DE3347847C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Zweitakt-Brennkraftmaschine der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art.

Bei einer Zweitakt-Brennkraftmaschine, bei der die verbrannten Gase durch ein aus Spülschlitzen in die Zylinderbohrung einströmendes frisches Luft/Kraftstoffgemisch aus der Zylinderbohrung gespült werden, sind in dem frischen Brenngasgemisch Luft und Kraftstoff vollständig miteinander vermischt und bilden ein gleichförmiges Gemisch, das in den Zylinder eingeleitet wird. Dieses gleichförmige Gemisch spült die verbrannten Gase aus dem Zylinder bzw. den Zylindern der Maschine. Dabei entweicht jedoch ein Teil des frischen Brenngasgemisches mit den verbrannten Gasen in den Auslaßschlitz. Ein beachtlicher Teil des Kraftstoffs gelangt daher in den Abgaskanal der Maschine, ohne verbrannt worden zu sein, mit dem Ergebnis, daß der Kraftstoffverbrauch unnötig hoch ist und der Anteil schädlicher Kohlenwasserstoffe im Abgas groß ist.

Eine Zweitakt-Brennkraftmaschine der eingangs genannten Art ist bekannt aus dem AT-Buch "Mitteilungen des Instituts für Verbrennungskraftmaschinen und Thermodynamik, Kenndaten und Konstruktion neuzeitlicher Zweiradmotoren", 3. erweiterte Auflage, 1982, Heft 31 b), Bildteil, Abb. 62 T, 3d, 3e, 3j, 3k I, 3k II. Bei dieser bekannten Zweitakt-Brennkraftmaschine kommen jeweils zwei Paare unterschiedlich großer Spülschlitze zum Einsatz, die bezüglich ihrer Seitenwände geneigt zueinander angeordnet sind, welche im übrigen einen geradlinigen, innerhalb der beiden unterschiedlich großen Spülschlitzen zueinander parallelen Verlauf aufweisen. Aufgrund dieser Spülschlitz-Konfiguration und -Ausbildung wird Luft/Kraftstoffgemisch in unterschiedlicher Richtung in die Zylinderbohrung eingeführt. Dabei kann jedoch nicht verhindert werden, daß das in der Nähe des Auslaßschlitzes in die Zylinderbohrung eintretende Luft/Kraftstoffgemisch mit den verbrannten Gasen in den Auslaßschlitz gelangt.

Aus der DE-OS 22 45 417 ist eine Zweitakt-Brennkraftmaschine bekannt, die in die Kurbelkammer Luft ansaugt, die von dort am Ende des Arbeitstakts in einem ersten Teilstrom durch einen die Kurbelkammer mit der Brennkammer verbindenden ersten Spülkanal in die Brennkammer geleitet wird. Ein zweiter Teilstrom der Luft wird über einen die Kurbelkammer mit der Brennkammer verbindenden zweiten Kanal, dessen brennkammerseitige Öffnung vom Kolben zeitlich später als die des ersten Spülkanals geöffnet wird, in die Brennkammer geleitet und auf seinem Weg mittels einer Einspritzdüse mit Kraftstoff versetzt. Diese Maschine erfordert zwei Spülkanäle und eine Zeitsteuereinrichtung für die Kraftstoffeinspritzung.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine gattungsgemäße Zweitakt-Brennkraftmaschine anzugeben, bei der mit konstruktiv einfachen Strömungsmaßnahmen eine Spülung des Brennraums erreicht wird, bei der verhindert wird, daß Kraftstoff in nennenwerten Mengen in den Abgaskanal gelangen kann.

Gelöst wird diese Aufgabe durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Demnach besteht der Kern der Erfindung darin, die in den jeweiligen Spülschlitz mündenden Seitenwandabschnitte derart gekrümmt auszubilden, daß flüssiger Kraftstoff in Form feiner Kraftstoffpartikel auf dem gebogenen Seitenwandabschnitt niedergeschlagen wird, der dem Auslaßschlitz am nächsten liegt, wodurch erreicht wird, daß das in die Zylinderbohrung einströmende Gemisch derart geschichtet ist, daß ein magerer Gemischanteil einen fetteren Gemischanteil mit Bezug auf den Auslaßschlitz abdeckt. Das Resultat dieser Strömungsführungsmaßnahmen ist eine Spülung des Brennraums, bei der verhindert wird, daß Kraftstoff in nennenswerten Mengen in den Abgaskanal gelangen kann.

Die Erfindung soll nachfolgend unter Bezugnahme auf die in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert werden. Es zeigt

Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Zweitakt-Brennkraftmaschine;

Fig. 2 einen Schnitt durch die Zweitakt-Brennkraftmaschine nach Fig. 1 längs der Linie II-II in Fig. 1;

Fig. 3 eine vergrößerte Darstellung der Innenwand der Zylinderbohrung in Fig. 1, wobei nur der Spülschlitz und der Überströmkanal dargestellt sind;

Fig. 4 einen Querschnitt des Zylinderblocks der Zweitakt-Brennkraftmaschine nach Fig. 1 längs der Linie IV-IV in Fig. 3;

Fig. 5 eine vergrößerte Darstellung des Spülschlitzes in Fig. 3;

Fig. 6 Querschnitte durch den Spülschlitz von Fig. 5 längs der Linien A-A, B-B und C-C nach Fig. 5;

Fig. 7 einen Querschnitt durch eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Zweitakt-Brennkraftmaschine, und

Fig. 8 einen Querschnitt durch Zweitakt-Brennkraftmaschine nach Fig. 7 längs der Linie VIII-VIII in Fig. 7.

Fig. 1 zeigt eine Zweitakt-Brennkraftmaschine mit einem Kurbelgehäuse 1, einem Zylinderblock 2, einem Zylinderkopf 3, einer im Zylinderblock 2 ausgebildeten Zylinderbohrung 4, einem darin auf- und abbeweglichen Kolben 5, einer Kurbelwelle 6, Ausgleichsgewichten 7, einer den Kolben 5 mit den Ausgleichsgewichten 7 verbindenden Pleuelstange 8, einer im Zylinder 4 angeordneten Zündkerze 9, einem Einlaßkanal 10 und einem Auslaßkanal 11. Wenn der Kolben 5 sich in der Zylinderbohrung 4 auf- und abbewegt, dann rotieren die Ausgleichsgewichte 7 entsprechend in einer vorbestimmten Richtung. Der Einlaßkanal 10 mündet am einen Ende in einen Einlaßschlitz 12, der alternierend von dem Kolben 5 bedeckt und geöffnet wird. Das andere Ende des Einlaßkanals 10 ist über einen Vergaser 14 mit Drosselklappe 26 mit einem Luftfilter 13 verbunden. Der Auslaßkanal 11 beginnt am einen Ende an einem Auslaßschlitz 15, der sich in die Zylinderbohrung 4 hinein öffnet und alternierend von dem Kolben 5 geschlossen und geöffnet wird. Das andere Ende des Auslaßkanals 11 öffnet sich ins Freie. Wie in Fig. 2 dargestellt, ist an der Wandung der Zylinderbohrung 4 ein Paar Spülschlitze 16 ausgebildet. Die Spülschlitze 16 sind symmetrisch in Bezug auf die Achse gelegen, die durch den Auslaßkanal 11 verläuft, und die Öffnungen der Spülschlitze 16 sind gegen die Wandung der Zylinderbohrung 4 gerichtet, und zwar gegen jenen Wandabschnitt, der dem Auslaßschlitz 15 gegenüberliegt. Die Spülschlitze 16 sind mit dem oberen Innenraum des Kurbelgehäuses 1 über entsprechende Überströmkanäle 19 verbunden, die einen relativ großen Querschnitt aufweisen und relativ kurz sind.

Fig. 3 zeigt den Spülschlitz 16 und den Überströmkanal 19 nach Fig. 1, und Fig. 4 zeigt einen Querschnitt durch den Zylinderblock 2. Außerdem zeigt Fig. 5 nur einen Spülschlitz 16 und Fig. 6 zwei Querschnitte des Spülschlitzes 16. Das heißt, in Fig. 6 ist mit A ein Querschnitt des Spülschlitzes 16 längs der Linie A-A in Fig. 5, mit B ein Querschnitt des Spülschlitzes 16 längs der Linie B-B in Fig. 5 und mit C ein Querschnitt durch den Spülschlitz 16 längs der Linie C-C in Fig. 5 dargestellt.

Wie aus den Fig. 1, 3 und 5 hervorgeht, weist der Querschnitt des Spülschlitzes keine rechteckige Gestalt auf. Die linke Hälfte der oberen Kante 16a des Spülschlitzes 16 und die untere Kante 16b des Spülschlitzes 16 erstrecken sich horizontal und die obere Hälfte einer ersten Seitenkante 16c sowie die zweite Seitenkante 16d des Spülschlitzes 16 erstrecken sich vertikal. Das rechte Ende der oberen Kante 16a und das obere Ende der ersten Seitenkante 16c sind jedoch über eine gebogene Kante 16e verbunden. Außerdem sind eine erste Seitenwand 19c des Überströmkanals 19 mit der gebogenen Kante 16e, die erste Seitenkante 16c über einen gebogenen Wandabschnitt 19e und die zweite Seitenwand 19d des Überströmkanals 19 mit der zweiten Seitenkante 16d über einen gebogenen Wandabschnitt 19f verbunden. Wie man aus den Fig. 5 und 6 entnehmen kann, nimmt der Krümmungsradius des gebogenen Wandabschnitts 19c ab, wenn der gebogene Wandabschnitt 19e die obere Kante 16a erreicht.

Wenn der Kolben 5 die Spülschlitze 16 leicht öffnet, dann beginnt unter Druck stehendes Luft/Kraftstoffgemisch aus der Kurbelkammer 1 durch die Überströmkanäle 19 und die Spülschlitze 16 in die Zylinderbohrung 4 einzufließen. Das Luft/Kraftstoffgemisch strömt dabei längs eines Strömungswegs, der zwischen den gebogenen Wandabschnitten 19e und 19f ausgebildet ist, wie Fig. 6(A) zeigt. Ein großer Teil des Gemischs trifft daher dabei auf den gebogenen Wandabschnitt 19e und fließt dann auf gekrümmtem Wege längs des gebogenen Wandabschnitts 19e. Als Folge davon wirkt auf das Luft/ Kraftstoffgemisch eine Zentrifugalkraft, wodurch flüssiger Kraftstoff in Form feiner Kraftstoffpartikel auf dem gebogenen Wandabschnitt 19e niedergeschlagen wird. Der flüssige Kraftstoff fließt dann in die Zylinderbohrung 4 in einer tangentialen Richtung des gebogenen Wandabschnitts 19e und bewegt sich vorwärts gegen die Wandung der Zylinderbohrung 4, die dem Auslaßschlitz 15 gegenüberliegt, wie es die Pfeile r in den Fig. 1 und 4 zeigen. Es wird daher nahe der Wandung der Zylinderbohrung 4 ein fettes Gemisch gebildet. Das Gemisch fließt längs kaum gekrümmten Strömungsbahnen s (s. Fig. 1 und 4) in die Zylinderbohrung 4 ein, was von der auf das Gemisch einwirkenden Trägheitskraft herrührt. Wenn der Kolben 5 dann die Spülschlitze 16 weiter öffnet, wie es Fig. 6(B) und Fig. 6(C) zeigen, fließt der am gebogenen Wandabschnitt 19e haftende Kraftstoff in tangentialer Richtung des gebogenen Wandabschnitts 19e gegen die Wandung der Zylinderbohrung 4 und die Strömungsrichtung des Luft/Kraftstoffgemischs wird allmählich geändert, so daß der Winkel der Strömungsrichtung in Bezug auf eine Linie, die durch beide Spülschlitze 16 verläuft, klein wird. Das in der Zylinderbohrung 4 befindliche Gemisch wird daher so geschichtet, daß das magere Gemisch das fettere Gemisch abdeckt.

Die Fig. 7 und 8 zeigen eine modifizierte Ausführungsform der Zweitakt-Brennkraftmaschine nach den Fig. 1 bis 6. Bei dieser Ausführungsform sind drei Spülschlitzpaare 16, 17 und 18 an der Wandung der Zylinderbohrung 4 ausgebildet, und jeder Spülschlitz 16, 17 und 18 hat eine Gestalt, die jener der Spülschlitze 16 nach den Fig. 1 bis 6 gleicht. Das heißt, jeder Spülschlitz 16, 17 und 18 weist eine gebogene obere Kante 16e und einen gebogenen Wandabschnitt 19e nahe dem Auslaßschlitz 15 auf. Wenn der Kolben 5 daher die Spülschlitze 16, 17 und 18 öffnet, fließt an den gebogenen Wandabschnitten 19e haftender Kraftstoff in die Zylinderbohrung 4 in einer tangentialen Richtung von den Spülschlitzen 16, 17 und 18 gegen die Wandung der Zylinderbohrung 4, wie durch die Pfeile r in den Fig. 7 und 8 gezeigt. Außerdem fließt gleichzeitig ein mageres Gemisch in die Zylinderbohrung 4 ein, ohne dabei gekrümmten Strömungsbahnen zu folgen, was aus den Trägheitskräften folgt, wie der Pfeil s in den Fig. 7 und 8 zeigt. Das Luft/Kraftstoffgemisch in der Zylinderbohrung 4 ist daher so geschichtet, daß das magere Gemisch das fette Gemisch abdeckt.

Mit Hilfe von einem mageren Gemisch wird also verhindert, daß ein fetteres Gemisch in den Auslaßkanal entweichen kann, so daß der Anteil von Kraftstoff, der unverbrannt aus der Maschine entweichen kann, gegenüber einer konventionellen Zweitakt-Brennkraftmaschine beträchtlich verringert ist. Dies ermöglicht eine Herabsetzung des Kraftstoffverbrauchs und der Anteile unverbrannter Kohlenwasserstoffkomponenten im Abgas. In Versuchen hat sich bestätigt, daß gemäß der vorliegenden Erfindung der Kraftstoffverbrauch um etwa 30% und der Anteil unverbrannter Kohlenwasserstoffkomponenten im Abgas um etwa 50% im Vergleich zu bekannten Zweitakt-Brennkraftmaschinen verringert werden kann. Außerdem hat sich bestätigt, daß die Maschine auch bei der Verwendung von Kerosin oder Alkohol anstelle von Benzin als Treibstoff in stabiler Weise betrieben werden kann.

Claims (5)

1. Zweitakt-Brennkraftmaschine, bestehend aus einem Zylinderblock mit Zylinderbohrung darin, einem darin auf- und abbeweglichen Kolben, einem Auslaßschlitz und zumindest einem Paar einander gegenübergelegenen, zum Auslaßschlitz versetzt angeordneten Spülschlitzen in der Zylinderwand, die von dem Kolben geöffnet und geschlossen werden, einem Kurbelgehäuse mit darin ausgebildeter Kurbelkammer, in welcher sich in Abhängigkeit von der Kolbenbewegung wechselnde Drücke aufbauen, einem in Abhängigkeit von der Kolbenstellung mit der Kurbelkammer verbindbaren Einlaßkanal am Zylinderblock mit einem Lufteinlaß, zwei Überströmkanälen, die die Kurbelkammer mit den Spülschlitzen verbindet, und einer Kraftstoffzuführungseinrichtung im Einlaßkanal zur Bildung von Luft/Kraftstoffgemisch darin, wobei die Spülschlitze eine obere Kante, eine untere Kante, eine erste Seitenkante nahe dem Auslaßschlitz und eine zweite Seitenkante fern vom Auslaßschlitz sowie eine gebogene Kante im Verbindungsbereich der ersten Seitenkante mit der oberen Kante aufweist, und wobei jeder Überströmkanal eine mit der oberen Kante verbundene Außenwand, eine mit der unteren Kante verbundene Innenwand, eine erste, mit der ersten Seitenkante verbundene Seitenwand und eine zweite, mit der zweiten Seitenkante verbundene Seitenwand aufweist, gekennzeichnet durch einen in jedem Überströmkanal (19) ausgebildeten und in den jeweiligen Spülschlitz (16) mündenden, gebogenen Wandabschnitt (19e), der mit der ersten Seitenkante (16c) verbundenen Seitenwand (19c), wobei der gebogene Wandabschnitt (19e) im Eckbereich der gebogenen Kante (16e) des Spülschlitzes (16) angeordnet und vom Auslaßschlitz (15) weg auf einen diesem gegenübergelegenen Innenwandabschnitt des Zylinders (4) hin gebogen ist.

2. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Krümmung des Wandabschnitts (19e) derart gewählt ist, daß im Bereich der gebogenen Kante (16e) sowie der ersten Seitenkante (16c) des Spülschlitzes (16) an die Wandkrümmung angelegte Tangenten den Innenwandbereich des Zylinders (4) schneiden, der dem Auslaßschlitz (15) gegenüberliegt.

3. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die gebogene Kante (16e) des Spülschlitzes (16) sich über etwa eine Hälfte der oberen Kante (16a) und über etwa eine Hälfte der ersten Seitenkante (16c) des Spülschlitzes erstreckt.

4. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Krümmungsradius des gebogenen Wandabschnitts (19e) entlang der gebogenen Kante (16e) des Spülschlitzes (16) zu dessen oberer Kante (16a) hin abnehmend verläuft.

5. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine Mehrzahl von Spülschlitzen (16, 17, 18) einander gegenübergelegen in der Zylinderwand vorgesehen sind, von denen jeder an einen Überströmkanal (19, 20, 21) angeschlossen ist und jeweils die gebogene Kante (16e) aufweist.