DE3702193A1

DE3702193A1 - Anordnung und gestaltung von auspuffkanaelen fuer zweitakt-brennkraftmaschinen

Info

Publication number: DE3702193A1
Application number: DE19873702193
Authority: DE
Inventors: Udo Dr Sc Techn Katzula; Wolfram Gerbig
Original assignee: Schwermaschinenbau Kombinat Ernst Thalmann VEB
Current assignee: Simson Fahrzeug Il O-6000 Suhl De GmbH
Priority date: 1986-04-28
Filing date: 1987-01-26
Publication date: 1987-10-29
Also published as: GB8704863D0; CS255987A1; FR2597924B1; FR2597924A1; DD260410A3; GB2189839B; SU1717856A1; GB2189839A

Description

Titel der Erfindung

Anordnung und Gestaltung von Auspuffkanälen für Zweitakt-Brennkraftmaschinen

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung bezieht sich auf die Anordnung und Gestaltung von Auspuffkanälen für Zweitakt-Brennkraftmaschinen mit Kurbelkammerspülung mit mindestens einem Zylinder, an dem mindestens ein Auspuffschlitz und ein daran sich anschließender Auspuffkanal angeordnet sind. Die Anwendung kann insbesondere bei Kraftradmotoren erfolgen, bei denen im gesamten Drehzahl- und Lastbereich eine Verkleinerung des Auspuffgeräusches, eine Verbesserung des Ladungswechsels und eine Ladungsbewegung im Zylinder um dessen Längsachse zu Beginn der Kompressionsphase erreicht werden soll.

Charakteristik des bekannten Standes der Technik

Bekannt sind technische Lösungen nach der DR-PS 3 16 922 sowie DE-PS 25 51 823, bei denen zur Steuerung des Vorauslasses und zur Senkung des Auspuffgeräusches durch eine entsprechende Formgebung der Auslaßschlitze ein allmählicher Druckabbau im Verbrennungsraum erzielt werden soll.

Dazu sind die Auslaßschlitze über ihre obere Begrenzung hinaus in Richtung der Zylinderhochachse nut- oder keilförmig erweitert, so daß bei der Abwärtsbewegung des Kolbens dieser den Auslaßquerschnitt allmählich freigibt, wodurch ein zeitlich gedehnter Druckabbau im Zylinder erreicht und hohe Druckamplituden im Auspuff vermieden werden sollen.

Weiterhin bekannt ist ein Verfahren zur Geräuschminderung nach der DE-OS 31 00 851, bei dem der Auslaßschlitz ebenfalls in Richtung der Zylinderhochachse nut- oder v-förmig nach oben erweitert wird, so daß durch eine allmähliche Schlitzfreigabe beim Abwärtshub die geräuscherregenden großen Druckamplituden vermindert werden. Diese technischen Lösungen haben den Nachteil, daß der allmähliche Druckausgleich zwischen Verbrennungsraum und der nachgeschalteten Auspuffleitung lediglich durch die Form der Querschnittsfläche des Auslaßschlitzes im Zylinder gesteuert und der Druckverlauf nur in Abhängigkeit von der freigegebenen Öffnungsfläche des Auslasses betrachtet wird.

Weitere Einflußfaktoren, die den Druck-Zeit-Verlauf wesentlich beeinflussen, wie die räumliche Form des Auspuffkanals und die Querschnittsflächenänderung des Auspuffkanals in Ausbreitungsrichtung der ausströmenden Gase wurden bei diesen technischen Lösungen nicht berücksichtigt. Deshalb ist der Effekt der Auspuffgeräuschminderung bisher nur bei niedrigen Drehzahlen nachweisbar. Außerdem sind den erheblichen Erweiterungen des Auslaßschlitzes nach oben motorisch Grenzen gesetzt, während eine Verringerung der ursprünglichen Schlitzhöhe, wie sie in den beschriebenen technischen Lösungen in Betracht gezogen wurden, im allgemeinen mit einem schlechteren Füllungsgrad des Zylinders einhergeht.

Nach DE-OS 32 33 108 sowie DE-OS 34 30 477 wird der dem Zylinder nahe Einlaß- bzw. Auslaßkanal in die Gestaltung einbezogen, so daß der Auspufföffnungsquerschnitt allmählich freigegeben wird. Allerdings werden die für die Ausbildung eines strömungs- und akustisch günstigen Druck-Zeit-Verlaufes maßgebenden erheblichen Querschnittsänderungen in Strömungsrichtung der Abgase nicht vermieden. Außerdem werden die Möglichkeiten zur Erzeugung einer rotierenden Ladungsbewegung im Zylinder um dessen Längsachse durch eine entsprechende Anordnung des Auspuffkanals nicht ausgenutzt.

Ziel der Erfindung

Das Ziel der Erfindung ist es, eine Verkleinerung des Auspuffgeräusches in Verbindung mit einem den Ladungswechsel unterstützenden Druck-Zeit-Verlauf im Auspuffkanal und einer zum Zwecke der Kraftstoff-Luft-Gemisch-Abmagerung vorteilhaften um die Zylinderlängsachse rotierenden Ladungsbewegung zu Beginn der Kompressionsphase zu erreichen.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Aufgabe der Erfindung ist es, eine plötzliche Entspannung der Abgase im Auspuffkanal zu verhindern und ohne Verwendung zusätzlicher Bauteile den Druck-Zeit-Verlauf im Auspuffkanal so zu gestalten, daß der Ladungswechsel verbessert wird. Außerdem besteht die Aufgabe darin, die kinetische Energie der in den Zylinder zurücklaufenden Druckwelle zur Erzeugung einer um die Längsachse des Zylinders rotierenden Ladungsbewegung zu Beginn der Kompressionsphase auszunutzen.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß die obere Kanalwand an der oberen Begrenzung des Auspuffschlitzes mit der Zylinderlängsachse einen Winkel von höchstens 30° bildet und in ihrem weiteren Verlauf konvex gestaltet ist, daß die äußere Seitenwand mit der Zylinderquerachse einen Winkel von höchstens 60° bildet, daß die äußere Seitenwand zusammen mit der oberen Kanalwand, der unteren Kanalwand und dem Kolben einen Entspannungsabschnitt in Auspuffschlitznähe ohne Querschnittssprünge bildet, dessen Eintrittsquerschnitt vom Kolben hubabhängig stetig veränderbar ist sowie dadurch, daß der Auspuffschlitz in Richtung der oberen Kanalwand und der äußeren Seitenwand über die obere und seitliche Begrenzung des üblicherweise rechteckförmigen Auspuffschlitzquerschnittes hinaus erweiterbar ist.

Zur Vergrößerung des Durchströmquerschnittes im Auspuffkanal in der Nähe des unteren Totpunktes ist die untere Begrenzung des Auspuffschlitzes tiefer angeordnet als die obere Steuerkante des Kolbens im unteren Totpunkt.

Beim Abwärtshub des Kolbens wird der über seine obere und seitliche Begrenzung hinaus erweiterbare Auspuffschlitz zunächst partiell geöffnet, so daß die Abgase, ohne plötzliche Querschnittsänderungen zu durchlaufen, in den von der äußeren Seitenwand zusammen mit der unteren und oberen Kanalwand und dem Kolben gebildeten Entspannungsabschnitt gelangen und sich proportional zum inStrömungsrichtung stetig größer werdenden Durchströmquerschnitt entspannen.

Die Größe des Durchströmquerschnitts des Entspannungsabschnitts wird im wesentlichen von der konvex verlaufenden oberen Kanalwand und der äußeren Seitenwand bestimmt.

Beim weiteren Abwärtshub des Kolbens wird der stetig breiter werdende Auspuffschlitz weiter freigegeben, der Eintrittsquerschnitt in den Entspannungsabschnitt vergrößert sich stetig, wodurch ein günstigerer Druck-Zeit- Verlauf als bei bekannten Lösungen erreicht wird.

Mit einer entsprechend ausgebildeten Auspuffanlage wird erreicht, daß die sich während des Entspannungsvorganges ausbildende Druckwelle in den Zylinder zurückläuft, bevor der Kolben beim Aufwärtshub den Auspuffschlitz verschließt. Durch die in Zylindernähe in einem Winkel von ebenfalls ca. 30° zur Zylinderlängsachse und einem Winkel von ebenfalls ca. 60° zur Zylinderquerachse einmündende Kanalachse kann ein erheblich größerer Teil der kinetischen Energie der zurücklaufenden Druckwelle zur Nachaufladung sowie zur Erzeugung einer um die Zylinderlängsachse rotierenden Ladungsbewegung zu Beginn der Kompressionsphase genutzt werden als bei bekannten Lösungen.

Durch eine derartige Anordnung und Gestaltung des Auspuffkanals für schlitzgesteuerte Zweitakt-Brennkraftmaschinen wird der Gasentspannungsvorgang im Auspuffkanal zeitlich gedehnt, der Druck-Zeit-Verlauf durch die Querschnittsflächenänderung im Auspuffkanal so gestaltet, daß die Ladungswechseleffektivität vergrößert und eine Ladungsbewegung im Zylinder durch die kinetische Energie der zurücklaufenden Druckwelle hervorgerufen wird.

Da diese Gestaltung des Auspuffkanals den Ausströmwiderstand nicht vergrößert und keine erhebliche Vorverlagerung des Beginns der Auspufföffnung erfordert, erweitert sich der Anwendungsbereich dieser Erfindung gegenüber bekannten Lösungen auf Motoren großer spezifischer Leistung, bei denen das Auspuffgeräusch in Verbindung mit einer erheblichen Verkleinerung des Kraftstoffverbrauches vermindert werden soll.

Ausführungsbeispiel

In der dazugehörenden Zeichnung zeigt

Fig. 1: einen Längsschnitt durch den Zylinder einer Zweitakt-Brennkraftmaschine

Fig. 2: einen Teilschnitt durch den Zylinder entlang der Linie A-A

Fig. 3: eine Ansicht des Auspuffschlitzes aus Richtung B.

Im Zylinderkörper 1 befindet sich die Zylinderbuchse 2 mit dem Buchsenbund 3. Die in die Zylinderbuchse 2 eingebrachte Ausnehmung 4 verbindet den Einlaß 5 mit dem Kurbelgehäuse des Motors, während mindestens eine Überströmöffnung 6 das Kurbelgehäuse mit dem Brennraum verbindet. Der Auspuffschlitz 7 stellt die Verbindung des Brennraumes mit dem Auspuffkanal 8 her.

An die obere Begrenzung 9 des Auspuffschlitzes 7 schließt sich in Strömungsrichtung der Abgase der Auspuffkanal 8 an, dessen obere Kanalwand 10 konvex gekrümmt ist und gemeinsam mit der inneren Seitenwand 16 und der äußeren Seitenwand 17 eine stetige, nichtlineare Erweiterung des Auspuffkanals 8 bildet. Die untere Begrenzung 11 des Auspuffschlitzes 7 befindet sich unterhalb der oberen Steuerkante des Kolbens 12 im unteren Totpunkt. An die untere Begrenzung 11 des Auspuffschlitzes 7 schließt sich die untere Kanalwand 13 an, die vorzugsweise geradlinig verläuft. Der Kolben 12 bildet gemeinsam mit der oberen Kanalwand 10, der äußeren Seitenwand 17 und der unteren Kanalwand 13 einen Entspannungsabschnitt, dessen Querschnitt in Auspuffschlitznähe hubabhängig vom Kolben 12 verändert wird.

Die Lage der oberen Kanalwand 10 ist so ausgeführt, daß sie an der oberen Begrenzung 9 des Auspuffschlitzes 7 einen Winkel zur Zylinderlängsachse bildet, der höchstens 30° ist. Die äußere Seitenwand 17 bildet zusammen mit der Zylinderquerachse 18 einen Winkel von höchstens 60°. Die Kanalachse 14 des Auspuffkanals 8 bildet in unmittelbarer Nähe ihrer Einmündung 15 in den Brennraum ebenfalls einen Winkel zur Zylinderlängsachse, der ca. 30° ist und einen Winkel zur Zylinderquerachse 18 von ca. 60°.

Der Auspuffschlitz 7 ist an der oberen Kanalwand 10 und der äußeren Kanalwand 17 über die obere und seitliche Begrenzung des üblicherweise rechteckförmigen Auspuffschlitzquerschnitts 19 hinaus erweiterbar.

Die seitliche Erweiterung 20 mündet dabei nahezu tangential in die Innenseite der Zylinderbuchse 2 ein und bildet einen kleineren Winkel zur Zylinderquerachse 18 als die äußere Seitenwand 17.

Aufstellung der verwendeten Bezugszeichen 1 Zylinderkörper
2 Zylinderbuchse
3 Buchsenbund
4 Ausnehmung
5 Einlaß
6 Überströmöffnung
7 Auspuffschlitz
8 Auspuffkanal
9 obere Begrenzung des Auspuffschlitzes
10 obere Kanalwand
11 untere Begrenzung des Auspuffschlitzes
12 Kolben
13 untere Kanalwand
14 Kanalachse
15 Einmündung
16 innere Seitenwand
17 äußere Seitenwand
18 Zylinderquerachse
19 rechteckförmiger Auspuffschlitzquerschnitt
20 seitliche Erweiterung

Bericht über das Ergebnis der vorläufigen Prüfung der Neuheit und der technisch-ökonomischen Effektivität

Es wurde im DR-, DD- und DE-Schutzrechtsschriftentum recherchiert.
Zeitraum:
ab 1940 bis heute
Patentklassen:
46 a² 21, 46 a² 66
F 02 B 25/00, - 25/14, -25/18, -25/20, - 27/00, - 33/04
F 02 D 13/00
F 02 F 1/00, - 1/18, - 1/22
F 16 J 10/00, - 10/02
Relevante Erfindungsbeschreibungen:
DR-PS 3 16 922
DE-PS 25 51 823
DE-OS 31 00 851
DE-OS 32 33 108
DE-OS 34 30 477
Weitere Erfindungsbeschreibungen:
DD-WP: 1 34 975, 1 51 486, 1 56 335, 1 57 922
DE-OS: 10 37 755, 14 76 182, 14 76 429, 31 23 080, 31 34 771, 31 44 921, 32 12 422, 32 31 120, 33 24 760,
Weitere Rechercheliteratur:
Zeitraum:
ab 1970 bis heute
Zeitrschriften:

- Motortechnische Zeitschrift
Verlag: W. Keller u. Co. Stuttgart/BRD
- Automobiltechnische Zeitschrift
Verlag: W. Keller u. Co. Stuttgart/BRD
- Kraftfahrzeugtechnik
Verlag: VEB Verlag Technik Berlin/DDR

Recherchiert wurde im wesentlichen nach Schlitz- und Kanalgestaltungen an Zylindern für Zweitakt-Brennkraftmaschinen, insbesondere nach Auslaßschlitz- und Auspuffkanalgestaltung zur Verringerung des Auspuffgeräusches.

Generell haben diese bekannten Lösungen den Nachteil, daß insbesondere der allmähliche Druckausgleich zwischen dem Verbrennungsraum und der Auspuffleitung nur durch die Form der Querschnittsfläche gesteuert wird und der Druckverlauf nur in Abhängigkeit von der freigegebenen Öffnungsfläche des Auslasses betrachtet wurde.

Bei den Lösungen mit Hilfsauslaßkanälen (separat vom Auspuffkanal in der Zylinderwand) tritt als Nachteil auf:

- die komplizierte Gestaltung,
- die unzureichende Funktion und
- besonders ein betriebsabhängig ungenügend leergespülter Totraum.

Weiterhin sind den Erweiterungen der Aus- bzw. Einlaßschlitze nach oben bzw. nach unten durch motorisch sinnvolle Steuerzeiten Grenzen gesetzt.

Bei allen genannten technischen Lösungen ist der Auspuffkanal so am Zylinder angeordnet, daß eine in den Zylinder zurücklaufende Druckwelle im wesentlichen radial eintritt; eine um die Zylinderlängsachse rotierende Ladungsbewegung wird dabei nicht erreicht.

Die technisch-ökonomische Effektivität der Erfindung wird dadurch ausgewiesen, daß die umweltbelastenden Auspuffgeräusche bei schlitzgesteuerten Zweitaktmotoren durch die Gestaltung des Auspuffkanals derart verkleinert werden, daß plötzliche Gasentspannungsvorgänge vermieden werden und gleichzeitig eine Verbesserung der Drehmoment-Drehzahl- Charakteristik sowie eine zumindest bereichsweise Verkleinerung des Kraftstoffverbrauches erreicht wird.

Claims

1. Anordnung und Gestaltung von Auspuffkanälen für Zweitakt- Brennkraftmaschinen, gekennzeichnet dadurch, daß die äußere Seitenwand (17) zusammen) mit der oberen Kanalwand (10), der unteren Kanalwand (13) und dem Kolben (12) einen Entspannungsabschnitt in Auspuffschlitznähe ohne Querschnittssprünge bildet, dessen Eintrittsquerschnitt vom Kolben (12) hubabhängig stetig veränderbar ist sowie dadurch, daß die obere Kanalwand (10) an der oberen Begrenzung (9) des Auspuffschlitzes (7) mit der Zylinderlängsachse einen Winkel von höchstens 30° bildet und in ihrem weiteren Verlauf konvex gestaltet ist und dadurch, daß die äußere Seitenwand (17) mit der Zylinderquerachse (18) einen Winkel von höchstens 60° bildet.

2. Anordnung und Gestaltung von Auspuffkanälen für Zweitakt- Brennkraftmaschinen nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß der Auspuffschlitz (7) an der oberen Kanalwand (10) und der äußeren Seitenwand (17) über die obere und seitliche Begrenzung des üblicherweise rechteckförmigen Auspuffschlitzquerschnitts (19) hinaus erweiterbar ist.

3. Anordnung und Gestaltung von Auspuffkanälen für Zweitakt- Brennkraftmaschinen nach Punkt 1 und 2, gekennzeichnet dadurch, daß die seitliche Erweiterung (20) nahezu tangential in die Innenseite der Zylinderbuchse (2) unter einem kleineren Winkel zur Zylinderquerachse (18) einläuft als die äußere Seitenwand (17).