes Drehmoment erzeugen soli, muß daher der Hubraum des Kolbengebläses 300 vergrößert werden, um dadurch den Spüldruck zu erhöhen. Wenn in diesem Fall der Motor bei niedriger Drehzahl mit voll geöffneter Drosselklappe betrieben wird, wird dadurch allerdings mehr Gemisch zum Auspuffkrümmer durchgeblasen. Wenn sich im Auspuffrohr die Massenträgheit des Abgases auswirkt wird auch dadurch die Zeit beeinflußt, die das Spülgemisch bis zum Erreichen der Auslaßschlitze benötigt Wenn der Hubraum des Gebläses zu gering ist ist der Spüldruck zum Spülung-Öffnungszeitpunkt So aufgrund der Auswirkung des Verdichtungsraumes und der Drosselwirkung der Spülschütze nicht hoch genug, so daß der Spüldruck nach dem Öffnen der Spülschütze kaum noch ansteigt oder stark sinkt Wenn andererseits der Hubraum des Gebläses zu groß ist, wird der Spüldruck nach So zu groß. Bei sehr hohem Spüldruck mischt sich das Spülgemisch nämlich mit den Abgasen, so daß das Spülgemisch zum Auspuffkrümmer durchgeblasen wird, während andererseits ein Teil des vom Gtbläse gelieferten Spülgemisches zu dem Zeitpunkt, zu dem die Spülschlitze geschlossen werden, in dem Kanci vor den Spülschlitzen zurückbleibt und nicht mehr in den Arbeitszylinder 102 eingeleitet wird Wenn ein großer Teil des Spülgemisches in dem genannten Kanal zurückbleibt, steigt die benötigte Gebläseleistung und sinkt dadurch die Nutzleistung des Zweitaktmotors, obwohl ein Teil der Verdichtungsarbeit des Spülgemisches wiedergewonnen wird als Kraft, die den Gebläsekolben während des nächsten Saugtaktes antreibt

Der Hubraum des Gebläses wird unter Berücksichtigung der vorstehend geschilderten Bedingungen bestimmt Dann wird ein Versuchsmotor hergestellt und im Laufe der Versuche wird der Hubraum des Spülgebläses so verändert, daß er die Anforderungen im Hinbück auf die geforderte Leistung sowie im Hinblick auf die Abgasreinhaltung erfüllt Derartige Untersu-

chungen haben zu dem Ergebnis geführt, daß dann, wenn der Gesamthubraum des Spülgebläses 1,15 bis l,65mal εο groß wie der Gesamthubraum der Arbeitseinheit ist, der Zweitaktmotor die genannten Forderungen in gewünschter Weise erfüllt

Im folgenden wird die Arbeitsweise der in den F i g. 3 bis 5 dargesteMten Ausführungsform beschrieben. Es sei angenommen, daß bei dieser Aüsführungsfbrm die Phasenlagen gemäß dem Kurbelwinkeldiagramm in Fig. 1 gelten. Während sich die Gebiäsekoiben 308 und 310 von ihren oberen Totpunkten zu ihren unteren Totpunkten bewegen, ist das Zungenventil 330 geöffnet, so daß Gemisch aus dem Vergaser 40 in den Gebläsezylinder 302 eingesaugt wird. Die Arbeitskolben 108 und 110 bewegen sich von ihren oberen Totpunkten zu ihren unteren Totpunkten, und wenn sie sich 30° KW von ihren oberen Totpunkten entfernt haben, Iaufen die Gebläsekolben durch ihren unteren Totpunkt, wonach sie den Verdichtungstakt beginnen. Das Zungenventil 330 ist dann geschlossen. Sobald der Lieferdruck des Gebläses die Federkraft des Zungenventils 142 überwunden hat, öffnet dieses Ventil, so daß das Spülgemisch in die Spülkammer 132 einströmt Danach werden dann zunächst die Auslaßschlitze 130 geöffnet, so daß Abgase durch die Auslaßkammer 134 und die Auspuffrohre 136 austreten. Nach Verstreichen eines Zeitraumes, während dessen der Abgasdruck ausreichend gesunken ist, öffnet der Arbeitskolben 108 auf der Spülseite die Spülschlitze 128, so daß das Spülgemisch in den Arbeitszylinder 102 einströmt Zu diesem Zeitpunkt hat der Spüldruck den Wert gemäß So in Fig.2. Der Spüldruck ändert sich im wesentlichen auf gleiche Weise wie der in F i g. 2 wiedergegebene Gebläsedruck. Praktisch wird der Spüldruck jedoch durch verschiedene Einflußgrößen beeinflußt, v/ie dies oben beschrieben wurde. Beispielsweise dann, wenn das Zungenventil 142 praktisch geschlossen ist nachdem die Spülkammer 132 mit Spülgemisch gefüllt worden ist, tritt ein kurzzeitiger schwacher Abfall des Spüldrucks während des Zeitraumes auf, der der anfänglichen Einleitung des Spülgemisches aus den Spülschlitzen 128 folgt und vor dem erneuten Öffnen des Znngenventils 142 liegt Wenn

jedoch der Zweitaktmotor mit so hoher Drehzahl arbeitet, daß die Spülschlitze 128 praktisch sofort geöffnet werden, nachdem die Spülkammer 132 mit Spülgemisch gefüllt worden ist, ist das Zungenventil 142 noch offen, so daß die beschriebene zeitweilige Abnahme des Spüldruckes nicht auftritt. Das Gebläse erreicht seinen oberen Totpunkt 30° KW vor dem Ende der Spülperiode. Da sich jedoch der Gebläsekolben innerhalb des Bereiches bis ungefähr 15" KW nach seinem oberen Totpunkt wenig bewegt und da die Saugwirkung des Gebläses in diesem Bereich schwach ist strömt das Spülgemisch aufgrund seiner Massenträgheit während eines nennenswerten Teiles der zweiten Hälfte der Spülperiode nach dem oberen Totpunkt des Gebläses weiterhin in den Arbeitszylinder 102 ein, wenn der Hubraum des Gebläses so groß ist, daß dieses eine bestimmte große Spülgemischmenge liefert, so daß dadurch der volumetrische Wirkungsgrad des Aibeitszylinders erhöht wird. Die Geschwindigkeit des Spülgemisches, das vom Auslaß 332 des Gebläses zu den Spülschlitzen 128 strömt, und die Geschwindigkeit des Spülgemisches, das durch die Spülschlitze 128 in den Arbeitszylinder 102 strömt, stehen nicht in direkter Beziehung zur Drehzahl des Zweitaktmotors; andererseits ändert sich die Zeitdauer zwischen dem oberen Totpunkt des Gebläses und dem Spülung-Schließzeitpunkt Sc mit der Drehzahl des Zweitaktmotors, und zwar in der Weise, daß diese Zeitdauer mit zunehmender Drehzahl des Zweitaktmotors kürzer wird. Bei einer bestimmten Drehzahl des Zweitaktmotors hält daher das Einströmen des Spülgemisches in den Arbeitszylinder 102 während der gesamten Spülperiode an. Wenn sich die Arbeitskolben 108 und 110 weiterbewegen, werden die Spülschlitze 128 vc.ti Arbeitskolben IGS auf der Spülseite geschlossen, wonach dann die Auslaßschlitze 130 vom Arbeitskolben HO auf der Auslaßseite geschlossen werden und schließlich der Zweitaktmotor seinen Verdichtungstakt beginnt, so daß das Gemisch verdichtet und schließlich von der Zündkerze 156 gewisse Zeit vor dem oberen Totpunkt der Arbeitskolben gezündet wird, wonach dann im Arbeitszylinder der Verbrennungstakt abläuft

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims

28 44 Patentansprüche:

1. Zweitakt-Otto-Brennkraftmaschine mit zumindest einer Zweitakt-Arbeitszylinder-Kolben-Baugruppe mit Gleichstromspülung und zwei horizontal angeordneten Gegenkolben und mit zumindest einem Spülgebläse in Form einer Zylinder-Kolben-Gebläsebaugruppe mit Hubkolben, die von der Arbeitszylinder-Koiben-Baugruppe synchron zu dieser angetrieben wird, wobei der obere Totpunkt der Zylinder-Kolben-Gebläsebaugruppe im Kurbelwinkeldiagramm im Bereich des unteren Totpunktes der Arbeitszylinder-Kolben-Baugruppe liegt jedoch nicht mit diesem zusammenfällt gekennzeichnet durch die Kombination der Merkmale, daß zwei Gruppen von Spülschiitzen (128a, 12Sb) vorgesehen sind, nämlich eine Gruppe erster Spülschlitze (128ajt die in Richtung zur Längsachse des Arbeitszylinders und zu den Auslaßschlitzen (130) weisen, und eine Gruppe zweiter Spülschlitze (1286Jt die in Richtung von Tangenten an einen koaxial zum Arbeitszylinder in diesem angeordneten, fiktiven Zylinder (C) weisen, daß der Gesamthubraum der Zylinder-Kolben-Gebläsebaugruppe (300) zwischen 1,15 und l,65mal so groß wie der Gesamthubraum der Arbeitsrylinder-Kolben-Baugruppe (100) ist und daß die Phasenbeziehung zwischen der Arbeitszylinder-Kolben-Baugruppe und der Zylinder-Kolben-Gebläsebaugruppe so festgelegt" :>t daß der obere Totpunkt der Zylinder-Kolben-Gebläsebaugruppe im Kurbelwinkeldiagramm in einem Bereich zwischen 15° KW vor und 15° KW hinter dem Mittebunkt zwischen dem unteren Totpunkt und dem Snülung-Schließzeitpunkt der Arbeitszylinder-Kolben-Baugruppe liegt die von der Zylinder-Kolben-Gebläsebaugruppe mit Spülgemisch versorgt wird.

2. Zweitakt-Otto-Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß auch die zweiten Spülschlitze (128öj in Richtung zu den Auslaßschlitzen (130) weisen.

3. Zweitakt-Otto-Brennkraftmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kurbelgehäuse (124, 126) der Arbeitszylinder-Koi- « ben-Baugruppe (100) vom Spülgebläse nicht umfaßt sind.