DE2926391C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Zweitakt-Brennkraftmaschine nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Zweitakt-Brennkraftmaschinen in Hubkolbenbauart zeichnen sich dadurch aus, daß bei jedem Hin- und Hergang des Kolbens bzw. bei jeder Kurbelwellenumdrehung ein Arbeitstakt erfolgt. Im Verlauf ihrer Entwicklungsgeschichte ist die Zweitakt-Brennkraftmaschine im Hinblick auf den Ladungswechsel in vielen Varianten gebaut und in der Literatur dargestellt worden. Dem großen Vorteil ihrer doppelten Anzahl von Arbeitstakten gegenüber der Viertakt- Brennkraftmaschine stehen Mängel entgegen, die bis heute nicht behoben werden konnten. So ist es noch nicht gelungen, den Ladungswechsel für den Brennraum zu idealisieren, das heißt, auch noch den letzten Rest der Abgase des vorhergehenden Ar­ beitstaktes auszutreiben, ohne einen kleinsten Anteil des frischen Kraftstoff-Luftgemisches durch die Auspufföffnung zu verlieren. Es muß daher im Betrieb entweder eine geringe Menge Restgas im Brennraum in Kauf genommen werden, wodurch die Literleistung verschlechtert wird, oder aber es wird die Spülung des Brennraumes mit Frischgas zeitlich verlängert und dadurch intensiviert, was aber den motorischen Wirkungsgrad herabsetzt, und was noch schlimmer ist, die Abgase zusätzlich vergiftet.

Dieser mangelhafte Zustand im Zusammenhang mit einem nicht idealen Ladungswechsel verschlechtert sich noch mehr bei extrem hohen Drehzahlen. Auch die raffiniertesten Spülmethoden, wie Querstromspülung, Umkehrspülung, Dreistromspülung, kreiselnde Spülung usw., schaffen in dieser Hinsicht keine restlose Besei­ tigung dieses Problems. Hinzu kommt, daß diese Spülarten den Bauaufwand erhöhen und die Herstellung der Brennkraftmaschine verteuern, so daß der Hauptvorteil der Zweitakt-Vergaserbrenn­ kraftmaschine gegenüber der Viertakt-Vergaserbrennkraftmaschine, nämlich die Einfachheit der Konzeption, zumindest zum Teil wieder aufgehoben wird.

Die Verwendung eines Kurbelschleifentriebs zur Kopplung der Kolben trägt insofern zu einer Verbesserung der Ladung der Brennräume bei, weil sich längere Verweilzeiten in den oberen und unteren Totpunkten und bessere Ladungs- und Verbrennungsver­ hältnisse auch bei hohen Drehzahlen ergeben.

Eine Zweitakt-Brennkraftmaschine der eingangs angegebenen Art ist in der GB-PS 1 67 180 beschrieben und zeichnerisch darge­ stellt. Bei dieser bekannten Ausgestaltung ist nur ein Über­ strömfenster vorgesehen, das unterhalb des untersten Kolbenrin­ ges angeordnet ist und einen verhältnismäßig großen Abstand von der Kante des Kolbens aufweist, wobei auf dem Kolbenboden ein Strömungsleitansatz angeordnet ist, der sich sekantial zum Überströmfenster erstreckt.

Bei dieser bekannten Ausgestaltung ergibt sich im Brennraum eine einseitige Spülung, und außerdem führt der Strömungsleitansatz zu einem negativen Einfluß auf die Brennraum- und Konstruktions­ größe der Brennkraftmaschine.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Brennkraftmaschi­ ne der eingangs angegebenen Art bezüglich ihres Ladungswechsels strömungsdynamisch zu verbessern, so daß sich ein günstigerer Brennstoffverbrauch und ein geringerer Schadstoffausstoß erge­ ben.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung ist im Anspruch 2 beschrieben.

Die Erfindung führt zu folgenden Vorteilen. Durch die Anordnung der Überströmfenster im Kolbenschaft unmittelbar unterhalb der oberen Kolbenringzone sind kürzeste Überströmwege für das von der unteren Kolbenstirnfläche verdichtete Kraftstoff-Luftgemisch zum Brennraum hin gegeben. Ferner schaffen die beiden diametral gegenüberliegenden Einbuchtungen am Kolbenboden günstige Spülbe­ dingungen insofern, als am Ende des Arbeitstaktes im Bereich des unteren Totpunktes nach erfolgtem Vorauspuff, der die Hauptmenge der Abgase ins Freie fördert, durch die aufrichtende Wirkung der beiden Einbuchtungen das einströmende Kraftstoff-Luftgemisch zuerst in den oberen Bereich des Verbrennungsraumes geleitet wird, wo es umgekehrt und dort die restlichen Abgase nach unten drückt, um dann beim weiteren Abwärtsgang des Kolbens mit zunehmendem Öffnungsquerschnitt der Überströmfenster im ver­ stärkten Maße querzuströmen, wobei sich die beiden Teilströme in der Mitte des Verbrennungsraumes treffen und den letzten Rest der Abgase durch die Auspufföffnung ins Freie schieben. Gegen Ende des Spülvorganges, zu Beginn des Aufwärtshubes des Kolbens, wird wiederum durch die beiden Einbuchtungen ein steileres Aufrichten der einströmenden Kraftstoff-Luftgemisch-Ströme erzwungen, wodurch ein schädlicher "Spülkurzschluß" und damit Frischgasverlust vermieden wird. Hinzu kommt, daß durch diese Ladungsmaßnahmen eine gleichmäßige Frischgasverteilung im Verbrennungsraum gefördert und die gegenseitige Durchmischung von Kraftstoff und Luft intensiviert wird. Die erfindungsgemäße Ausströmmulde an der Kolbenkante bewirkt strömungsmäßig ein gerichtetes schnelleres Abziehen der Abgase aus dem Brennraum während des Vorauspuffes und des Spülvorganges.

Es ist zwar aus der DE-PS 9 37 382 an sich bekannt, zwei Über­ strömfenster im Kolbenschaft und im Kolbenboden über den Über­ strömfenstern an der Kolbenkante Einbuchtungen vorzusehen, jedoch ist diese bekannte Ausgestaltung nicht von der gattungs­ gemäßen Art. Der Kolben ist im Gegensatz zur gattungsgemäßen Art für einen Kurbelwellen-Pleuelantrieb eingerichtet. Außerdem sind die Überströmfenster in einem relativ großen Abstand von der Kolbenkante unterhalb aller vorhandenen Kolbenringe vorgesehen. Ferner erstrecken sich die Einbuchtungen mit konkav gekrümmten Grundflächen bis in die Nähe des Kolbenbodenzentrums, wodurch sich entsprechend gerichtete Spülströme ergeben.

Eine mit der vorbeschriebenen Ausgestaltung vergleichbare bekannte Ausgestaltung ist aus der DE-OS 25 57 262 zu entnehmen. Bei dieser ebenfalls nicht gattungsgemäßen Ausgestaltung sind im Kolbenboden über den Überströmfenstern keine Einbuchtungen an der Kolbenkante vorgesehen. Ferner ist bei beiden vorbeschriebe­ nen Ausgestaltungen eine erfindungsgemäß angeordnete und ausge­ bildete Ausströmmulde nicht vorhanden. Deshalb werden auch die durch die Erfindung erzielbaren Vorteile nicht erreicht.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines in einer Zeichnung dargestellten bevorzugten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine Zweizylinder-Zweitakt-Vergaserbrennkraftmaschine in Ansicht, wobei die linke Zylinderkolbeneinheit längs geschnitten ist,

Fig. 2 die Brennkraftmaschine in Draufsicht und

Fig. 3 einen Arbeitskolben in perspektivischer Dar­ stellung.

Der mechanische Aufbau der gezeigten, nach Art eines sogenannten Boxermotors aufgebauten Brennkraftmaschine besteht im wesentlichen aus zwei gegenüberliegenden, gleichachsig angeordneten Zylindern 1 und 1′, in denen sich Kolben 2 geradlinig hin- und herbewegen. Die Kolben sind mit den Kolbenstangen 3 verbunden, die ebenfalls nur geradlinige Hin- und Herbewegungen ausführen. Die Kolbenstangen 3 sind mit ihren inneren Enden an einem mittig gelegenen, umlaufen­ den Kurbelschleifentrieb 4 angelenkt, der die geradlinigen Bewegun­ gen in drehende Bewegungen umwandelt. Der Kurbelschleifentrieb be­ findet sich in einem Kurbelschleifengehäuse KG, an dem über Trenn­ wände 15 die Zylinder 1 und 1′ befestigt sind.

Im bzw. am Zylindergehäuse sind diametral gegenüberliegende Über­ strömkanäle 5 a und 5 b vorgesehen, jeweils drei einzelne Überströmkanäle 5 a und 5 b diametral gegenüber. Fer­ ner sind am Zylindergehäuse eine Auspufföffnung 6 und eine Einlaß­ öffnung 7 vorgesehen. Im Kolben 2 sind zwei Überströmfenster 8 a und 8 b ausgespart, die diametral gegenüberliegen und unmittelbar unter der oberen Kolbenringzone 9 vorgesehen sind. Darüber sind im Kolben­ boden 10 Einbuchtungen 11 a und 11 b an der Kolbenkante 12 angeordnet.

Außerdem ist an der Oberseite des Kolbenbodens 10 eine Ausström­ mulde 13 für die abströmenden Abgase vorgesehen. Die Ausströmmulde 13 vertieft sich radial nach außen und nimmt gleichzeitig in ihrer Breite zu.

Der Ladungswechsel funktioniert erfindungsgemäß wie folgt:

Wie aus Fig. 2 ersichtlich, befindet sich der Kolben 2 im oberen Totpunkt. An der der Zündkerze 14 ist bereits der elektrische Funke übergesprungen, der das verdichtete Kraftstoff-Luftgemisch gezündet hat. Der Druck steigt im Brennraum und treibt den Kolben 2 nach unten. Beim Abwärtshub (Arbeitstakt) des Kolbens 2 wird das beim vorhergehenden Aufwärtshub über die Einlaßöffnung 7 angesaugte Kraftstoff-Luftgemisch verdichtet und zwar, sobald der untere Kolbenring 17 die Einlaßöffnung 7 abgeschlossen hat. Der Vor­ auspuff erfolgt dann, wenn die laufende Steuerkante a am Kolben 2 die feststehende obere Steuerkante a′ an der Auspufföffnung 6 über­ fährt. Der Spülvorgang setzt dann ein, wenn die laufenden Steuer­ kanten b am Kolben 2 die feststehenden oberen Steuerkanten b′ der Überströmkanäle 5 a und 5 b überfahren. Solange die Überströmkanäle 5 a und 5 b offen bleiben, findet der Spülvorgang in der Weise statt, wie in der Beschreibungseinleitung beschrieben. Nach dem unteren Totpunkt werden zu Beginn des Aufwärtshubes zuerst die Überström­ kanäle 5 a und 5 b und gleich darauf die Auspufföffnung 6 geschlos­ sen, worauf das im Verbrennungsraum befindliche Kraftstoff-Luftge­ misch verdichtet wird. Gleichzeitig wird eine weitere Ladung durch die Einlaßöffnung 7 von der unteren Kolbenstirnfläche angesaugt.

Das Arbeitsbeispiel wiederholt sich in beschriebener Weise.

Claims (2)

1. Zweitakt-Brennkraftmaschine in Hubkolbenbauart, mit auf einer Achse liegenden, gegeneinander angeordneten Zylindern und Kolben, deren geradlinig hin- und hergehende Kolbenstangen über einen mittig angeordneten umlaufenden Kurbelschleifentrieb gekoppelt sind, mit Ansaugung des Kraftstoff-Luftgemisches beim Aufwärtshub und Verdichten desselben beim Abwärtshub des Kolbens durch dessen untere Kolbenstirnfläche, wobei über ein Fenster im Kolbenschaft und Überströmkanäle im Zylindergehäuse das Kraftstoff-Luftgemisch zur oberen Kolbenstirnfläche hin in den Brennraum gefördert wird, aus dem es den Rest der Abgase hinausspült, dadurch gekennzeichnet, daß ein weiteres Überströmfenster (8 b) im Kolbenschaft sowie ein dazugehöriger Überströmkanal (5 b) im Zylindergehäuse (1) angeordnet ist, die Überströmfenster (8 a und 8 b) sich diametral gegenüberliegend positioniert und in der Zone unmittelbar unter der oberen Kolbenringzone (9) angeordnet sind, im Kolbenboden (10) über den Überströmfenstern (8 a und 8 b) an der Kolbenkante (12) Einbuchtungen (11 a und 11 b) vorgesehen sind, und daß im Kolbenboden (10) eine einzige radial nach außen abgesenkte, rechtwinklig zu den beiden Einbuchtungen (11 a und 11 b) ausgerichtete Ausströmmulde (13) angeordnet ist, die nach außen hin in bezug auf ihre Breite zunimmt.

2. Zweitakt-Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Überströmkanäle (5 a, 5 b) im Zylindergehäuse jeweils drei nebeneinanderliegende Fenster aufweisen.