DE2909591C2

DE2909591C2 - Zweitakt-Gegenkolben-Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE2909591C2
Application number: DE2909591A
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: 1978-07-05
Filing date: 1979-03-12
Publication date: 1982-11-04
Also published as: DE2909591A1; US4258669A; JPS5510021A; JPS5732727B2; GB2024932B; GB2024932A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Zweitakt-Gegenkolben-Brennkraftmaschine gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Es ist eine Zweitakt-Gegenkolben-Brennkraftmaschine dieser Art bekannt (CH 1 99 869), bei der am Ende des Expansionshubs als erstes ein Spülschlitzkranz mit stark tangential gerichteten Spülschlitzen und anschließend der zweite Spülschlitzkranz mit radial gerichteten Spülschlitzen aufgesteuert wird, so daß zunächst Spülluft an der Zylinderwandung schraubenlinienförmig entlangströmt und anschließend durch Aufsteuern des zweiten Spülschlitzkranzes die im Kern des Zylinders lagernden Restgase hinausgedruckt werden. Bei Maschinen dieser Art ergibt sich durch das Konstruktionsprinzip ein relativ langer zylindrischer Raum, der zu spülen ist. Werden Gestalt und Größe der Spülschlitze richtig festgelegt, so ergibt sich wie in diesem bekannten Fall ein im wesentlichen gleichförmiger und zylindrischer wirbelnder Spülgemischstrom, der die Abgase aus dem Zylinder hinausdrücken kann, wobei Spülgemisch s und Abgase als axial nebeneinander liegende Gasgemische gefördert werden, wodurch sich ein hoher volumetrischer Wirkungsgrad ohne spürbaren Ausstoß an Spülgemisch ergibt Durch die starke Verwirbelung erfolgt eine sehr gute

ίο Durchmischung von Luft und Brennstoff, so daß man ein sehr zündwilliges Gemisch erhält Dies trifft jedoch nur bei hoher Belastung und hohen Drehzahlen zu. Bei geringen Drehzahlen und einem Liefergrad unter ungefähr 0,4 würde eine starke Verwirbelung auch eine

is entsprechende Abmagerung des ohnehin schon mageren Gemisches durch vorhandene Restgase bewirken, so daß eine sehr ungleichmäßige Verbrennung bei schlechtem Wirkungsgrad erreicht wird. Andererseits erhielte man für den Fall, daß eine andere Spülschlitzge stalt Anwendung findet und die Menge an Spülgemisch gering ist, einen im wesentlichen gleichförmigen und zylindrischen nur schwach oder gar nicht verwirbelten Strom an Spülgemisch im Zylinder, wodurch sich die Wirkung einstellt, daß bei einem Spülvorgang, bei dem eine zylindrische Lage an Spülgemisch und eine zylindrische Lage an heißen Abgasen axial nebeneinander liegen, ein solcher Zustand für eine verhältnismäßig lange Zeitspanne wegen des Charakters der Gleichstromspülung aufrechterhalten wird, so daß das

Spülgemisch durch die Abgase erwärmt und unter Erzeugen von Radikalen, wie C* CH, CHO, OOH und H,

aufgespalten wird, wodurch die Verbrennung verbessert wird.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Zweitakt-Gegen-

kolben-Brennkraftmaschine gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 so weiterzubilden, daß sowohl bei hoher Belastung als auch bei mittlerer und geringer Belastung eine optimale Verbrennung bei geringstmöglichem Ausstoß an schädlichen Abgasbestandteilen gewährleistet wird.

Diese Aufgabe wird durch die gekennzeichneten Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst Das Wesen der Erfindung liegt darin, daß die zuvor geschilderten beiden Spülarten ermöglicht werden, indem die unterschiedliche Neigung besitzenden Spülschlitzkränze über getrennte Versorgungsleitungen versorgt werden, so daß durch die Sperrung einer Leitung die Möglichkeit besteht, sowohl den einen als auch den anderen Zustand herbeizuführen. Dieses Konzept der

so Änderung der Verwirbelungsintensität des Spülgemisches zwischen niedriger und hoher Belastung der Maschine ermöglicht für alle Betriebszustände eine optimale Verbrennung. Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprü chen. Die Merkmale des Anspruchs 2 sind dabei für sich gleichfalls aus der Ch 1 99 869 bekannt

Die Erfindung wird im folgenden anhand schematischer Zeichnungen an mehreren Ausführungsbeispielen näher erläutert Es zeigt

F i g. 1 einen schematischen Horizontalschnitt durch eine erste Ausführungsform der Zweitakt-Gegenkolben-Brennkraftmaschine;

Fig.2 eine Schnittdarstellung gemäß H-II in Fig. 1; Fig.3 und 4 Schnittdarstellungen gemäß UI-IIl und IV-IVin Fig.2;

F i g. 5 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform für eine Steuereinrichtung der Brennkraftmaschine;

Fig.6 ein Kurbelwinkeldiagramm zur Erläuterung der Betriebsphasen und Phasenwinkel der ausführungsgemäßen Brennkraftmaschine;

Fig.7 einen Fig. 1 entsprechenden schematischen Horizontalschnitt einer zweiten Ausführungsform der Zweitakt-Gegenkolben-Brennkraftmaschine;

Fig.8 eine Schnittdarstellung genviß VHI-VIIi in Fig. 7; und

F i g. 9 und 10 Schnittdarstellungen gemäß IX-IX und X-X in F ig. 8.

Zunächst wird auf die F i g. 1 bis 4 eingegangen, dabei wird die Zweitakt-Gegenkolben-Brennkraftmaschine als Zweitaktmotor bezeichnet Dieser hat einen Zylinderblock 10, der ungefähr die. Form eines verhältnismäßig flachen Blocks mit rechtwinkeligem Grundriß besitzt, dessen zwei größte der sechs Seiten in Einbaulage des Zweitaktmotors im wesentlichen horizontal verlaufen. Im Zylinderblock sind zwei Kurbelwellen 12 und 14 angeordnet, die entlang gegenüberliegenden Rändern des Zylinderblocks verlaufen und in Lagern 10a, 106 und 10c bzw. 104 1Oe und 10/ gestützt sind. Die Kurbelwelle 12 kann mit Hilfseinrichtungen des Motors verbunden sein, wogegen die Kurbelwelle 14 als Ausgangswelle des Motors dient Im Zylinderblock lü befinden sich eine Gegenkolbengruppe, die im folgenden kurz als Arbeitseinheit 100 bezeichnet wird, sowie ein unabhängiges Spülgebläse 300 in Hubkolbenbauart das beim dargestellten Ausführungsbeispiel als Gebläsezylinder-Gegenkolben-Baugruppe mit zwei horizontalen Gegenkolben ausgebildet ist Da bei diesem Ausführungsbeispiel die Arbeitseinheit 100 nicht mit Kurbelkastenspülung bzw. Kurbelgehäuseverdichtung arbeitet wird das Gemisch ausschließlich vom unabhängigen Spülgebläse 300 verdichtet

Die Arbeitseinheit 100 umfaßt einen vom Zylinderblock 10 getragenen Arbeitszylinder 102. Den Arbeitszylinder umgibt ein von einer Kühlmantelwand 104 begrenzter Kühlmantel 106. Im Arbeitszylinder 102 sind zwei Arbeitskolben 108 und 110 angeordnet wobei sich der eine Arbeitskolben 108 auf der Spülseite, d. h. der in F i g. 1 linken Seite, und der andere Arbeitskolben 110 auf der Auslaßseite, d. h. der in F i g. 1 rechten Seite, befindet Jeder Arbeitskolben 108 und 110 ist jeweils mit einer Pleuelstange 112 bzw. 114 verbunden, die ihrerseits jeweils mit einem Kurbelzapfen 116 bzw. 118 verbunden ist Die Kurbelzapfen 116 und 118 werden jeweils von Kurbelwangen 120 bzw. 122 getragen. Die beiden Kurbelmechanismen, von denen jeder die Kurbelwangen und einen Kurbelzapfen umfaßt sind getrennt voneinander in einem Kurbelgehäuse 124 bzw. so 126 untergebracht Da bei diesem Ausführungsbeispiel keine Kurbelgehäuseverdichtung vorgesehen ist können die Kurbelgehäuse einen beliebigen Verdichtungsraum bzw. Totraum haben.

Der Arbeitszylinder 102 ist auf seiner Spülseite mit mehreren Spülschlitzen 128 und auf seiner ^uslaßseite mit mehreren Auslaßschlitzen 130 versehen. Die Spülschlitze 128 sind in zwei Spülschlitzkränze unterteilt: Ein erster Spülschlitzkranz 128Λ und ein zweiter Spülschlitzkranz 128S, die in Längsrichtung des eo Arbeitszylinders gesehen nebeneinander angeordnet sind. Wie Fig.3 zeigt münden die Spülschlitze 128/4 entlang Achsen, die tangential zu einem gestrichelt dargestellten, gedachten Zylinder C verlaufen, der koaxial im Arbeitszylinder 102 angeordnet ist. Wie F i g. 4 zeigt, münden dagegen die Spülschlitze 128.8 in Richtung zur Längsmittelachse des Arbeitszylinders 102. Ferner sind die Spülschlitze 1284 und 1285 in Richtung zur Auslaßseite geneigt, so daß die aus den Spülschlitzen austretenden Spülgemischströme eine Geschwindigkeitskomponente in Richtung zu den Auslaßschlitzen 130 haben. Das aus den Spülschlitzen 128Λ austretende Spülgemisch erzeugt somit eine Wirbelströmung, die sich schraubenlinienförmig im Arbeitszylinder 102 in Richtung zu den Auslaßschlitzen bewegt während andererseits die aus den Spülschlitzen 128/3 austretenden Spülgemischströme in der Mitte des Arbeitszylinders 102 aufeinandertreffen und danach entlang der Längsmittelachse des Arbeitszylinders in Richtung zur Auslaßseite strömen. Die Spülschlitze 128Λ des ersten Kranzes und die Spülschlitze 1285 des zweiten Kranzes sind jeweils mit einer ersten Spülkammer 132Λ bzw. einer zweiten Spülkammer 132Ä verbunden, wobei diese beiden Spülkammern nebeneinander angeordnet sind. Die Spülkammern 132A und 132B werden vom Spülgebläse 300 über eine Versorgungsleitung 153 mit Spülgemisch versorgt wie noch ausführlicher erläutert werden wird Beim dargestellten Ausführungsbeispiel unterteilt eine Trennwand 155 am stromab gelegenen Ende der Leitung 153 diese in eine Leitung 153/4 und eine Leitung 153B. In der Leitung 153/4 ist ein Steuerventil 158 angeordnet das diese Leitung öffnet oder schließt Die Auslaßschlitze 130 stehen in Verbindung mit einer Auslaßkammer 134, die mit Auspuffrohren 136 (Fig.2) verbunden ist Ungefähr in Längsmitte des Arbeitszylinders 102 ist eine Zündkerze 156 angeordnet

Im folgenden wird das Spülgebläse 300 beschrieben. Das Spülgebläse 300 umfaßt einen Gebläsezylinder 302, der vom Zylinderblock 10 getragen wird. Den Gebläsezylinder 302 umgibt ein von einer Kühlmantelwand 304 begrenzter Kühlmantel 306. Der Kühlmantel dient dazu, die im Spülgebläse 300 erzeugte Verdichtungswärme des Gemisches abzuleiten, um den volumetrischen Wirkungsgrad des Spülgebläses zu erhöhen, und ferner bei Betrieb des Motors bei kühlem Wetter zur Erwärmung des Gebläsezylinders, um die Zerstäubung und Verdampfung des Benzins zu unterstützen. Zu diesem Zweck ist der Kühlmantel 306 mit dem Kühlmantel 106 des Arbeitszylinders über nicht dargestellte Leitungen verbunden. Im Gebläsezylinder 302 sind zwei Gebläsekolben 308 und 310 einander gegenüber angeordnet jeder der Gebläsekolben 308 und 310 ist mit einer Pleuelstange 312 bzw. 314 verbunden, die ihrerseits mit einem Kurbelzapfen 316 bzw. 318 verbunden ist Jeder Kurbelzapfen 316 bzw. 318 wird von Kurbelwangen 320 bzw. 322 getragen. Die Kurbelmechanismen, jeweils bestehend aus einer Pleuelstange, einem Kurbelzapfen und den Kurbelwangen, sind getrennt in Kurbelgehäusen 324 und 326 angeordnet. Diese Kurbelgehäuse des Spülgebläses stehen mit den Kurbelgehäusen 124 und 126 in Verbindung, damit ein Ausgleich der Druckschwankungen der durch die Gebläsekolben 308 und 310 verursachten Schwankungen des Kurbelgehäusedrucks gewährleistet ist. Ferner sind die Kurbelgehäuse über ein nicht dargestelltes Entlüftungsventil, das zwangsläufig für Kurbelgehäuseentlüftung sorgt mit dem Inneren eines nicht dargestellten Luftfilters verbunden.

Der Zweitaktmotor umfaßt ferner einen Vergaser 40, der eine Mischkammer 42, eine Hauptspritzdüse 44, die in die Kehle der Mischkammer mündet sowie eine Drosselklappe 46 aufweist und durch seine oben (in Fig. 1) liegende Einlaßöffnung Luft einsaugt und auf übliche Weise ein Luft-Kraftstoff-Gemisch erzeugt. Die Gemischauslaßöffnung des Vergasers 40 ist über eine

■ Leitung 48 mit einer Einlaßöffnung 328 des Spülgebläses 300 verbunden. In der Leitung 48 oder in der Einlaßöffnung 328 ist ein als Plattenventil ausgebildetes Einwegventil 330 angeordnet, das eine Fluidströmung nur in Richtung zur Gebläsekammer zuläßt Die s Auslaßöffnung 332 des Spülgebläses 300 ist über die Leitung 153 mit den Spülkammern 132Λ und 1320 der Arbeitseinheit 100 verbunden. In der Leitung 153 ist nahe den Spülkammern 132Λ und 1320 ein als Plattenventil ausgebildetes Einwegventil 142 angeordnet, das verhindert, daß Verbrennungsgase aus dem Arbeitszylinder 102 zurückschlagen. Wenn die Gefahr eines solchen Rückschlags nicht besteht, kann dieses -Einwegventil weggelassen werden. Das Einwegventil 142 hat ferner die Funktion, die Gemischströmung aus is den Spülkammern zum Gebläsezylinder zu verhindern, wenn während des Saugtaktes im Spülgebläse 300 hoher Unterdruck entsteht, nachdem die Gebläsekolben ihren oberen Totpunkt (OT) passiert haben. Wenn jedoch der Zweitaktmotor mit Gleichstromspülung und zwei horizontal gegenüber angeordneten Arbeitskolben wie bei diesem Ausführungsbeispiel so ausgebildet ist, daß das Spülgemisch von einem unabhängigen Spülgebläse geliefert wird, ist es zweckmäßig, daß der obere Totpunkt des Spülgebläses 300 deutlich hinter dem 2s unteren Totpunkt (UT) der Arbeitseinheit 100 liegt. In diesem Fall ist die Zeitdauer zwischen dem oberen Totpunkt der Gebläsekolben und dem Spülung-Schließzeitpunkt kurz, so daß aufgrund von Trägheitswirkungen an den Spülschlitzen auch nach Beginn des Saugtaktes des Spülgebläses 300 Überdruck herrscht Die Saugwirkung des Spülgebläses 300 hat daher keine nennenwerte Wirkung auf die Spülung des Arbeitszylinders 102. Sofern Rückschlag der Verbrennungsgase nicht zu befürchten ist, kommt es daher nicht zu einer Rückströmung, die mittels des Einwegventils 142 unterbunden werden würde.

Das in der zur Spülkammer i32A führenden Leitung 153/4 angeordnete Steuerventil 158 ist über eine Steuervorrichtung 80, die in Fig. 1 schematisch durch eine gestrichelte Linie angedeutet ist funktional mit der Drosselklappe 46 verbunden. Das Steuerventil 158 wird von der Steuervorrichtung 80 in Abhängigkeit vom Ausmaß der öffnung der Drosselklappe 46 so gesteuert daß das Steuerventil die Leitung \S3A öffnet wenn die Drosselklappe 46 verhältnismäßig weit geöffnet ist so daß sich ein Liefergrad von 0,4 oder mehr ergibt und daß das Steuerventil die Leitung 153Λ schließt wenn die Drosselklappe 46 geschlossen oder wenig geöffnet ist so daß sich ein Liefergrad von weniger als 0,4 ergibt Bei so der Steuervorrichtung 80 kann es sich um eine mechanische Steuervorrichtung, um eine elektrische Steuervorrichtung, um eine flaidische Steuervorrichtung, die mit Ansaugunterdruck oder einem anderen Fluiddruck arbeitet oder um eine von mehreren denkbaren Kombinationen solcher Steuervorrichtungen mit anderen Steuervorrichtungen handeln. Fig.5 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Steuervorrichtung 80, gemäß dem die Steuervorrichtung als elektrische Steuervorrichtung ausgebildet ist Die Drosselklappenwelle 46a der Drosselklappe 46 trägt eine daran befestigte Nockenscheibe 82, die in Berührung mit einem Kontaktpunkt 84a eines Kontaktelementes 84, das aus einer Blattfeder besteht tritt, wenn die Drosselklappe 46 so weit geöffnet wird, daß sich ein Liefergrad von 0,4 oder mehr einstellt Das Kontaktelement 84 ist an seinem einen Ende mittels eines Isolierteiles 86 am Gehäuse 40a des Vergasers befestigt Das Steuerventil 158 weist eine Ventilwelle 158a auf, die mit Hilfe von Verbindungselementen 88 und 90 mit einem Anker 94 eines Solenoids 92 verbunden ist Das Steuerventil 158 wird in Pfeilrichtung (siehe Fig.5) geöffnet so daß es die Leitung 153/1 öffnet wenn das Solenoid 92 erregt wird. Wenn das Solenoid 92 nicht erregt ist, wird das Steuerventil 152 in seiner in F i g. 5 dargestellten Schließstellung von einer Zugfeder 96 gehalten, so daß das Steuerventil die Leitung 153Λ geschlossen hält Das Solenoid 92 wird aus einer Spannungsquelle 98, beispielsweise der Batterie eines Kraftfahrzeuges, über einen Schalter erregt, der aus der Nockenscheibe 82 und dem Kontaktelement 84 besteht Wenn die Drosselklappe 46 geschlossen oder nur wenig geöffnet ist so daß sich ein Liefergrad von weniger als 0,4 ergibt und die Nockenscheibe 82 nicht in Berührung mit dem Kontaktpunkt 84a des Kontaktelementes 84 steht ist das Solenoid 92 nicht erregt so daß das Steuerventil 158 von der Zugfeder 96 in seiner in F i g. 5 dargestellten geschlossenen Stellung gehalten wird und dadurch die Leitung 153Λ schließt Wenn andererseits die Drosselklappe 46 so weit geöffnet ist daß sich ein Liefergrad von 0,4 oder mehr ergibt so daß die Nockenscheibe 82 in Berührung mit dem Kontaktpunkt 84a des Kontaktelementes 84 steht ist das Solenoid 92 erregt so daß das Steuerventil 158 im Uhrzeigersinn (in Fig.5) entgegen der Kraft der Zugfeder 96 verschwenkt ist und die Leitung 153Λ offen hält

Die Kurbelwellen 12 und 14 stehen in Antriebsverbindung miteinander, und zwar über Kettenräder 16 und 18, von denen jeweils an jeder Kurbelwelle eines befestigt ist sowie eine Endloskette 20, die um die zwei Kettenräder gelegt ist so daß sich die Kurbelwellen mit gleicher Drehzahl in gleicher Drehrichtung drehen. Die Phasenbeziehung zwischen den zwei Kurbelwellen ist so festgelegt daß die beiden den zwei Arbeitskolben 108 und HO zugeordneten Kurbelzapfen 116 und 118 um 180° gegeneinander versetzt sind. Entsprechend dieser Phasenbeziehung zwischen den Kurbelwellen 12 und 14 ist die Phasenbeziehung zwischen den Kurbelzapfen 316 und 318, die den Gebläsekolben 308 und 310 zugeordnet sind, so festgelegt daß diese Kurbelzapfen ebenfalls um 180° gegeneinander versetzt sind.

Fig.6 zeigt ein Kurbelwinkeldiagramm des vorstehend beschriebenen Zweitaktmotors. Wie das Kurbelwinkeldiagramm zeigt werden die Auslaßschlitze 130 geöffnet (Auspuff-Öffnungszeitpunkt Eo), wenn die Arbeitskolben nach ihrem oberen Totpunkt einen Winkel von etwas mehr als 90° zurückgelegt haben, so daß dann durch die Auslaßschlitze Abgas austreten kann. Wenn der Druck der Abgase deutlich gesunken ist werden die ersten Spülschlitze 128Λ, d.h. die Spülschütze des ersten Kranzes, zum Spülung-Öffnungszeitpunkt So geöffnet wonach dann mit geringer zeitlicher Verzögerung zum Spülung-Öffnungszeitpunkt So'der zweiten Spülschlitze des zweiten Kranzes 128f>, geöffnet werden. Da die Kurbelzapfen 116 und 118 so miteinander synchronisiert sind, daß eine Phasendifferenz von 180° zwischen ihnen besteht liegen in F i g. 6 der Zeitpunkt Eo, 231 dem die Auslaßschlitze geöffnet werden, und der Zeitpunkt Ec, zu dem die Auslaßschlitze geschlossen werden, symmetrisch bezüglich der Mittellinie, die den oberen Totpunkt und den unteren Totpunkt des Arbeitskolbens verbindet In entsprechender Weise liegen die Zeitpunkte So und So', zu denen die ersten und zweiten Spülschützkränze geöffnet werden, und die Zeitpunkte Sc \md Sc', zu denen die ersten und zweiten Spülschlitzkränze geschlossen werden, symmetrisch

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bezüglich der genannten Mittellinie. Ferner ist beim dargestellten Ausführungsbeispiel die Betriebsphase der Gebläsekolben relativ zur Betriebsphase der Arbeitskolben, d. h. die Phasendifferenz des Kurbelzapfens 316 oder 318 relativ zum Kurbelzapfen 116 oder 118, so festgelegt, daß — bei Betrachtung im Kurbelwinkeldiagramm — der obere Totpunkt des Spülgebläses relativ zum unteren Totpunkt der Arbeitskolben um ungefähr 30° verzögert ist. Wenn der Zweitaktmotor so ausgebildet ist, daß er ausschließlich mit Kurbelgehäuseverdichtung arbeitet und kein zusätzliches oder unabhängiges Spülgebläse aufweist, fällt der obere Totpunkt des Spülgebläses selbstverständlich mit dem unteren Totpunkt der Arbeitseinheit zusammen.

Der vorstehend beschriebene Zweitaktmotor arbeitet in folgender Weise. Während sich die Gebläsekolben 308 und 310 von ihrem oberen Totpunkt zu ihrem unteren Totpunkt bewegen, d. h. den Saughub ausführen, wird im Vergaser 40 erzeugtes Luft-Kraftstoff-Gemisch durch das Einwegventil 330 in den Gebläsezylinder 302 eingesaugt Während dieses Saugtaktes führen die Arbeitskolben 108 und UO den Verdichtungstakt aus, wobei die Spülschlitze 128A und 1285 vom Arbeitskolben 108 verschlossen sind. Wenn dann die Gebläsekolben 308 und 310 ihren unteren Totpunkt durchlaufen haben, führen sie den Verdichtungstakt aus, so daß das Gemisch im Gebläsezylinder 302 verdichtet wird. Wenn im Arbeitszylinder 102 der Auspuff-Öffnungszeitpunkt Eo erreicht ist so daß die Auslaßschlitze geöffnet werden, werden die Abgase aus dem Arbeitszylinder 102 die Auslaßschlitze ausgelassen, wobei der Druck der Abgase im Arbeitszylinder schnell sinkt Dann werden die ersten Spülschlitze 1284 vom Arbeitskolbtn 108 geöffnet Wenn zu diesem Zeitpunkt der Zweitaktmotor bei so verhältnismäßig hoher Last arbeitet, daß der Liefergrad oberhalb von 0,4 liegt, wird, da das Steuerventil 158 geöffnet ist, das vom Spülgebläse 300 verdichtete Spülgemisch durch die Leitung 1534 und die erste Spülkammer 1324 zur ersten Gruppe von Spülschlitzen 1284 geliefert und in den Arbeitszylinder 102 eingeblasen, wobei dem Spülgemisch ein verhältnismäßig starker Wirbel ausgeprägt wird. Wenn dagegen der Zweitaktmotor leerläuft oder unter verhältnismäßig niedriger Last arbeitet und der Liefergrad kleiner als 0,4 ist, wird, da die Leitung 1534 vom Steuerventil 158 geschlossen gehalten wird, Spülgemisch noch nicht in den Arbeitszylinder eingeblasen, selbst wenn der erste Spülschlitzkranz 1284 bereits geöffnet worden ist Wenn sich dann die Arbeitskolben weiter in Richtung zu ihrem unteren Totpunkt bewegen, wird der zweite Spülschlitzkranz 1285 geöffnet Wenn der Motor bei verhältnismäßig hoher Last mit einem Liefergrad von 0.4 oder mehr arbeitet treffen sich beim Öffnen des zweiten Spülschlitzkranzes 1285 die aus seinen Spülschlitzen austretenden Spülgemischströme ohne Verwirbelung im mittleren Bereich des Arbeitszylinders, wonach sie entlang der Mittelachse des Arbeitszylinders in Richtung der Auslaßseite strömen, wobei sie den von den spiraligen Spülgemischströmen, die durch das aus dem ersten Spülschlitzkranz 1284 » ausgeblasene Spülgemisch erzeugt worden sind und sich in Richtung zu den Auslaßschlitzen 130 bewegen, freigelassenen Zentralbereich ausfüllen. Wenn der Motor leerläuft oder bei verhältnismäßig niedriger Last mit einem Liefergrad unterhalb 0,4 arbeitet, beginnt die es Spülung des Arbeitszylinders erst beim Öffnen des zweiten Spülschlitzkranzes 1285, wobei die in den Arbeitszylinder aus seinen Spülschlitzen 1282? eintretenden Spülgemischströme ohne Verwirbelung im Zentralbereich des Arbeitszylinders aufeinanderstoßen, so daß sich das Spülgemisch im Arbeitszylinder schichtweise allmählich ansammelt, ohne daß irgendeine spiralige Strömung erzeugt wird. Während die Menge des Spülgemisches zunimmt, drückt die Spülgemischschicht die Abgase, und zwar insbesondere die Abgase im radial mittleren Bereich des Arbeitszylinders, entlang der Mittelachse des Arbeitszylinders zu den Auslaßschlitzen, wobei jedoch die Schichtanordnung zwischen dem Spülgemisch und den Abgasen erhalten bleibt, so daß es nicht zu nennenswerter Mischung zwischen den Abgasen und dem Spülgemisch kommt. Durch das Vorhandensein dieser aneinandergrenzenden Schichten von Spülgemisch und Abgasen ohne starke Mischung zwischen diesen und dadurch, daß die Spülgemischschicht entlang der Mittelachse des Arbeitszylinders ausgebildet ist, wird das Luft-Kraftstoff-Gemisch, aus dem das Spülgemisch besteht, im Grenzbereich zwischen den zwei Schichten durch die warme Abgasmasse mit hoher Wärmekapazität erwärmt, ohne daß das Luft-Kraftstoff-Gemisch durch die Zylinderwand gekühlt wird. Durch diese Erwärmung wird das Luft-Kraftstoff-Gemisch aufgespalten, so daß chemisch aktive Radikale wie beispielsweise C₂, CH, CHO, COH und H entstehen. Wenn der Motor bei verhältnismäßig niedrigem Liefergrad, beispielsweise bei einem Liefergrad von weniger als 0,4, arbeitet, ist die im Arbeitszylinder zurückgebliebene Abgasmenge, die die erwähnte Abgasschicht bildet, verhältnismäßig groß. Diese Abgasmenge hat eine verhältnismäßig große Wärmekapazität. Diese Abgasmasse kann eine so starke Aufspaltung des eingeblasenen Luft-Kraftstoff-Gemisches bewirken, daß die Verbrennung des Kraftstoffes im Motor wesentlich verbessert ist. Da bei niedriger Last ferner eine verhältnismäßig große Abgasmenge nach Beendigung der Spülung im Arbeitszylinder zurückbleibt wird auch während des folgenden Verdichtungstaktes die Aufspaltung des Luft-Kraftstoff-Gemisches im Grenzbereich zwischen den Schichten aus Spülgemisch und Abgasen fortgesetzt. Wenn der Zweitaktmotor bei einem Liefergrad von unter 0,4 und bei einer Drehzahl unter 2000 Upm arbeitet, geht daher die Aufspaltung des Luft-Kraftstoff-Gemisches so weit daß das Gemisch am Ende des Verdichtungstaktes fast allein durch Verdichtung zündet. Wenn dagegen der Zweitaktmotor bei verhältnismäßig hoher Last mit einem Liefergrad oberhalb von 0,4 arbeitet und wenn dann der erste Spülschlitzkranz 1284 geöffnet wird, wird das Spülgemisch in den Arbeitszylinder mit verhältnismäßig starker Verwirbelung eingeblasen, so daß eine spiralige Strömung im Arbeitszylinder entsteht wobei zwischen den Spülgemischschichten und den Abgasschichten keine ausgeprägte Grenzfläche entsteht die eine Aufspaltung des Luft-Kraftstoff-Gemisches hervorrufen könnte. Bei solchen Betrieb unter hoher Last ist ohnehin die Wärmekapazität des Spülgemisches im Vergleich zur Wärmekapazität des im Arbeitszylinder vorhandenen Abgases zu groß, um nennenswerte Aufspaltung des Spülgemisches erwarten zu können. In diesem Fall ist es daher vorteilhafter, das Spülgemisch zu verwirbeln, um die Ausbildung von Turbulenzen im Spülgemisch zu unterstützen, damit die Verbrennungsgeschwindigkeit des Spülgemisches größerist

In beiden Fällen wird nach dem Schließen des zweiten Spülschlitzkranzes 1285 bzw. des ersten und des zweiten Spülschlitzkranzes 1284 und 1285 das Spülge-

misch im Arbeitszylinder 102 verdichtet Zu einem Zeitpunkt kurz vor dem oberen Totpunkt der Arbeitskolben wird das Gemisch mittels der Zündkerze 156 gezündet, wonach dann der Motor den Verbrennungs- und Expansionstakt beginnt, an dessen Ende die Auslaßschlitze 130 erneut geöffnet werden. Durch wiederholten Durchlauf dieser Takte erzeugt der Zweitaktmotor Drehmoment bzw. Leistung.

Bei der zweiten Ausführungsform gemäß F i g. 7 bis 10 wird außer dem unabhängigen Spülgebläse zur Verdichtung des Spülgemisches Kurbelgehäuseverdichtung angewendet, so daß das unabhängige Spülgebläse lediglich ein Zusatzgebläse ist. Die Kurbelwangen 120 und 122 der Arbeitseinheit 100 sind scheibenförmig ausgebildet, und die Kurbelmechanismen, die jeweils aus zwei Kurbelwangen und einem die zwei Kurbelwangen verbindenden Kurbelzapfen bestehen, sind in den Kurbeigehäusen 124 und 126 so angeordnet, daß der größte Teil des Raumes in jedem Kurbelgehäuse unabhängig vom Drehwinkel der Kurbelwangen vom entsprechenden Kurbelmechanismus ausgefüllt wird, um auf diese Weise den Verdichtungsraum der Kurbelgehäuse zu verringern und die Kurbelgehäuseverdichtung zu erhöhen. Beim zweiten Ausführungsbeispiel ist der Auslaß des Vergasers 40 mit den Kurbelgehäusen 124 und 126 der Arbeitseinheit 100 über zwei Leitungen 50 und 52 so verbunden, daß das vom Vergaser 40 erzeugte Gemisch direkt in die Kurbelgehäuse 124 und 126 eingeleitet wird. In Einlaßöffnungen 144 und 146, an denen die Leitungen 50 und 52 jeweils in die Kurbelgehäuse 124 und 126 münden, sind als Plattenventile ausgebildete Einwegventile 148 und 150 angeordnet, die eine Rückströmung des Spülgemisches verhindern. Die Kurbelgehäuse 124 und 126 stehen über Leitungen 152 und 154 sowie eine gemeinsame Leitung 334 einerseits mit der Auslaßöffnung 332 des zusätzlichen Spülgebläses 300 in Verbindung, und andererseits stehen die Kurbelgehäuse 124 und 126 über Kanäle 138 und 140 mit der ersten Spülkammer 132Λ und der zweiten Spülkammer 1320 in Verbindung. An der Stelle, an der die Kanäle 138 und 140 miteinander verbunden sind und in die erste Spülkammer 132Λ sowie die zweite Spülkammer 1320 übergehen, ist die Trennwand 155 vorgesehen, die voneinander getrennte Leitungen 153Λ und 1530 abteilt, die jeweils mit der Spülkammer 132Λ bzw. 1320 verbunden sind. In der Leitung 153.4 ist das Steuerventil 158 angeordnet, das wahlweise die Leitung 153Λ schließt Das Steuerventil 158 wird von der Steuervorrichtung 80 so gesteuert daß es entsprechend dem Ausmaß der öffnung der Drosselklappe 46 geöffnet oder geschlossen wird, wobei diese Steuerung auf gleiche Weise wie bei der in den F i g. 1 bis 5 dargestellten ersten Ausführungsform erioigt

Wie Fig.9 zeigt, münden auch bei der zweiten Ausführungsform die Spülschlitze 128Λ des ersten Kranzes entlang Achsen, die tangential zu einem gedachten, gestrichelt dargestellten Zylinder C verlaufen, der koaxial zum Arbeitszylinder 102 angeordnet ist so daß dem aus den Spülschlitzen eingeblasenen Gemisch ein verhältnismäßig starker Wirbel aufgeprägt wird.

Wie Fi g. 10 zeigt, münden dagegen die Spülschlitze 1280 des zweiten Kranzes in Richtung zur Mittelachse des Arbeitszylinders, so daß dem aus den Spülschlitzen 1280 eingeblasenen Spülgemisch keinerlei Wirbel aufgeprägt wird. Ferner verlaufen sowohl die Spülschlitze 128A als auch die Spülschlitze 1280 in Richtung zur Auslaßseite des Arbeitszylinders geneigt, so daß die aus diesen Spülschlitzen austretenden Spülgemischströme eine Geschwindigkeitskomponente in Richtung zu den Auslaßschlitzen 130 haben.

Bei der zweiten Ausführungsform, die zur Verdichtung des Spülgemisches mit Kurbelgehäuseverdichtung und einem zusätzlichen Spülgebläse arbeitet saugen die Kurbelgehäuse 124 und 126 während des Saugtaktes durch die Leitungen 50 und 52 aus dem Vergaser 40 Gemisch an, während das Spülgebläse 300, das praktisch in gleicher Phase wie die Kurbelgehäuse 124 und 126 arbeitet. Gemisch aus den Kurbelgehäusen 124 und 126 durch die Leitungen 152, 154 und 334 und schließlich außerdem durch die Leitungen 50 und 52 vom Vergaser 40 ansaugt Wenn die Kurbelgehäuse 124 und 126 und das Spüigebiäse 3GG ihre Verdichtungstakte beginnen, wird das in den Kurbelgehäusen 124 und 126 vorhandene Gemisch in diesen verdichtet wogegen das in den Gebläsezylinder 302 gesaugte Gemisch wieder durch die Leitungen 334, 152 und 154 in die Kurbelgehäuse 124 und 126 zurückgedrückt wird, während es zwischen den Gebläsekolben 308 und 310 verdichtet wird. Das auf diese Weise in jedem der zwei Kurbelgehäuse bzw. sowohl im Gebläsezylinder als auch jedem der zwei Kurbelgehäuse verdichtete Gemisch wird durch den Kanal 138 bzw. 140 in die erste Spülkammer 132Λ und die zweite Spülkammer 1320 eingeleitet Auch bei dieser Ausführungsform ist vorgesehen, daß dann, wenn der Motor bei verhältnismäßig hoher Last mit einem Liefergrad von 0,4 oder mehr arbeitet das Spülgemisch sowohl aus den ersten Spülschlitzen 128Λ als auch aus den zweiten Spülschlit zen 1280 eingeblasen wird, so daß verhältnismäßig starke Turbulenz im in den Arbeitszylinder eingeblasenen Gemisch erzeugt wird, während andererseits dann, wenn der Motor bei verhältnismäßig niedriger Last mit einem Liefergrad unter 0,4 arbeitet der erste Kranz von Spülschlitzen 128A geschlossen ist so daß das Spülgemisch allein aus den Spülschlitzen 1280 des zweiten Kranzes eingeblasen wird, ohne daß diesem Spülgemisch irgendeine Verwirbelung aufgeprägt wird. Insoweit besteht Obereinstimmung mit der ersten

Ausführungsform.

Wenn die Erfindung bei einer Zweitakt-Brennkraftmaschine angewendet werden soll, bei der die Verdichtung des Spülgemisches allein in den Kurbelgehäusen erfolgt brauchen lediglich das Spülgebläse 300 und die zugehörigen Bauelemente wie die Leitungen 334,152 und 154 weggelassen zu werden. Obwohl beim ersten und zweiten Ausführungsbeispiel das Spülgebläse 300 zwei horizontal gegenüber angeordnete Kolben aufweist kann das Spüigebiäse auch als Einköibengcblä se ausgebildet sein. In diesem Fall brauchten lediglich einer der Gebläsekolben 308 oder 310 und die zugehörigen Bauelemente sowie die zugehörige Leitung 152 oder 154 im Falle des zweiten Ausführungsbeispiels weggelassen zu werden.

Bei den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen sind eine Arbeitseinheit 100 und ein Spülgebläse 300 vorgesehen. Wenn ein Motor mit hoher Nutzleistung geschaffen werden soll, kann dieser mehr als eine Arbeitseinheit haben, und in diesem Fall können mehr

«5 als ein Spüigebiäse oder ein doppeltwirkendes Spülgebläse vorgesehen sein.

Hierzu 6 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Zweitakt-Gegenkolben-Brennkraftmaschine mit mindestens einer Gegenkolbengruppe, bei der der eine Kolben den Auslaß und der andere Kolben einen Gemischeinlaß steuert, der aus zwei axial versetzten Spfllschlitzkrinzen besteht, die vom Kolben nacheinander geöffnet werden und von denen ein erster Spülschlitzkranz stark tangential gerichtete Spülschlitze und ein zweiter Spülschlitzkranz im wesentlichen radial gerichtete Spülschlitze besitzt, wobei im Falle eines Liefergrads von 0,4 oder darüber die SpOlung aus beiden Spülschlitzkrinzen erfolgt, dadurch gekennzeichnet, daß beide Spülschlitzkränze jeweils an eine eigene Versorgungsleitung angeschlossen sind und in der Versorgungsleitung (153AJ des ersten Spülschlitzkranzes (12MJ ein Sperrventil .(128) vorgesehen ist, mit dem diese Leitung im Falle eines Liefergrads der Maschine unter etwa 0,4 geschlossen und die Spülung nur Ober den zweiten Spülschlitzkranz vorgenommen werden kann.

2. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die stark tangential angestellten Spülschlitze (iMA) des ersten Spülschlitzkranzes in an sich bekannter Weise vor den Spülschlitzen (ITiB) des zweiten Spülschlitzkranzes geöffnet werden.

3. Brennkraftmaschine nach Anspruch t oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Drosselklappe (46) der Ansaugleitung über eine Steuervorrichtung (80) mit dem Sperrventil (153) so verbunden ist, daß das öffnen des Sperrventils entsprechend dem öffnen der Drosselklappe erfolgt

4. Brennkraftmaschine nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuervorrichtung (80) einen elektrischen Schaltkreis mit einer Spannungsquelle (98), einen Elektromagneten (92), der im erregten Zustand das Sperrventil (158) öffnet, und einen elektrischen Schalter umfaßt, der ein stationäres Kontaktelement (84) sowie ein bewegliches Kontaktelement (82) aufweist, das mit der Drosselklappe (46) verbunden ist, wobei das stationäre Kontaktelement und das bewegliche Kontaktelement in Berührung miteinander treten und dadurch den elektrischen Schaltkreis schließen, wenn die Drosselklappe um mehr als ein bestimmtes Ausmaß geöffnet wird.