DE2914489C2

DE2914489C2 - Zweitakt-Otto-Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE2914489C2
Application number: DE2914489A
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: 1978-08-16
Filing date: 1979-04-10
Publication date: 1983-05-11
Also published as: DE2914489A1; JPS5529009A; JPS594530B2; GB2027798B; GB2027798A; US4491096A

Description

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

Kin<2 solche Zweitakt-Otto-Brennkraftmaschine gehört aufgrund der älteren Patentanmeldung P 28 44 309.6-13 (DE-OS 28 44 309) zum Stand der Technik, Diese zum Stand der Technik gehörende Brennkraftmaschine bietet aufgrund ihrer Ausbildung die Möglichkeit, die Menge und den Druck des Spülgemisches so weit zu erhöhen, daß der yolumentrische Wirkungsgrad auf Werte von bis 75 bis 90%, in manchen Fällen sogar 100%, steigt und dadurch wesentlich die spezifische Nutzleistung einer Zweitakt-Otto-Brennkraftmaschine, bezogen auf das Volumen ihres Hubraumes, zu erhöhen und zugleich die Drehzahl einer solchen Brennkraftmaschine entsprechend der Erhöhung der spezifischen Nutzleistung zu verringern, damit die Spülung mit der größeren Spülgemischmenge und dem größeren Spüldruck erfolgen kann, ohne nennenwerte Mischung zwischen dem Spülgemisch und den Abgasen zu verursachen, und damit die Leistungsverluste durch innere Reibung der Brennkraftmaschine geringer sind. Bei der zum Stand der Technik gehörenden Brennkraftmaschine ist der Gesamthubraum der Gebläsezylinder-Kolben-Baugruppe 1,35- bis l,85mal so groß wie der Gesamthubraum der Arbeitszylinder-Kolben-Baugruppen. Dabei ist die doppeltwirkende Gebläsezylinder-Kolben-Baugruppe mit zwei Schlitzköpfen versehen, d. h. zwei Köpfen, die jeweils einen quer zur Gebläsezylinderlängsachse verlaufenden Schlitz aufweisen, der mit einem Kurbelzapfen einer der gemeinsamen Kurbelwellen in Eingriff steht. Ein solcher Kurbelmechanismus mit einem Kurbelzapfen und einem Schlitzkopf hat jedoch einige funktinale Nachteile, zu denen verhältnismäßig großes Spiel, stärkere Schwingungsneigung und höhere Reibungsverluste gehören. Da jedoch die zum Stand der Technik gehörende Zweitakt-Otto-Brennkraftmaschine besonders als Motor für verhältnismäßig kleine Kraftfahrzeuge dienen soll, unterliegen ihre Abmessungen aufgrund des im Motorraum eines kleinen Kraftfahrzeuges nur begrenzt verfügbaren Raumes starken Beschränkungen, die die Verwendung von wenig Bauraum beanspruchenden Schlitzköpfen zweckmäßig erscheinen lassen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die gattungsgemäße Brennkraftmaschine hinsichtlich des mechanischen Antriebs der Gebläsezylinder-Kolben-Baugruppe zu verbessern.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Gesamthubraum der Gebläsezylinder-Kolben-Baugruppe 035 bis 0,85mal so groß wie der Gesamthubraum der Arbeitszylinder-Kolben-Baugruppe ist und daß die Arbeitszylinder-Kolben-Baugruppe zusätzlich mit Kurbelgehäuseverdichtung arbeitet.

Die erfindungsgemäße Ausbildung bedeutet, daß ohne Vergrößerung des Durchmessers des Gebläsezylinders der Hub der Gebläsekolben wesentlich kleiner als der Hub der Arbeitskolben ist, so daß es möglich ist, einen Kreuzkopf und eine Pleuelstange, die vorzugsweise vorgesehen sind, zwischen der gemeinsamen Kurbelwelle und dem Gebläsekolben anzuordnen. Wenn dabei das Ausmaß der Verringerung des Kurbelradius für die Gebläsezylinder-Kolben-Baugruppe relativ zu den Arbeitszylinder-Kolben-Baugruppen zu klein ist, ist der Hub der Gebläsekolben immer noch verhältnismäßig groß, so daß es schwierig bleibt, einen Kreuzkopf unterzubringen, dessen Hub gleich dem Hub des zugehörigen Gebläsekoioens ist. Da ferner der Schwenk- bzw. Pendelwinkel einer Pleuelstange größer ist, je größer der Kurbelradius ist, ist die auf die Pleuelstange wirkende Querkraft noch zu groß, um unbehinderte und glatte Gleitbewegung der Kreuzkopfes sicherzustellen. Wenn andererseits der Hub der Gebläsekolben zu klein ist, muß, um einen bestimmten

Gesamthubraum der Gebläsezyltoder-Kolben-Baugroppe zu erreichen, der Durehmesser des Geblftsezylinders stark vergrößert werden, um den kleinen Hub der Geblasekolben auszugleichen, wodurch die Schwierigkeit entsteht, daß die Ausgewogenheit der Durch- messer der Arbeitszylinder-Kolben-Baugruppen und der Gebläsezylinder-Kolben-Baugruppe, die vorzugsweise' nebeneinander angeordnet sind, verlorengeht, obwohl dabei der Hub der Gebläsekolben und. der Hub der Kreuzköpfe klein genug sind, um ohne Schwierigkeiten die Kreuzköpfe zwischen den Kurbelwellen und den Gebläsekolben anzuordnen, während gleichzeitig der Schwenk- bzw. Pendelwinkel der Pleuelstangen klein genug ist, um die auf die Kreuzköpfe wirkenden Querkräfte so weit zu verringern, daß unbehinderte und glatte Gleitbewegung der Kreuzköpfe sichergestellt ist Die Wahl des Gesamthubraumes der Gebläsezylinder-Kolben-Baugruppe bzw. der Werte für den Hub der Gebläsekolben und den Durchmesser des Gebläsezylinders muß daher unter Beachtung der vorstehend erläuterten Extremfälle erfolgen, so daß sich keiner der erläuterten Nachteile nennenswert auswirk:. Dabei ist zu beachten, daß — bei Konstanthaltung der Liefermenge der Gebläsezylinder-Kolben-Baugruppe — dann, wenn der Hub des Gebläsekolbens um den Faktor IM (mit A größer als 1) geändert wird, der Durchmesser des Gebläsezylinders nur um den Faktor »Quadratwurzel aus Av. verändert bzw. vergrößert wird, so daß daher eine verhältnismäßig starke Verringerung des Hubes des Gebläsekolbens nicht eine linear entsprechende Vergrößerung des Durchmessers des Gebläsezylinders zur Folge hat Wenn beispielsweise der Kurbelradius bzw. der Hub bei der Gebläsezylinder-Kolben-Baugruppe auf den halben Wert des Kurbelradius bzw. des Hubes bei den Arbeitszylinder-Kolben-Baugruppen verringert wird, wird der Durchmesser des Gebläsezylinders maximal l,3mal so groß wie der der Arbeitszylinder-Kolben-Baugruppen (der Faktor 13 ergibt sich als Quadratwurzel aus 035, d. h. dem größten Faktor der Gesamthub"äume, mal Quadratwurzel aus 2). Ein Anführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und wird im folgenden näher erläutert Es zeigt

F i g. 1 einen schematischen Horizontalschnitt durch eine Ausführungsform einer Zweitakt-Otto-Brennkraftmaschine;

Fig.2 eine Schnittdarstellung gemäß H-II in Fig. 1; F i g. 3 eine Schnittdarstellung gemäß IH-III in F i g. 2;

F i g. 4 und 5 Schnittdarstellungen gemäß IV-IV und V-VinFig. 1;

F i g. δ ein Kurbelwinkeldiagramm, das die Öffnungsund Schlioßzeitpunkte der Spülschlitze und Auslaßschlitze der Brennkraftmaschine gemäß den F i g. 1 bis 5 zeigt; und

Fig.7 ein Indikatordiagramm, das den Druck im Kurbelgehäuse für die in den Fig. 1 bis 5 dargestellte Brennkraftmaschine zeigt

Zunächst wird auf die F i g. 1 bis 5 eingegangen, die ein Beispiel einer Zweitakt-Otto-Brennkraftmaschine zeigen, im folgenden auch als Zweitakt-Ottomotor bezeichnet wird. Der dargestellte Zweitakt-Ottomotor umfaßt einen Zylinderblock 10, der ungefähr die Form eines verhältnismäßig flachen Blocks mit rechtwinkeligem Grundriß hat und dessen zwei größte Seiten in Einbaulage des Zweitakt-Ottomotors im wesentlichen horizontal verlaufen. Im Zylinderblock sind zwei Kurbelwellen 12 und 14 angeordnet, die entlang gegenüberliegenden Rändern des Zylinderblocks verlaufen und drehbar in Lagern 10«, 1Od und 10c bzw, rf 1Oe und 10/gelagert sind. Beim dargestellten Ausfühpingsbejspie! kann beispielsweise die Kurbelwelle 12 mit Hilfseinrichtungen des Zweitakt-Ottomotors verbunden sein, wogegen die Kurbelwelle 14 als Ausgangswelle des Zweitakt-Ottomotors dient Im Zylinderblock 10 befinden sich eine erste Arbeitszylinder-Kolben-Baugruppe, die im folgenden kurz als Arbeitseinheit 100 bezeichnet wird, eine zweite Arbeitszylinder-Kolben-Baugruppe, die im folgenden kurz als Arbeitseinheit 200 bezeichnet wird, sowie eine doppeltwirkende Gebläsezylinder-Kolben-Baugruppe mit zwei horizontalen Gegenkolben, die im folgenden kurz als Zusatzgebläse 400 bezeichnet wird. Die Arbeitseinheit 100 und die Arbeitseinheit 200 weisen jeweils zwei horizontal gegenüber angeordnete Arbeitskolben und zwei Kurbelgehäuse auf, arbeiten mit Gleichstromspülung und haben relativ zueinander eine Phasendifferenz von 180°. Da die zwei Arbeitseinheiten gleichen konstruktiven Aufbau haben, wird im folgende" aus Gründen der Einfachheit lediglich die Arbeitseinlifit 100 beschrieben. In den Zeichnungen sind diejenigen TeKe und Elemente der Arbeitseinheit 200, die Teilen und Elementen der Arbeitseinheit 100 entsprechen, mit Bezugszeichen bezeichnet die um »100« höher sind als die Bezugszeichen der entsprechenden Teile und Elemente der Arbeitseinheit 100.

Im folgenden wird die Arbeitseinheit 100 ausführlicher erläutert Die Arbeitseinheit 100 !imfaßt einen vom Zylinderblock 10 getragenen Arbeitszylinder 102. Den Arbeitszylinder umgibt ein von einer Kühlmantelwand 104 begrenzter Kühlmantel 1106. Im Arbeitszylinder 102 sind zwei Arbeitskolben 108 und UO 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 HO ist jeweils mit einer Pleuelstange 112 bitw. 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 scheibenförmig ausgebildet siind. Die beiden Kurbelmechanismen, von denen jeder die scheibenförmigen Kurbelwangen und einen Kurbelzapfen umfaßt, sind getrennt voneinander in einem Kurbelgehäuse ί 24 bzw. 126 untergebracht Die beiden Kurbelgehäuse 124 und 126 haben jeweils eine dem zugehörigen Kurbelmechanismus angepaßte innere Form, so daß der größte Teil des Innenraumes jedes Kurbelgehäuses unabhängig vom Drehwinkel der Kurbelwelle vom Kurbelmechanismus eingenommen wird, damit der Tot- bzw. Verdichtungsraum des Kurbelgehäuses möglichst klein ist

Der Arbeitszylinder 102 ist auf seiner Spülseite mit mehreren Spülschützen 128 und auf seine:* Auslaßseite mit mehreren Auslaßschlitzen 130 versehen. Die Spülschlitze stehen in Verbindung mit einer Spülkammer 132, und die Auslaßschiitze stehen in Verbindung mit einer Auslaßk J.mmer 134. Die Auslaßkammer 134 ist mit Auspuffrohren 136 verbundea Wie Fig.3 zeigt umfassen die Spülschlitze 128 zwei Spülschlitze t28a, die in Richtung zur Längsmittelachse des At beitszylinders 102 münden, sowie ferner sechs Spülschlitze 1286, die entlang Achsen münden, die tangential zu einem gestrichelt dargestellten, gedachten Zylinder C verlaufen, der koaxial im Arbeitszylinder 102 angeordnet ist Die Spülschlitze 128a und 12116 sind ferner in Richtung zur Auslaßseite des Arbeitszylinders geneigt so daß die

' aus diesen Spülschlitzen austretenden Spügemischströme eine Geschwindigkeitskomponente in Richtung zu den Auslaßschlitzen 130 haben. Die Öffnungszeiten und Schließzeiten der Spülschlitze 128 und der Auslaßschlitze 130 liegen so, wie dies in F i g. 6 dargestellt ist. Das aus den Spülschlitzen 128a und 1286 austretende Spülgemisch strömt somit spiralig durch den Arbeitszylinder 102 in Richtung zur Auslaßseite. Die Spülkammer 132 ist mit den Kurbelgehäusen 124 und 126 durch Kanäle 138 und 140 verbunden. An der Vereinigungs- to stelle der Spülkammer 132 mit den Kanälen 138 und 140 befindet sich ein als Platten- bzw. Zungenventil ausgebildetes Einwegventil 142, das eine Fluidströmung lediglich aus den Kanälen zur Spülkammer zuläßt, so daß keine Verbrennungsgase aus dem Arbeitszylinder zurückschlagen können. Dieses Einwegventil kann weggelassen werden, wenn die Gefahr eines solchen Rückschlags nicht besteht.

Ungefähr in Längsmitte des Arbeitszylinders 102 ist eine Zündkerze 156 angeordnet.

Im folgenden wird das Zusatzgebläse 400 beschrieben. Das Zusatzgebläse 400 umfaßt einen Gebläsezylinder 402, der vom Zylinderblock 10 getragen wird. Den Gebläsezylinder umgibt ein von einer Kühlmantelwand 404 begrenzter Kühlmantel 406. Im Gebläsezylinder 402 sind einander gegenüber zwei scheibenförmige Gebläsekolben 408 und 410 angeordnet. Jeder Gebläsekolben 408 und 410 ist jeweils mit einer Kolbenstange 412 bzw. 414 verbunden, die jeweils durch eine öffnung 420 bzw. 422 in einer Endplatte 416 bzw. 418 verläuft. Die Endplatten 416 und 418 schließen die beiden Enden des Gebläsezylinders 402. Die öffnungen 420 und 422 ins jeweils als I ager ausgebildet, durch das die Kolbenstange 412 bzw. 414 abgedichtet und gleitend verschiebbar geführt ist. Aufgrund der vorstehend beschriebenen Ausbildung ist das Innere des Gebläsezylinders 402 in drei Gebläsekammern 424. 426 und 428 unterteilt. Das andere Ende jeder Kolbenstange 412 bzw. 422 ist mit einem Kreuzkopf 430 bzw. 432 verbunden. Der Kreuzkopf 430 und die zugehörigen Elemente sind ausführlicher in F i g. 4 dargestellt. Die beiden Kreuzköpfe 430 und 432 sitzen so in entgegengesetzten Endabschnitten des Gebläsezylinders 402, daß sie entlang !er Längsmittelachse des Gebläsezylinders verschiebbar sind. Jeder Kreuzkopf 430 und 432 ist jeweils mit uem kleineren Auge einer Pleuelstange 438 bzw. 440 mittels eines Bolzens 434 bzw. 436 verbunden. Das größere Auge jeder Pleuelstange 438 bzw. 440 ist mit einem Kurbelzapfen 444 bzw. 446 verbunden, der von zwei Kurbelwsngen 448 bzw. 450 getragen wird, die jeweils Bestandteil der Kurbelwelle 12 bzw. 14 sind. Die diese Kurbelmechanismen einzeln aufnehmenden Kurbelgehäuse 452 und 454 sind über nicht dargestellte Entlüftungsventile, die für zwangsläufige Kurbelgehäuseentlüftung sorgen, mit einem ebenfalls nicht darge- stellten Luftfilter verbunden, so daß für Druckausgleich in den Kurbelgehäusen gesorgt ist Wie Fig.5 zeigt, wf:ist der Kreuzkopf 430 öffnungen 431 auf, die den Luftwiderstand während der Hin- und Herbewegung des Kreuzkopfes verringern. Entsprechende öffnungen sind auch im Kreuzkopf 432 ausgebildet

Der Zweitakt-Ottomotor 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 &5 Fig. 1) liegende Einlaßöffnung Luft einsaugt und auf übliche Weise eine Luft-Kraftstoff-Gemisch erzeugt Die Gemischauslaßöffnung des Vergasers 40 ist an eine Leitung 50 angeschlossen, die in zwei Zweigleitungen 50a und 50b übergeht, die jeweils mit einer Einlaßöffnung 144 bzw. 244 verbunden sind, die jeweils in das (in Fig. 1) linke Kurbelgehäuse 124 bzw. 224 der Arbeitseinheit 100 bzw. 200 münden. Die Gemischauslaßöffnung des Vergasers 40 ist ferner mit einer Leitung 52 verbunden, die in zwei Zweigleitungen 52a und 526 übergeht, die jeweils mit einer Einlaßöffnung 146 bzw. 246 verbunden sind, die jeweils in das (in Fig. 1) rechte Kurbelgehäuse 126 bzw. 226 der ersten Arbeitseinheit 100 bzw. zweiten Arbeitseinheit 200 münden. In jeder Einlaßöffnung 144, 146, 244 und 246 ist ein als Plattenoder Zungenventil ausgebildetes Einwegventil 148 bzw. 150 bzw. 248 bzw. 250 angeordnet. Der Vergaser 40 ist ferner mit Leitungen 60, 62 und 64 verbunden, die ihrerseits jeweils mit einer Einlaßöffnung 456 bzw. 458 bzw. 460 verbunden sind, die in die Gebläsekammer 424 bzw. 426 bzw. 428 des Zusatzgebläses 400 münden. In den Leitungen 60, 62 und 64 ist jeweils nahe der Einlaßöffnung 456 bzw. 458 bzw. 460 ein als Plattenoder Zungenventil ausgebildetes Einwegventil 66 bzw. 68 bzw. 70 angeordnet. Die Gebläsekammer 424 ist über eine Auslaßöffnung 462, eine Leitung 72 und zwei von der Leitung 72 abzweigende Leitungen 152 und 154 mit den Kurbelgehäusen 124 und 126 der A'beitseinheit 100 verbunden. In einem mittleren Bereich der Leitung 72 ist ein als Platten- oder Zungen"entil ausgebildetes Einwegventil 160 vorgesehen. Die Gebläsekammern 426 und 428 sind mit den Kurbelgehäusen 224 und 226 der Arbeitseinheit 200 jeweils über eine Auslaßöffnung 466 bzw. 468 und eine Leitung 74 bzw. 76 verbunden. In den Leitungen 74 und 76 ist jeweils ein als Platten- oder Zungenventil ausgebildetes Einwegventil 261 bzw. 263 angeordnet.

Obwohl in F i g. 1 zur Vereinfachung der Darstellung der Vergaser 40, die Leitung 50, die Zweigleitungen 50a und 506, die Leitung 52, die Zweigleitungen 52a und 52b, die Kanäle 138, 140, 238, 240 usw. sowie die Einlaßöffnungen 144, 146, 244, 246 usw. in einer Ebene dargestellt sind, sind diese Elemente bei einem praktisch ausgeführten Zweitakt-Ottomotor vorzugsweise dreidimensional angeordnet.

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 Kurbelzapfen 116 und 118,21^Rund 218 sowie 444 und 446, die jeweils den Arbeitskolben 108 und 110, 208 und 210 sowie den Gebläsekolben 408 und 410 zugeordnet sind, um 180° gegeneinander versetzt sind. Ferner ist die Phasenbeziehung derart, daß der Kurbelzapfen 116, der dem Arbeitskolben 108 zugeordnet ist, und der Kurbelzapfen 216, der dem Arbeitskolben 208 zugeordnet ist, gegeneinander um 180° versetzt sind, wie auch der Kurbelzapfen 118, der dem Arbeitskolben HO zugeordnet ist, und der Kurbelzapfen 218, der dem Arbeitskolben 210 zugeordnet ist Wie sich aus der vorstehenden Beschreibung der Leitungen, nämlich der Tatsache, daß die Gebläsekammer 424 des Zusatzgebläses 400 der ersten Arbeitseinheit ICO zugeordnet ist und diese Arbeitseinheit mit Spüigemiseh versorgt und daß die Gebläsekanniiern 426 und 428 der zweiten Arbeitseinheit 200 zugeordnet sind und die zweite Arbeitseinheit mit Spülgemisch versorgen, ergibt, besteht zwischen dem Kurbelzapfen 116, der

dem Arbeitskolben 108 zugeordnet ist, und dem Kurbelzapfen 444, der dem Gebläsekolben 408 zugeordnet ist, eine Phasendifferenz von genau oder ungefähr 180°, die ebenfalls besteht zwischen dem Kurbelzapfen 118, der dem Arbeitskolben 110 zugeordnet ist, und dem Kurbelzapfen 446, der dem Gebläsekolben 410 zugeordnet ist. Dabei ist es vorteilhaft, daß die Phasenbeziehung zwirnen den Arbeitskolben 108 und 110 einerseits und den Gebläsekolben 408 und 410 andererseits derart ist, daß dann, wenn die Arbeitskolben 108 und 110 sich an ihren unteren Totpunkten befinden, die Gebläsekolben 408 und 410 sich an ihren oberen Totpunkten oder in deren Nähe — bezüglich der Gebläsekammer 424 — befinden.

Das Spülgebläse der ersten Arbeitseinheit 100 und der zweiten Arbeitseinheit 200 besteht jeweils aus einer Reihenschaltung der Kurbelgehäuse 124 und 126 mit der Geblasekammer 424 des Zusatzgebläses 400 bzw. einer des spiraligen Weges zwischen den Spülschlitzen und den Auslaßschlitzen ab, entlang dem die spiralige Gemischströmung erfolgt; diese Zeit ist jedoch nicht direkt von der Drehzahl des Zweitakt-Ottomotors abhängig. W-η η die Form und die Anordnung der Spülschlitze und der Auslaßschlitze festliegen, wird die genannte Zeit daher durch den Druck zum Spülung-Öffnungszeitpunkt So des Spülgemisches und die nachfolgende Änderung dieses Drucks bestimmt. Bei gegebenem Ablauf der Kurbelgehäuseverdichtung nimmt der Druck des Spülgemisches zum Spülung-Öffnungszeitpunkt So zu, wenn der Hubraum des Zusatzgebläses 400 vergrößert wird. Wenn allerdings der Verdichtungsraum des Kurbelgehäuses verhältnismäßig groß ist, wird der Spüldruck zum Spülung-Öffnungszeitpunkt So nicht stark erhöht; andererseits wird die Zeitdauer, während der verhältnismäßig hoher Spüldruck vorliegt, langer. Der volumetrische Wirkungsgrad eines Hubkolbenge-

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den Gebläsekammern 426 und 428 des Zusatzgebläses 400. Da der Gesamthubraum der Kurbelgehäuse bei der Kurbelgehäuseverdichtung gleich dem Gesamthubraum der entsprechenden Arbeitseinheit ist, ist der Gesamthubraum des Zusatzgebläses 400 0,35- bis 0,85mal so groß wie der Gesamthubraum der entsprechenden Arbeitszylindereinheit, wenn der Gesamthubraum des Spülgebläses so festgelegt ist, daß er 135- bis l,85mal so groß wie der Gesamthubraum der Arbeitseinheit ist, die vom Spülgebläse mit Spülgemisch gespeist wird. Es ist daher der Hubraum der Gebläsekammer 424 so festgelegt, daß er 0,35- bis 0,85mal so groß wie der Hubraum der Arbeitseinheit 100 ist. Ferner ist die Summe der Hubräume der Gebläsekammern 426 und 428 so festgelegt, daß sie 0,35- bis 0,85mal so groß wie der Hubraum der Arbeitseinheit 200 ist. Wie ein bestimmter Wert des Verhältnisses des Hubraumes des Zusatzgebläses zum Hubraum der Arbeitseinheit innerhalb des vorstehend angegebenen Bereiches bestimmt wird, wird im folgenden zusammengefaßt angegeben. Zunächst wird die Drehzahl des Zweitakt-Ottomotors geschätzt, die am häufigsten bei Vollastbetrieb des Zweitakt-Ottomotors auftritt. Basieiend auf dieser Drehzahl wird der Hubraum des Zusatzgebläses 400 so festgelegt, daß dann, wenn das Spülgemisch gerade die Abgase aus den Auslaßschlitzen 130 bzw. 230 herausgedrückt hat, die Auslaßschlitze vom auslaßseitigen Arbeitskolben 110 bzw. 210 geschlossen werden. Das vom Zusatzgebläse 400 gelieferte Gemisch wird in die Kurbelgehäuse 124 und 126 oder 224 und 226 eingeleitet, die selber Pump- bzw. Gebläsewirkung haben, so daß sich der Druck in den Kurbelgehäusen in Abhängigkeit von der Hin- und Herbewegung der Arbeitskolben 108 und 110 bzw. 208 und 210 in in F i g. 7 gezeigter Weise ändert, in der der Druck als Oberdruck angegeben ist Das in den Kurbelgehäusen verdichtete ss Gemisch gelangt aus den Spülschlitzen 128 bzw. 228 in den Arbeitszylinder 102 bzw. 202 mit dem Druck, den es zum Spülung-Öffnungszeitpunkt So (siehe auch F i g. 6) hat, zu dem die Spülschlitze geöffnet werden. Das Gemisch wird etwas gedrosselt, während es durch die ω Spülschlitze strömt, und danach strömt das Gemisch zu den Auslaßschlitzen 130 bzw. 230 entlang eines schraubenlinienförmigen bzw. spiraligen Weges, wobei es die Abgase durch die Auslaßschlitze herausdrückt Die Zeit, die das Spülgemisch benötigt, um die Auslaßschlitze zu erreichen, hängt von der Druckdifferenz zwischen dem Spülgemisch und den fan Arbeitszylinder verbliebenen Verbrennungsgasen und der Länge und Hergeschwindigkeit des Hubkolbens ist, sofern Ansaugträgheitseffekte des Hubkolbengebläses vernachläßigt werden. Wenn der Zweitakt-Ottomotor so ausgelegt ist, daß bei einer bestimmten Drehzahl, die als Auslegungsdrehzahl bezeichnet wird, die Auslaßschlitze gerade dann geschlossen werden, wenn das Spülgemisch die Abgase aus den Auslaßschlitzen herausgedrückt hat. kommt es bei Drehzahlen unterhalb dieser Auslegungsdrehzahl zum Durchblasen von Gemisch in den Auspuff, während andererseits bei Betrieb mit eiuer höheren Drehzahl als der Auslegungsdrehzahl Abgase im Arbeitszylinder zurückbleiben. Wenn der Zweitakt-Ottomotor hohes Drehmoment bei hohen Drehzahlen liefern soll, muß daher der Hubraum des Zusatzgebläses 400 vergrößert werden, um den Spüldruck zu erhöhen. In diesem Fall nimmt jedoch das Durchblasen von Gemisch zum Auspuff bei Vollast bei niedrigen Drehzahlen zu. Wenn das Auspuffrohr einen nicht vernachlässigbaren Abgasträgheitseffekt hat, wird auch dadurch die Zeit beeinfiußt, die das Spülgemisch bis zum Erreichen der Auslaßschlitze benötigt. Wenn der Spüldmck zu hoch ist, mischen sich das Spülgemisch und die Abgase, so daß mehr Gemisch zum Auspuff durchgeblasen wird, was wiederum eine Verringerung des Spülgrades zur Folge hat Unter Berücksichtigung der vorstehend erläuterten Einflüsse wird der Hubraum des Zusatzgebläses geschätzt, wonach im Rahmen von Versuchen der Hubraum des Zusatzgebläses so geändert wird, daß die Anforderungen hinsichtlich des Leistungs- und Betriebsverhaltens des Zweitakt-Ottomotors und hinsichtlich der Abgasreinhaltung erfüllt werden.

Wenn angenommen wird, daß die Arbeitseinheiten 100 und 200 den gleichen Durchmesser Dw der Arbeitszylinder und gleichen Kolbenhub Lw haben, der gleich dem doppelten Kurbelradius der Kurbelzapfen 116,118,216 und 218 ist, und daß das Zusatzgebläse 400 einen Durchmesser Dp des Gebläsezylinders sowie einen Kolbenhub Lp hat, der gleich dem doppelten Kurbelradius der Kurbelzapfen 444 und 446 ist, und daß der Kolbenhub des Zusatzgebisses fan Vergleich zum Kolbenhub der Arbeitseinheit so verringert ist, daß Lp gleich Lw/A ist, wobei A größer als 1 ist, liegt der Durchmesser Dp des Gebläsezylinders 406 fan Bereich

d/Ö35 bis ι/δ£5)/Λ"χ Dw.

Wenn A ungefähr gleich 2 ist wie dies bei dem in den F i g. 1 bis 5 dargestellten Ausführungsbeispiel der Fall ist liegt Dp im Bereich

(0,84 bis 1,3) Dw.

IO

Wenn dagegen A etwas kleiner ist, beispielsweise 1,75 beträgt, liegt Dp im Bereich

(0,78 bis 1,22) Dw.

Wenn andererseits A etwas größer ist, beispielsweise 2,25 beträgt, liegt Dp im Bereich

(0,89 bis 1,38) Dw.

Wie aus F i g. 4 erkennbar ist, ist dann, wenn der Wert von A ungefähr 2 beträgt, der Schwenk- bzw. Pendelwinkel der Pleuelstange 438 nur klein, so daß die auf den Kreuzkopf 430 wirkenden Querkräfte ausreichend gering sind, um glatte und unbehinderte Hin- und Herbewegung des Kreuzkopfes zu gewährleisten.

Im folgenden wird die Funktionsweise des in den F i g. 1 bis 5 dargestellten Zweitakt-Ottomotors erläutert. Diese Erläuterung ertoigt lediglich anhand der Arbeitseinheit 100 und der zugehörigen Gebläsekammer 424 des Zusatzgebläses 400. Es versteht sich jedoch, daß die Funktionsweise der Arbeitseinheit 200 und der zugehörigen Gebläsekammern 426 und 428 des Zusatzgebläses 400 im wesentlichen die gleiche wie die der Kombination aus der Arbeitseinheit 100 und der Gebläsekammer 424 ist. Während sich die Arbeitskolben 108 und 110 jeweils von ihren unteren Totpunkten zu ihren oberen Totpunkten bewegen, bewegen sich die Gebläsekolben 408 und 410 jeweils von ihren oberen Totpunkten bezüglich der Gebläsekammer 424, an denen die Gebläsekolben der axialen Mitte des Gebläsezylinders 402 am nächsten sind, zu ihren unteren Totpunkten, an denen die Gebläsekolben den größten Abstand voneinander haben. Wenn die Druckdifferenz am Einwegventil 66 größer als die Federkraft des Einwegventils ist, beginnt die Gebläsekammer 424, Gemisch durch das Einwegventil anzusaugen. Auf gleiche Weise beginnen die Kurbelgehäuse 124 und 126, Gemisch einzusaugen, wenn die Druckdifferenz an den Einwegventilen 148 und 150 größer als die Federkraft dieser Einwegventile ist. Wenn sich danach die Arbeitskolben 108 und 110 jeweils von ihren oberen Totpunkten zu ihren unteren Totpunkten bewegen, bewegen sich die Gebläsekolben 408 und 410 jeweils von ihren unteren Totpunkten zu ihren oberen Totpunkten bezüglich der Gebläsekammer 424, so daß der Druck in den Kurbelgehäusen 124 und 126 sowie der Druck in der Gebläsekammer 424 ansteigen. Dabei ist zu beachten, daß selbst dann, wenn die Gebläsekolben 408 und 410 ihren unteren Totpunkt bezüglich der Gebläsekammer 424 durchlaufen haben, die Einwegventile 66,148 und 150 aufgrund des Ansaugträgheitseffektes noch während einer gewissen Zeitdauer offen sind, so daß während dieser Zeitdauer weiterhm Gemisch angesaugt wird. Während dann die Verdichtung in der Geblasekammer 424 fortschreitet, drückt das in der Gebläsekammer 424 verdichtete Gemisch, da das Verdichtungsverhältnis der Gebläsekammer höher als das der Kurbelgehäuse 124 und 126 ist, verhältnismäßig bald das Einwegventil 160 auf, so daß das Gemisch in die Kurbelgehäuse 124 und 126 strömt Während sich die Arbeitskolben 108 und 110 ihren unteren Totpunkten nähern, öffnen zunächst die Auslaßschlitze 130 (siehe F i g. 6), so daß die im Arbeitszylinder 102 vorhandenen Abgase durch die Auslaßschlitze in die Auslaßkammer 135 austreten, aus der die Abgase durch die Auspuffrohre 136 abgeleitet werden, wonach der Druck der Restgase im Arbeitszylinder 102 schnell sinkt Wenn sich dann die Arbeitskolben ihren unteren Totpunkten weiter nähern, werden die Spülschlitze 128 geöffnet, so daß verdichtetes Gemisch durch die Spülschlitze in den Arbeitszylinder 102 eintreten kann und in Form einer spiraligen Strömung zu den Auslaßschlitzen 130 strömt, wobei dieses Gemisch die im Arbeitszylinder verbliebenen Restgase durch die Auslaßschlitze herausdrückt. Der Spüldruck sinkt dann im wesentlichen proportional zum in Fig. 7 dargestellten Kurbelgehäusedruck. Nachdem die Arbeitskolben 108 und 110 ihre unterem Totpunkte passiert haben, dauert die Strömung der Spülgemisches in den Arbeitszylinder 102 aufgrund des I'rägheitseffektes noch während einer gewissen Zeitdauer an, wobei allerdings die aufgrund des Trägheitseffektes einströmende Gemischmenge sehr klein ist. Während sich die Arbeitskolben 108 und 110 zu ihren oberen Totpunkten bewegen, werden zunächst die Spülschlitze 128 vom Arbeitskolben 108 auf der Spülseite geschlossen, wonach dann die Auslaßschlitze 130 vom Arbeitskolben 110 auf der Auslaßseite geschlossen werden. Danach beginnt die Verdichtung des Gemisches. Eine gewisse Zeit bevor die Arbeitskolben ihre oberen Totpunkte erreichen, wird das verdichtete Gemisch mittels der Zündkerze 156 gezündet, so daß das Gemisch verbrennt Nachdem die Arbeitskolben ihre oberen Totpunkte passiert haben, läuft der Verbrennungs- und Expansionstakt ab, so daß Leistung erzeugt wird. Danach werden dann die Auslaßschlitze 130 erneut geöffnet; damit ist ein Arbeitsspiel der Zweitakt-Otto-Brennkraftmaschine durchlaufen. Die Gebläsekammer 424 und die Kurbelgehäuse 124 und 126 benötigen die Einwegventile 66,148 und 150, damit die Verdichtung durchgeführt werden kann; dagegen ist das Einwegventil 160 nicht unbedingt notwendig. Da die Gebläsekammer 424 dt.i Saugtakt beginnt nachdem die Arbeitskolben 108 und 110 ihren unteren Totpunkt durchlaufen haben, ist jedoch ohne das Einwegventil 160 der Druck in den Kurbelgehäusen 124 und 126 unzweckmäßig niedrig. Vorzugsweise sind die Einwegventile 148 und 150 nahe der Wand der Kurbelgehäuse angeordnet, damit der Tot- bzw. Verdichtungsraum der Kurbelgehäuse gering ist

Aus Fig.7 ist erkennbar, daß der Druck in den Kurbelgehäusen sehr stark sinkt, nachdem die Arbeitskolben ihre unteren Totpunkte erreicht haben. Im Hinblick darauf ist es zweckmäßig, die Betriebsphase der Gebläsekolben relativ zur Betriebsphase der Arbeitskolben zusätzlich zur Phasendifferenz von 180° um einen Winkel von bis zu 15^Ö zu verzögern, so daß die Betriebsphase der Gebläsekolben relativ zur Betriebsphase der Arbeitskolben um einen Winkel von 180° bis 195° verzögert ist, wodurch die Spülung in der zweiten Hälfte der Spülperiode, d. h. nachdem die Arbeitskolben ihre unteren Totpunkte passiert haben, etwas verbessert werden kann.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche;

1. Zweitakt-Otto-Brennkraftmaschine mit zumin- dest zwei Zweitakt-Arbeitszylinder-Kolben-Baugruppen mit Gleichströmspülung, die jeweils einander gegenüber im Arbeitszylinder angeordnete Arbeitskolben sowie zwei Kurbelgehäuse aufweisen, die gleichen Gesamthubraum wie die Arbeitszylinder-Kolben-Baugruppen haben, wobei die Arbeitszylinder-KoIben-Baugruppen mit einer Phasendifferenz von 180° zwischen sich arbeiten und wobei die Spülschlitze im wesentlichen symmetrisch zur Längsachse des jeweiligen Arbeitszylinders angeordnet sind und eine im wesentlichen gleichmäßige, spiralige Spülgemischströmung entlang dem Arbeitszylinder erzeugen, mit einem Spülgebläse mit zumindest einer doppeltwirkenden Gebläsezylinder-Kolben-Baugruppe, die einen Gebläsezylinder und zwei horizontal einander gegenüber im Gebläsezy- _M linder angeordnete Gebläsekolben aufweist und von den zwei ihr zugeordneten Arbeitszylinder-Kolben-Baugruppen so angetrieben wird, daß sie für diese zwei getrennte Ladungen Spülgemisch mit einer Phasendifferenz von 180° zwischen den beiden ₂s Ladungen liefert, und mit zwei gemeinsamen Kurbelwellen, wobei jede Arbeitszylinder-Kolben-Baugruppe und die Gebläsezylinder-Kolben-Baugruppe jeweils zwei Kurbelmechanismen aufweisen, zu denen die zwei gemeinsamen Kurbelwellen gehören unC die synchron zueinander arbeiten, wobei der Kurbelradi;:s jede;· der zwei gemeinsamen Kurbelwellen bezüglich der Gebläsezylinder-Kolben-Baugruppe wesentlich r'siner als bezüglich der beiden zugeordneten Arbeitszylinder-Kolben-Baugruppen ist und wobei der Gesamthubraum des Spülgebläses 135- bis l,85mal so groß wie der Gesamthubraum der Arbeitszylinder-Kolben-Baugruppen ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Gesamthubraum der Gebläsezylinder-Kolben-Baugruppe (40) 0,35- bis 0,85mal so groß wie der Gesamthubraum der Arbeitszylinder-Kolben-Baugruppen (100; 200) ist und daß die Arbeitszylinder-Kolben-Baugruppen zusätzlich mit Kurbelgehäuseverdichtung arbeiten.

2. Zweitakt-Otto-Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kolbenstange (412,422) jedes Gebläsekolbens (408,410) mit einem verschiebbar geführten Kreuzkopf (430, 432) verbunden ist, der mit der zugeordneten Kurbelwel-Ie (12, 14) mittels einer Pleuelstange (438, 440) verbunden ist.

3. Zweitakt-Otto-Brennkraftmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis des Kolbenhubs der Arbeitszylinder-Kolben-Baugruppen (100, 200) zum Kolbenhub der Gebläsezylinder-Kolben-Baugruppe (400) ungefähr gleich 2 ist.