DE3806031A1 - Mehrzylindermotorblock fuer einen zweitaktverbrennungsmotor - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Mehrzylinder- Zweitaktmotor mit Auslaßöffnungen und Einlaß- oder Überströmöffnungen in der Umfangswand des jeweiligen Zylinders.

Um den gewünschten Gasstrom im Zylinder eines Zweitaktmotors zu erhalten, der zur Erzielung der verlangten Leistung, der Kraftstoffausnutzung und der Emissionssteuerung des Abgases nötig ist, ist die Anordnung der Auslaßöffnung und der Überströmöffnungen ein wichtiger Faktor.

Es ist ein Merkmal von Zweitaktmotoren, daß die Überströmöffnungen und die Auslaßöffnung bzw. -öffnungen im Arbeitsspiel des Motors zur gleichen Zeit geöffnet sind und daher besteht die Gefahr, daß Teile der in den Zylinder durch die Überströmöffnungen eintretenden frischen Ladung durch den Zylinder strömen und durch die Auslaßöffnung während des Zeitraums, in dem Auslaß- und Überströmöffnungen gleichzeitig geöffnet sind, herausströmen. Dieses Problem kann nicht dadurch gelöst werden, daß Über­ ström- und Auslaßöffnungen derart angeordnet sind, daß sie nicht zur gleichen Zeit öffnen, da die durch die Überströmöffnungen eintretende frische Ladung dazu benötigt wird, die Spülung des Abgases aus dem Zylinder durch die Auslaß­ öffnung zu unterstützen.

Es sind eine Vielzahl von Anordnungen für die Überström- und Auslaßöffnungen um den Umfang des Zylinders eines Zweitaktmotors bekannt, wodurch eine wirksame Spülung der Abgase aus dem Motor mit einem minimalen Verlust der frischen Ladung durch die Auslaßöffnung er­ zielt werden soll. Bei bekannten Vorschlägen sind die Überströmöffnungen im Zylinder gegen­ überliegend zu der Auslaßöffnung angeordnet und eine Nase ist auf dem Kolben des Motors vorgesehen, um die in den Zylinder durch die Überströmöffnungen eintretende Frischladung nach oben zu richten. Diese Aufwärtsbewegung der Frischladung erhöht die Länge des Strömungs­ pfades zur Auslaßöffnung und verringert somit die die Auslaßöffnung in der zur Verfügung stehenden Zeit erreichenden Menge der Frischladung. Dieser Aufwärtsstrom der Frischladung unterstützt den Strom der Abgase in dem oberen Teil des Zylinders in Richtung und durch die Auslaßöffnung. Obwohl durch das Vorsehen der Kolbennase die verlangte Steuerung der Strömung der eintretenden Frischladung ermöglicht wird, werden neue Probleme hinsichtlich einer wirksamen Betriebsweise des Zweitaktmotors eingeführt. Insbesondere verlangt die so ausgebildete Kolbennase einen in etwa komplementären Hohlraum im Zylinderkopf, damit ein akzeptables Verdichtungsverhältnis erzielt wird und dadurch tritt eine wesentliche Einschränkung für die konstruktive Ausgestaltung des Zylinderkopfes und des resultierenden Verbrennungsraums ein. Diese Einschränkung verhindert die Optimierung der Form des Verbrennungsraumes, die für die gewünschte Steuerung des Verbrennungsvorganges zur Erzielung einer maximalen Ausnutzung und Emissionssteuerung notwendig ist. Zusätzlich bildet die Kolbennase eine wesentliche Angriffsfläche für die Verbrennungsgase, wodurch sich der Kolben stark aufheizt und Schwierigkeiten mit der Kühlung des Kolbens und mit der thermischen Belastung des Kolben auftraten.

Der oben beschriebene Zweitaktmotor wird allgemein als Motor mit Querspülung bezeichnet und nach diesem Prinzip arbeitende Motoren können grund­ sätzlich an dem Nasenkolben erkannt werden, wobei die Nase zur Mittellinie des Kolbens in Richtung zu den Überströmöffnungen versetzt ist und sich über die gesamte Fläche der Kolben­ krone erstreckt. Um die in Zusammenhang mit der Querspülung auftretenden Probleme zu lösen, wurde anschließend eine Anordnung von Überströmöffnungen entwickelt, die eine im wesentlichen nach oben gerichtete Strömung der eintretenden Frischladung im Zylinder erzeugt, ohne daß ein Nasenkolben verwendet werden muß.

Diese Entwicklung wird allgemein als Motor mit schleifenförmiger Spülung (Umkehrspülung) be­ zeichnet und in einem typischen Beispiel weist der Zylinder eine oder mehrere zentral gegen­ überliegend zu der Auslaßöffnung angeordnete Überstömöffnung und zusätzliche Überström­ öffnungen beidseitig der zentralen Überström­ öffnung auf, die derart angeordnet sind, daß sie die eintretende Frischladung von der Aus­ laßöffnung weg zu der zentralen Überströmöffnung richten. Die kombinierte Wirkung der zentralen und seitlichen Überströmöffnungen erzeugt eine nach oben gerichtete Strömung der eintretenden Frischladung an der der Auslaßöffnung gegen­ überliegenden Seite des Zylinders, wodurch ver­ hindert wird, daß die Frischladung direkt quer durch den Zylinder zu der Auslaßöffnung strömt. Ein Beispiel für die Auslaß- und Überström­ öffnungen in einem Motor mit schleifenförmiger Spülung ist im britischen Patent No. 10 21 378 offenbart, wobei dieser Motor weitere Über­ strömöffnungen 26 zwischen Auslaßöffnung 19 und den jeweiligen seitlichen Überströmöffnungen 20 aufweist. Diese zusätzlichen Überström­ öffnungen 26 sind ebenfalls in der Weise ange­ ordnet, daß sie die eintretende Frischladung durch den Zylinder hindurch zur zentralen Überströmöffnung 23 richten.

Die Ausbildung der Überströmöffnungen in dem Motor mit schleifenförmiger Spülung vermeidet die Verwendung eines Nasenkolbens und somit dessen Nachteile und gewährleistet die verlangte Steuerung der Strömung der eintretenden Frisch­ ladung, so daß eine wirksame Spülung der Abgase aus dem Motor unter Begrenzung des Verlustes der Frischladung durch die Auslaß­ öffnung erzielt wird. Allerdings bewirkt das Vorsehen der Überströmöffnungen und der benötigten zugeordneten Überströmkanäle zwischen den Öffnungen und dem Kurbelgehäuse an gegenüberliegenden Seiten des Motors eine merkbare Vergrößerung der Gesamt­ abmessung des Zylinders und der zugeordneten Überströmöffnungen und -kanäle in einer Richtung senkrecht zu der Achse der Auslaßöffnung. Das kann ohne Schwierigkeiten aus der Fig. 3 des oben­ genannten britischen Patents erkannt werden, bei der die Abmessung über den Motor zwischen den hinteren Wänden der jeweiligen Überströmkanäle 21 ungefähr das 1,6fache des Durchmessers der Zylinderbohrung beträgt.

Obwohl eine derartige Erhöhung der Gesamtabmessungen bei einem Einzylindermotor, insbesondere bei einem gekühlten Motor toleriert werden kann, bei dem die Überströmkanäle 21 in den Kühlrippen angeordnet werden können, muß die Erhöhung der Gesamtabmessungen jedes Zylinders und seiner Überströmöffnungen und -kanäle bei einem Mehrzylindermotor, insbesondere Reihenmotor in starkem Maße berücksichtigt werden. Andere Anordnungen von Überström- und Auslaßöffnungen in Motoren mit schleifenförmiger Spülung sind in dem australischen Patent No. 1 52 471 und dem deutschen Patent No.5 90 331 offenbart, wobei das letztere ein Patent ist, das Dr. Adolph Schneurle erteilt wurde, der als Entdecker des schleifenförmigen Spülverfahrens gilt, das deshalb auch manchmal Schneurle-Spülverfahren genannt wird.

Obwohl die Anordnungen der Überströmöffnungen zur Erzielung der schleifenförmigen Spülung zur Erzielung einer wirksamen Spülung der Abgase aus dem Zylinder und einer genauen Einbringung der Frischladung von der Betriebs­ weise her wünschenswert ist, ergeben die Lage der seitlichen Überströmöffnungen und der diese Überströmöffnungen mit dem Kurbelgehäuse verbindenden zugeordneten Überströmkanäle Schwierigkeiten für die Konstruktion eines Mehrzylindermotors. Insbesondere der Abstand der Zylinder und die Ausbildung der Endabschnitte des Zylinderblocks eines Mehrzylindermotors müssen groß genug sein, um die Überströmöffnungen und die zugeordneten Überströmkanäle aufzunehmen. Es ist aus den oben beschriebenen Offenbarungen der verschiedenen Motoren mit schleifenförmiger Spülung leicht zu erkennen, daß diese Kon­ struktionen, wenn sie für einen Mehrzylinder­ reihenmotor angewandt werden, einen großen Abstand zwischen den Zylindern und somit eine resultierende Erhöhung der Gesamtlänge des Motors mit sich bringen. Diese Vergrößerung der Länge des Motorblocks bewirkt eine entsprechende Er­ höhung des Motorgewichts und bei Anwendung für Automobile eine Erhöhung der Abmessung des Teils des Automobils zur Aufnahme des Motors und des gesamten Fahrzeuges in Abmessung und Gewicht.

In einem Versuch, die Abmessungen eines derartigen Mehrzylindermotors zu verringern, wurde die Spülachse jedes Zylinders in bezug auf die gemeinsame Längsebene des Zylinders gekippt, um so eine etwas nähere oder gedrungenere Beziehung zwischen den Überströmkanälen der seitlichen Überströmöffnungen von benachbarten Zylindern zu erhalten. Beispiele von Motoren mit einer gekippten Spülachse sind im US-Patent No. 40 92 958 und in den deutschen Patenten Nos. 6 65 126 und 6 63 500 beschrieben. Diese und ähnliche An­ ordnungen der seitlichen Überströmöffnungen und -kanäle tragen bis zu einem Grad zur Ver­ ringerung der Gesamtlänge des Zylinderblocks bei, aber die Notwendigkeit, einen großen Abstand zwischen benachbarten Zylindern und einen größeren Raum an den Enden des Zylinderblocks zur Auf­ nahme der Überströmöffnungen und -kanäle vor­ zusehen, ist immer noch vorhanden.

Durch das Kippen der Spülachse muß die Auslaß­ öffnung jedes benachbarten Zylinders so ange­ ordnet sein, daß die Achse der Auslaßöffnung zur gemeinsamen Längsebene der Zylinder geneigt ist. Diese geneigte Ausbildung der Achse der Auslaßöffnungen führt zu Schwierigkeiten, wenn gewünscht ist, ein Ventil zur Steuerung des Zeitverlaufs und/oder des Öffnungsgrades der Auslaßöffnung als Mittel zur Verbesserung der Leistung und/oder der Emissionssteuerung der Abgase und des Kraftstoffverbrauchs vorzusehen. In Mehrzylindermotoren, bei denen die Achse jeder Auslaßöffnung zur gemeinsamen Längsebene des Zylinderblocks geneigt sind, ist das jeder Öffnung zugeordnete Ventil jeweils auf einer Schwenkachse gelagert, die quer zur Achse der Auslaßöffnung liegt. Es ist folglich notwendig, eine individuelle Kupplung jedes Ventils mit einer geeigneten Betätigungsvorrichtung oder eine Art einer flexiblen Kupplung zwischen dem Ventil und jeder Auslaßöffnung vorzusehen. Beide Konstruktionsarten sind relativ komplex und daher kostenaufwendig in der Herstellung und Instandhaltung.

Aus der US-Patentanmeldung No. 8 66 426 und der entsprechenden australischen Patentanmeldung No. 57 898/86 ist ein Ventil für die Auslaß­ öffnung in einem Motor mit geneigten Spülachsen bekannt, bei der die Schwenkachse des Ventils zu der Achse der Auslaßöffnung geneigt ist. Diese Konstruktion ermöglicht die Befestigung der Ventile mehrerer Auslaßöffnungen in einem Mehrzylindermotor auf einer einzigen Betätigungs­ welle. Allerdings ist bei dieser Ausbildung eine wesentliche Fläche des Ventils innerhalb der Auslaßöffnung angeordnet und unterliegt somit den hohen Temperaturen der Abgase. Diese bewirkt einige Betriebsprobleme aufgrund des Raums, der für das bewegbare Ventil vorgesehen sein muß und wegen des Kohlenstoffaufbaus auf den exponierten Flächen des Ventils und den Flächen der Auslaßöffnung, über die sich das Ventil bewegt. Die Herstellung dieser Ventile ist ebenfalls komplex und somit kostenintensiv.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Anordnung der Auslaß- und Überströmöffnungen in einem Mehrzylinder-Zwei­ taktmotor zu schaffen, um die verlangte Gas­ strömung in den Zylindern des Motors zu reali­ sieren, während gleichzeitig die Gesamtlänge des Zylinderblocks verringert werden soll und die Steuerung der Auslaßöffnungen ohne großen Aufwand erfolgen soll.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einem Mehrzylindermotorblock gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruchs durch dessen kennzeichnende Merkmale gelöst. Danach ist ein Mehrzylinder­ motorblock für einen Zweitaktverbrennungsmotor mit mindestens zwei Zylinderbohrungen, deren Achsen parallel und in einer gemeinsamen Längs­ ebene liegen, wobei jede Zylinderbohrung eine Auslaßöffnung und einen sich von der Auslaß­ öffnung zu einer Außenfläche des Blocks in einer im wesentlichen senkrecht zu der gemeinsamen Längsebene liegenden Richtung erstreckenden Abgaskanal aufweist,und mit in die Zylinderbohrung mündenden Überströmöffnungen, vorgesehen, der dadurch gekennzeichnet ist, daß zwei erste Überströmöffnungen in dem Bereich des Blocks zwischen den Abgaskanälen von zwei benachbarten Zylinderbohrungen vorgesehen sind, die mit der jeweiligen Zylinderbohrung und mit entsprechen­ den in dem Bereich zwischen den Abgaskanälen angeordneten Überströmkanälen in Verbindung stehen, wobei die ersten Überströmöffnungen und die zugeordneten ersten Überströmkanäle der zwei benachbarten Zylinderbohrungen jeweils an gegenüberliegenden Seiten einer Querebene liegen, die im wesentlichen senkrecht zu der gemeinsamen Längsebene und in der Mitte zwischen den Achsen der Zylinderbohrungen angeordnet ist, und daß die ersten Überströmöffnungen und ersten Überströmkanäle derart angeordnet und ausgebildet sind, daß der Abstand der Achsen der zwei be­ nachbarten Zylinderbohrungen nicht mehr als das 1,22fache ihres Durchmessers beträgt.

Vorzugsweise ist jede der zwei benachbarten Zylinderbohrungen mit mindestens einer zusätz­ lichen Überströmöffnung in dem Bereich der Zylinderbohrung in bezug auf die gemeinsame Längsebene gegenüberliegend zu der Auslaßöffnung versehen. Diese zusätzlichen Überströmöffnungen sind vorzugsweise in der Weise angeordnet, daß sie sich nicht über die Querebene zwischen den zwei Zylinderbohrungen erstrecken.

In einer vorzugsweisen Ausgestaltung kann die Anordnung der zusätzlichen Überströmöffnungen drei Öffnungen aufweisen, eine zentrale Öffnung, diametral der Auslaßöffnung gegenüberliegend, und zwei weitere seitliche Öffnungen, auf beiden Seiten der zentralen Überströmöffnung. Diese seitlichen Öffnungen und die mit ihnen verbundenen Überströmkanäle erstrecken sich vorzugsweise nicht über die oben erwähnte Querebene. Die zentrale Überströmöffnung kann als eine Öffnung mit einem aufrechtstehenden Teiler ausgebildet sein, wobei die derart gebildeten zwei Öffnungen mit einem gemeinsamen Überströmkanal verbunden sein können. Es können aber auch zwei zentrale Überströmöffnungen mit entsprechenden Überström­ kanälen vorgesehen sein.

Vorzugsweise erstrecken sich die Überströmöffnungen in bezug auf die gemeinsame Längsebene auf der gleichen Seite wie die Auslaßöffnung in Umfangs­ richtung der Zylinderbohrung nicht über die gemeinsame Längsebene hinaus. Weiterhin ist es wünschenswert, daß die diesen Überströmöffnungen zugeordneten Überströmkanäle sich nicht von der Öffnung in Richtung der gemeinsamen Längsebene in einem Abstand größer als die Dicke der Wand des Zylinders an dieser Stelle erstrecken. Der Bereich des Überströmkanals, der unmittelbar an die Überströmöffnung an der Seite der Auslaßöffnung des Motors angrenzt, erstreckt sich vorzugsweise im wesentlichen in tangentialer Richtung in bezug auf die Zylinder­ bohrung an der gemeinsamen Längsebene. Dieser Bereich des Überströmkanals richtet die in den Zylinder eintretende Ladung zur gegenüberliegenden Seite des Zylinders in eine Richtung, die im wesentlichen senkrecht zu der gemeinsamen Längsebene liegt.

Die den zentralen Überströmöffnungen zugeordneten Überströmkanäle und die seitlichen Überström­ kanäle auf der Seite gegenüberliegend zu der Auslaßöffnung sind in der Weise ausgebildet, daß die in den Zylinder durch diese Öffnungen ein­ tretende Ladung direkt nach oben gerichtet wird. Diese Aufwärtsbewegung wird weiter durch die Aufwärtsbewegung des Kolbens im Zylinder unter­ stützt, wodurch die verlangte nach oben gerichtete Strömung der eintretenden Gase hergestellt wird und so als Auslöser für die schleifenförmige Be­ wegung der ankommenden Frischgase gilt. Dagegen ist die in den Zylinder durch die Überströmöffnungen beidseitig der Auslaßöffnung eintretende Ladung im wesentlichen in Richtung quer durch den Zylinder zu der zentralen Überströmöffnung oder -öffnungen gerichtet, so daß die Ladung von der Auslaßöffnung weg und der allgemeine Strom der Abgase zu der Auslaßöffnung hin gerichtet sind.

Die obige Anordnung der Überströmöffnungen und der zugeordneten Überströmkanäle in der Weise, daß die Überströmöffnungen auf der Seite der Auslaßöffnung sich nicht durch die Querebene zwischen zwei benachbarten Zylindern erstrecken, ermöglicht eine merkbare Verringerung des Mittelabstandes zwischen den jeweiligen Zylinder­ bohrungen, so daß der Abstand zwischen den Bohrungen in der Längsebene gemessen nicht wesent­ lich größer als die benötigte Wanddicke der zwei Zylinder ist. Diese Konstruktion verringert wesentlich die Gesamtlänge des Zylinderblocks des Mehrzylindermotors verglichen mit bekannten Motorblöcken, bei denen die Zylinderbohrungen in einem größeren Abstand liegen, damit die Überströmkanäle in dem Bereich zwischen zwei Zylindern aufgenommen werden können.

Eine Verringerung des Raumes ist auch an jedem Ende des Mehrzylinderblocks möglich, da die Überström­ öffnungen an der äußeren Seite der Endzylinder­ bohrungen keinen zusätzlichen Raum über den für die normale Zylinderwanddicke, den Wassermantel oder andere Kühlanordnungen benötigten verlangen.

Die oben beschriebene Anordnung der Überströmöffnungen und zugeordneten Überströmkanäle zwischen den Auslaßöffnungen benachbarter Zylinder ermöglicht eine Verringerung des Abstandes zwischen zwei benachbarten Zylinderbohrungen in der Größenordnung des 1,08 bis 1,22fachen des Durchmessers der Zylinder­ bohrung und vorzugsweise ungefähr des 1,19fachen bei Durchmessern im Bereich von 75 bis 110 mm. Die Beziehung der Größe der Zylinderbohrung zu dem Abstand der Zylinder wird durch die Abmessung der Zylinderbohrung beeinflußt, da die verlangte Wanddicke um die Bohrungen herum mit dem Durch­ messer steigt, um die Zugbelastung in der Wand in zulässigen Grenzen zu halten.

Die Anordnung der Auslaßöffnungen und der zuge­ ordneten Abgaskanäle in einer Richtung senkrecht zu der gemeinsamen Längsebene der Achsen der Zylinderbohrungen vereinfacht die Konstruktion der Ventile für die Auslaßöffnungen und den Betätigungsmechanismus für derartige Ventile.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden in der nach­ folgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Aufsicht auf den Zylinder­ block eines Dreizylinder- Zweitaktmotors, wobei ein Teil längs der Linie 1-1 aus Fig. 3 geschnitten ist und wobei die diametrale Ebene des Zylinders durch die Auslaß- und Überström­ öffnungen dieses Zylinders geht,

Fig. 2 eine Ansicht von der Auslaß­ öffnungsseite des Zylinder­ blocks nach Fig. 1,

Fig. 3 eine Ansicht von der Saugseite des Zylinderblocks nach Fig. 1,

Fig. 4 einen Querschnitt längs der Schnittlinie 4-4 aus Fig. 3,

Fig. 5 einen Querschnitt längs der Linie 5-5 aus Fig. 3,

Fig. 6 einen Querschnitt längs der Linie 6-6 aus Fig. 3,

Fig. 7 einen Schnitt durch den Zylinderblock längs der Schnittlinie 7-7 aus Fig. 1, die der Längsebene 25 des Zylinderblocks entspricht,

Fig. 8 einen Schnitt gemäß der Schnittlinie 8-8 aus Fig. 1.

Wie aus den Fig. 1, 2 und 3 zu erkennen ist, weist der Zylinderblock 50 drei Zylinder 10, 11 und 12 auf, wobei die Achsen der Zylinder parallel zueinander angeordnet sind und in einer gemeinsamen Längsebene 25 liegen. Die Stirnfläche 51 des Zylinderblocks 50 liegt im rechten Winkel zu der gemeinsamen Längsachse 25 und ist eben, so daß ein Zylinderkopf in üblicher Weise mit dem Zylinderblock 50 verbunden werden kann.

Längs einer Seite des Zylinderblocks (Fig. 2) sind drei Abgaskanäle 21 vorgesehen, die sich von der äußeren Seitenfläche 22 des Blocks nach innen zu den Auslaßöffnungen 20 der Zylinder erstrecken, wie später beschrieben wird. Zu beiden Seiten der Auslaßöffnung des mittleren Zylinders 11 sind jeweils nach außen konvexe Oberflächen 60, 61 vorgesehen, die wirksam die Breite des Zylinderblocks an diesen Stellen erweitern, um zwei Überströmkanäle durch den Block zur Ver­ fügung zu stellen, wie später beschrieben wird. In ähnlicher Weise, aber mit geringerer Breite in Längsrichtung sind an beiden Seiten des Blocks nach außen konvexe Bereiche 62, 63 außerhalb der Ablaßöffnungen der Endzylinder 10, 12 vorgesehen, in denen ein einziger innerer Überströmkanal angeordnet ist. Auf der Seitenwand des Blocks 50 sind gemäß Fig. 2 zwei Verstärkungsstege 70, 71 vorgesehen, die sich von einem Flansch 52 längs der unteren Kante des Blocks nach oben erstrecken. Der Flansch 52 wirkt mit dem unteren Bereich eines geeignet konstruierten Kurbelgehäuses (nicht gezeigt) zusammen, der zusammen mit einem Hohlraum in dem unteren Bereich des Blocks das übliche Kurbelgehäuse eines Zweitaktmotors bildet.

Fig. 3 zeigt den Zylinderblock 50 von der zu Fig. 2 entgegengesetzten Seite, wobei drei Luftansaugkanäle 73, 74, 75 vorgesehen sind, die jeweils mit den jedem Zylinder 10, 11, 12 zugeordneten Bereichen des Kurbelgehäuses in Verbindung stehen. Dieser besondere verwendete Motor ist mit einer direkten Kraftstoffein­ spritzung durch den Kopf versehen, so daß kein Kraftstoff in diesen Bereich des Kurbel­ gehäuses gelangt. Allerdings ist die Erfindung nicht auf Motoren mit direkter Einspritzung begrenzt. Wie aus der Schnittdarstellung nach Fig. 4 zu erkennen ist, liegen die Luftansaug­ kanäle in einem merkbaren seitlichen Abstand von dem Hauptbereich des Zylinderblocks. Das untere Ende der Überströmkanäle 32, 33 öffnet sich durch die obere Wand 40 des Luftansaugkanals jedes Zylinders in seinen zentralen Bereich. Die weiteren Überströmkanäle 37, 38 stehen in ähnlicher Weise mit dem Luftansaugkanal an beiden Seiten in Verbindung. Der merkbare Unter­ schied in den Abmessungen der Kanäle 32, 33 und denen der Kanäle 37, 38 wird dadurch bewirkt, daß die Überströmkanäle 32, 33 durch einen Bereich der oberen Wand 40 hindurchtreten, der eine geringere Neigung zur Senkrechten hat als der Bereich, in dem die Kanäle 37, 38 hin­ durchbrechen. Auch treten die Überströmkanäle 37, 38 durch die Seitenwände des Saugkanals, was nicht in den Zeichnungen gezeigt ist. Dadurch wird der Eindruck vermittelt, daß die letzteren zwei Kanäle eine geringere Höhe haben, aber, wie aus den verschiedenen Querschnitten durch den Zylinderblock (Fig. 4, 5) zu sehen ist, haben alle vier Überströmkanäle vergleich­ bare Abmessungen.

Nach Fig. 1 wird jeder der drei Zylinder 10, 11, 12 durch Zylinderwände 13, 14, 15 begrenzt. Die Zylinderwände sind an verschiedenen Stellen mit einem genormten äußeren Gehäuse 16 des Zylinderblocks 50 verbunden, wodurch jeweils Kühlwasserkanäle gebildet werden, von denen einige bei 17, 18, 19 gezeigt sind. Die Zylinder­ wände 13, 14, 15 bilden eine Einheit mit dem äußeren Gehäuse 16 am unteren Ende der Zylinder­ wände (Fig. 4) und bilden eine vollständige Wassergrenze dazwischen. Der Zylinderblock 50 ist am oberen Ende im wesentlichen offen, um Durchgänge für den Wasserdurchfluß in einen lös­ baren Zylinderkopf zu gestatten, wenn dieser montiert ist.

Wie aus dem geschnittenen Teil des Zylinders 12 in Fig. 1 zu erkennen ist, verbindet die Auslaß­ öffnung 20 die Zylinderbohrung mit dem Abgas­ kanal 21, der sich zur äußeren Fläche 22 des äußeren Gehäuses 16 des Zylinderblocks 50 hin erstreckt. Der Abgaskanal 21 liegt in einer Richtung senk­ recht zur Längsebene 25, die den Achsen der drei Zylinder 10, 11, 12 gemeinsam ist. Beidseitig des Abgaskanals 21 sind Überströmkanäle 23, 26 angeordnet, die jeweils mit den Überströmöffnungen 28, 27 in Verbindung stehen. Es sei bemerkt, daß die Öffnungen 27, 28 sich in Umfangsrichtung des Zylinders 12 nicht über die gemeinsame Längsebene 25 erstrecken und die Öffnung 27 und der zugeordnete Überströmkanal 26 erstrecken sich nicht über die Querebene 29, die sich im rechten Winkel zur gemeinsamen Längsebene 25 und in der Mitte zwischen den Achsen des Zylinders 12 und dem benachbarten Zylinder 11 befindet.

Auf der entgegengesetzten Seite zu der gemein­ samen Längsebene 25 sind in dem Zylinder 12 zwei zentrale Überströmöffnungen 30, 31 vorge­ sehen, die jeweils mit einem entsprechenden Über­ strömkanal 32, 33 in Verbindung stehen. Beid­ seitig zu den zentralen Überströmöffnungen sind weitere Überströmöffnungen 35, 36 angeordnet, die mit entsprechenden Überströmkanälen 37, 38 verbunden sind. Es sei bemerkt, daß die Über­ strömöffnung 35 und der zugeordnete Kanal 37 sich ebenfalls nicht über die im rechten Winkel zur Längsebene 25 erstreckende Querebene 29 herausragen.

Wie aus Fig. 1 zu sehen ist, erstrecken sich die Überströmkanäle 23, 38 in der Längsrichtung des Zylinderblocks nicht über die Dicke der Zylinder­ wand hinaus. Dementsprechend ist es nicht nötig, daß der Zylinderblock in Längsrichtung zusätzlich länger ausgebildet ist, um die Überströmöffnungen und -kanäle in dem Zylinderblock unterzubringen.

Die Überströmkanäle 23, 26 erstrecken sich nach unten durch den Zylinderblock (Fig. 5) durch den unteren Teil der Wand 15 des Zylinders hindurch und münden in dem Kurbelgehäuse 42 des Motors. Ebenfalls erstrecken sich die Überströmkanäle 32, 33, 37, 38 von den anderen Überströmöffnungen 30, 31, 35, 36 nach unten durch die obere Fläche 40 des Saugkanals hindurch und münden in das Kurbelgehäuse 42.

In Übereinstimmung mit üblichen Zweitakt­ motoren hat jeder Zylinder eine unabhängige Kurbelkammer und die Luftladung wird jeweils durch die Bewegung des in dem Zylinder hin-und hergehenden Kolbens (nicht gezeigt) in die Kurbelkammer durch den jeweiligen Saugkanal 73, 74, 75 angesaugt, der durch ein Klappen­ ventil oder andere Ventile gesteuert wird. Die Luft wird anschließend in dem Kurbelgehäuse komprimiert, wenn der Kolben sich im Zylinder nach unten bewegt und die Luftladung von dem Kurbelgehäuse durch die verschiedenen Über­ strömkanäle und die Überströmöffnungen in den Zylinder verschiebt.

Fig. 4 zeigt einen Querschnitt längs der Linie 4-4 aus Fig. 3, wobei der Querschnitt durch den hinteren Zylinder 12 und einen Teil des benachbarten Zylinders 11 genommen ist. In Fig. 7 ist die Höhe der Querschnittslinie 4-4 bei L 4 notiert und der Querschnitt 4-4 durch den Zylinderblock liegt in einer Höhe, in der die unteren Enden der Überströmkanäle 23, 26 mit den Zylindern in Verbindung stehen. Die Höhe L 4 liegt unter derjenigen, bei der die Überströmkanäle 32, 33, 37, 38 mit dem Haupt­ saugkanal 75 des Zylinders 12 in Verbindung stehen. Aus den Fig. 4 und 7 ist zu erkennen, daß die Überströmkanäle 23, 26 sich durch die Zylinderwand 15 in den Zylinder 12 an einer Stelle erstrecken, die zum unteren Ende des Zylinders einen Abstand nach oben aufweist.

Wie im Stand der Technik von Zweitaktmotoren bekannt ist, sind geeignete Öffnungen im Rand des in dem Zylinder 12 hin- und hergehenden Kolbens (nicht gezeigt) vorgesehen, um einer Ladung aus dem Kurbelgehäuse 42 den Eintritt in die Überströmkanäle 23, 26 zu ermöglichen, wenn der Kolben in der Zylinderbohrung sich nach unten bewegt.

Fig. 5 ist ein Querschnitt ähnlich zu dem aus Fig. 4, aber in einer größeren Höhe im Zylinder­ block, die in Fig. 7 mit L 5 bezeichnet ist. Dieser Querschnitt liegt kurz unterhalb der oberen Wand 40 des Ansaugkanals 75, von der die Überströmkanäle 32, 33, 37, 38 mit dem Kurbelgehäuse 42 in Verbindung stehen. Es sei bemerkt, daß in dieser Höhe die Überströmkanäle 23, 26 sich in bezug auf die gemeinsame Längs­ ebene 25 der Zylinder nach außen erstreckt haben und nunmehr in den nach außen konvexen Bereichen 61, 63 des Zylinderblocks liegen, wobei auf diese Bereiche in der Beschreibung der Fig. 1 Bezug genommen ist. Durch das Vorsehen dieser nach außen sich erstreckenden konvexen Bereiche in der Seite des Blocks ermöglicht es, daß die Überströmkanäle 23, 26 mit einem genügend großen Querschnitt für den freien Durchfluß der Ladung von dem Kurbelgehäuse in die Zylinder ausgebildet werden können, ohne daß die Mittelabstände zwischen den Zylindern vergrößert werden müssen. Es sei außerdem unter Bezugnahme auf Fig. 5 darauf hingewiesen, daß die Überströmkanäle 37, 38 einen beträchtlichen Querschnitt aufweisen und etwas in Längsrichtung des Motors erweitert sind. In der Fig. 4 ist nur ein Teil des unteren Endes der Überströmkanäle 37, 38 zu sehen und, wie schon vorher erklärt wurde, ist der effektive Querschnitt des Überströmkanals merkbar größer als der in Fig. 4 gesehene Bereich. Der Querschnitt nach Fig. 6 liegt etwas unter der Höhe des Abgaskanales 21 und seine Höhe ist mit L 6 in Fig. 7 bezeichnet. Diese Ansicht zeigt die wirkliche Querschnittsfläche jedes Überströmkanals 23, 26, 32, 33, 37, 38, wie sie sich nach oben durch den Motorblock erstrecken, um in die jeweilige Öffnung in der Wand 13 der Zylinderbohrung 10 zu münden. Die angenäherten Querschnittsflächen der jeweiligen Überströmkanäle in der Höhe L 6 sind:

ÜberströmkanäleKombinierte Fläche (mm²)

23-2682032-3358037-38860

Aus der Betrachtung der Flächen der jeweiligen Überströmkanalgruppen sei bemerkt, daß ungefähr 26% der ankommenden Ladung in den Zylinder durch die zwei zentralen Überströmöffnungen gelangen, die direkt gegenüber der Auslaßöffnung liegen, und ungefähr weitere 38% der Ladung wird durch die zwei seitlichen Überströmöffnungen gelangen, die jeweils seitlich zu den mittleren Überström­ öffnungen liegen. Die verbleibenden annähernd 36% der Ladung wird in den Zylinder durch die zwei Überströmöffnungen gelangen, die jeweils auf jeder Seite der Auslaßöffnung liegen, wobei dieser Teil der Ladung im wesentlichen zu den zentralen Überströmöffnungen auf der gegenüberliegenden Seite des Zylinders längs eines Weges gerichtet sein wird, der die gemeinsame Längsebene des Motors ungefähr im rechten Winkel schneidet. Das Aus­ richten dieses nicht unwesentlichen Teils der frischen Ladung von der Auslaßöffnungsseite des Motors in Richtung zur gegenüberliegenden Seite, in der die mittleren und seitlichen Überström­ öffnungen vorgesehen sind, unterstützt die Steuerung der Bewegung der Ladung, die durch die mittleren und seitlichen Überströmöffnungen eintritt dahin­ gehend, daß sie nicht durch den Zylinder fließt und durch die Auslaßöffnung herausströmt. Auch hilft der Ladungsstrom aus den Überströmöffnungen an beiden Seiten der Auslaßöffnung die nach oben gerichtete Bewegung der ankommenden frischen Ladung längs der Wand des Zylinders gegenüber­ liegend zu der Auslaßöffnung zu fördern, um die verlangte schleifenförmige Spülbewegung der ankommenden frischen Ladung herzustellen.

Aus Fig. 8 ist zu erkennen, daß der Bereich des Überströmkanals 26 unmittelbar stromabwärts von der Überströmöffnung 27 ungefähr im rechten Winkel zu der gemeinsamen Längsebene 25 liegt, die durch die Achsen der Zylinder des Motors geht, so daß die in dem Zylinder durch die Überströmöffnung 23 einströmende frische Ladung einen im wesentlichen horizontalen Strömungsverlauf aufweist, so daß sie direkt durch den Zylinder zu den Überström­ öffnungen an der gegenüberliegenden Seite der Zylinderbohrung strömt und nicht mit dem Strom des in die Auslaßöffnung 20 benachbart zur Überström­ öffnung 27 eintretenden Abgases mitgerissen oder vermischt wird. Aus Fig. 8 ist weiterhin zu erkennen, daß der unmittelbar stromaufwärts zur Öffnung 35 liegende Bereich des Überströmkanals 37 eine im wesentlichen nach oben gerichtete Richtung aufweist, um der durch die Überströmöffnung 35 in den Zylinder eintretenden frischen Ladung einen nach oben gerichteten Strömungsverlauf mitzuteilen. Außerdem wird der Wandbereich 37 a des Überströmkanals 37 (Fig. 1) einen Strom der aus der Öffnung 35 ankommenden Ladung in eine Richtung quer zu dem Zylinder zur Überström­ öffnung 36 erzeugen, so daß die ankommende Ladung nicht direkt zur Auslaßöffnung 20 gerichtet wird. Es sei außerdem darauf hingewiesen, obwohl es nicht in den Zeichnungen dargestellt ist, daß die Überströmkanäle 32, 33 an den Öffnungen 30, 31 in ähnlicher Weise nach oben hin geneigt sind, so daß die durch diese Öffnungen eintretende frische Ladung ebenfalls in dem Zylinder nach oben gerichtet wird.

Die oben beschriebene Strömungsrichtung der an­ kommenden frischen Ladung aus den jeweiligen Gruppen von Überströmöffnungen bewirkt, daß die ankommende frische Ladung im wesentlichen zu dem Teil des Zylinders, der in bezug auf die gemeinsame Längsebene 25 gegenüberliegend zu der Auslaßöffnung 20 angeordnet ist, gerichtet ist. Dadurch wird in dem Zylinder während des Zeitraums, in dem die Überströmöffnungen und die Auslaßöffnungen gleichzeitig offen sind, ein schleifenförmiger Spülstrom der ankommenden Gase hergestellt, so daß ein Ausströmen des Abgases durch die Auslaßöffnung mit einem minimalen Verlust an frischer Ladung erfolgt.

Dieser gewünschte Strom der Gase in dem Zylinder wird ohne die Notwendigkeit erzielt, die Auslaß­ öffnung derart anzuordnen, daß seine Achse zu der gemeinsamen Längsebene des Motors geneigt ist, so daß die Spülachse des Motors in einer schrägen Beziehung zu der gemeinsamen Längs­ ebene liegt. Weiterhin kann dieser gewünschte Spülvorgang bei einer merkbaren Verringerung der Gesamtlänge des Zylinderblocks eines Mehrzylinder­ motors im Vergleich mit der Gesamtlänge, die für einen Motor mit schleifenförmiger Spülung mit einer schrägen Spülachse benötigt wird,erzielt werden.

Die vorliegende Erfindung ist entwickelt worden, um Motoren zu ersetzen, die eine schräge Spül­ achse aufweisen. Dieser Motor nach dem Stand der Technik ist ein Dreizylinderreihenmotor mit einem Nenndurchmesser der Zylinderbohrung von 84 mm und einer Gesamtlänge des Zylinderblocks von 337 mm. Dieser Motor nach dem Stand der Technik weist eine Gesamtquerschnittsfläche der Überströmkanäle von 1840 mm² auf, die an einer der Fig. 6 entsprechenden Stelle gemessen wurde.

Der vergleichbare nach der vorliegenden Erfindung hergestellte Motor mit gleichem Nenndurchmesser der Zylinderbohrung von 84 mm weist eine Gesamt­ länge des Motorblocks von 305 mm auf, was einer Verringerung von ungefähr 10% der Gesamtlänge des Motors entspricht. Bei dem Motor nach dem Stand der Technik beträgt der Mittelabstand zwischen den Zylindern das 1,25fache der Zylinder­ bohrung, während bei dem erfindungsgemäßen Motor das Verhältnis 1,19 beträgt. Diese Verringerung der Gesamtlänge konnte mit einer merkbaren Erhöhung der Gesamtquerschnittsfläche der Überströmkanäle von 2260 mm² erreicht werden.

Es wurden ebenfalls Messungen von Mehrzylinder­ reihenmotoren durchgeführt, wobei ein Drei­ zylindermotor eine Bohrung von 79 mm und eine Gesamtlänge von 353 mm und ein anderer eine Bohrung mit 82 mm Durchmesser und eine Gesamt­ länge von 337 mm aufwiesen. Das Verhältnis von Mittelabstand der Zylinder zu Durchmesser betrug bei diesen Motoren jeweils 1,4 und 1,28.

Der oben beschriebene Motorblock ist als funkenge­ zündeter Motor ausgebildet, der mit dem Prinzip der Kurbelgehäusekompression arbeitet und ent­ sprechend verbinden die Überströmkanäle die Überströmöffnungen mit dem Kurbelgehäuse des Motors. Es ist selbstverständlich, daß die Anordnung der Überströmöffnungen auf jeder Seite der Auslaß- Öffnung, wie oben beschrieben, auch bei einem vorverdichteten Motor angewandt werden kann, bei dem die Überströmöffnungen über geeignet angeordnete Überströmkanäle mit einer Druckluft­ quelle oder einer Quelle für ein Luft-Kraftstoff­ gemisch verbunden sind. In beiden Motorarten kann der Kraftstoff durch Vergaser oder Einspritzvor­ richtungen geliefert werden einschließlich Ein­ spritzvorrichtungen, die den Kraftstoff direkt in den Zylinder einspritzen.

Der beschriebene Motorblock kann in Motoren jeder Verwendung eingebaut werden einschließlich Motoren für Landfahrzeuge, wie Automobile und Außenbord­ schiffsmaschinen.

Claims (10)

1. Mehrzylindermotorblock für einen Zweitakt­ verbrennungsmotor mit mindestens zwei Zylinderbohrungen, deren Achsen parallel und in einer gemeinsamen Längsebene liegen, wobei jede Zylinderbohrung eine Auslaßöffnung und einen sich von der Auslaßöffnung zu einer Außenfläche des Blocks in einer im wesentlichen senkrecht zu der gemeinsamen Längsebene liegenden Richtung erstreckenden Abgaskanal aufweist, und mit in die Zylinderbohrung mündenden Überströmöffnungen, dadurch gekennzeichnet, daß zwei erste Überströmöffnungen (27, 28) in dem Bereich des Blocks zwischen den Abgas­ kanälen (21) von zwei benachbarten Zylinder­ bohrungen (11, 12) vorgesehen sind, die mit der jeweiligen Zylinderbohrung (11, 12) und mit entsprechenden in dem Bereich zwischen den Abgaskanälen (21) angeordneten Überström­ kanälen (23, 26) in Verbindung stehen, wobei die ersten Überströmöffnungen (27, 28) und die zugeordneten ersten Überströmkanäle (23, 26) der zwei benachbarten Zylinder­ bohrungen (11, 12) jeweils an gegenüberliegen­ den Seiten einer Querebene (29) liegen, die im wesentlichen senkrecht zu der gemeinsamen Längsebene (25) und in der Mitte zwischen den Achsen der Zylinderbohrungen (11, 12) angeordnet ist, und daß die ersten Überström­ öffnungen (27, 28) und ersten Überströmkanäle (23, 26) derart angeordnet und ausgebildet sind, daß der Abstand der Achsen der zwei benachbarten Zylinderbohrungen (11, 12) nicht mehr als das 1,22fache ihres Durchmessers beträgt.

2. Mehrzylindermotorblock nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine weitere Überströmöffnung (28) vorgesehen ist, die mit der jeweiligen Zylinderbohrung (11, 12) verbunden ist und in bezug auf die Auslaß­ öffnung (20) auf der gegenüberliegenden Seite der ersten Überströmöffnung (27) liegt, wobei die erste und die weitere Über­ strömöffnung (27, 28) symmetrisch zu einer Querebene liegt, die senkrecht zu der ge­ meinsamen Längsebene (25) angeordnet ist und durch die Achse der Zylinderbohrung (11, 12) geht.

3. Mehrzylindermotorblock nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die erste und weitere Überströmöffnung (27, 28) sich nicht über die gemeinsame Längsebene (25) hinaus erstrecken.

4. Mehrzylindermotorblock nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Über­ strömkanal (26) einen an die erste Überström­ öffnung (27) anschließenden Bereich aufweist, der sich in einer wesentlichen tangentialen Richtung zur Zylinderbohrung an der Schnitt­ linie der Zylinderbohrung mit der gemeinsamen Längsebene (25) erstreckt.

5. Mehrzylindermotorblock nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der erste und weitere Überströmkanal (23, 26) jeweils einen an ihre Überströmöffnungen (27, 28) an­ schließenden Bereich aufweisen, der sich in einer im wesentlichen tangentialen Richtung zu der Zylinderbohrung an der jeweiligen Schnittlinie der Zylinderbohrung mit der gemeinsamen Längsebene erstreckt.

6. Mehrzylindermotorblock nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzliche Überströmöffnungen (30, 31, 35, 36) in jeder Zylinderbohrung (11, 12) vorgesehen sind, die in bezug auf die gemeinsame Längsebene (25) auf der gegenüberliegenden Seite der Auslaßöffnung (20) liegen.

7. Mehrzylindermotorblock nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzliche Überströmöffnungen (30, 31, 35, 36) in jeder Zylinderbohrung (11, 12) in bezug auf die gemeinsame Längsebene (25) gegenüberliegend zu der Auslaßöffnung (20) vorgesehen sind, die zwei seitliche Überströmöffnungen (35, 36) an gegenüberliegenden Seiten einer mittleren, senkrecht zur gemeinsamen Längs­ ebene (25) liegenden und durch die Achse der Zylinderbohrung (12) gehenden Querebene umfassen und daß die zwei seitlichen Über­ strömöffnungen (35, 36) mit entsprechenden seitlichen im Block ausgebildeten Überström­ kanälen (37, 38) verbunden sind, wobei die seitlichen Überströmöffnungen (35, 36) und die zugeordneten seitlichen Überströmkanäle (37, 38) derart ausgebildet und angeordnet sind, daß sie sich nicht durch die in der Mitte zwischen den Achsen zweier benachbarter Zylinderbohrungen befindenden Querebene erstrecken.

8. Mehrzylindermotorblock nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der sich an die jeweilige seitliche Überströmöffnung an­ schließende Bereich jedes Überströmkanals (37, 38) derart ausgebildet ist, daß das durch die seitlichen Überströmöffnungen (35, 36) in die Zylinderbohrung (12) ein­ tretende Ladungsfluid nach oben und im wesentlichen diametral durch die Zylinder­ bohrung gerichtet wird.

9. Mehrzylindermotorblock nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die zusätzlichen Überströmöffnungen mindestens eine Über­ strömöffnung (30, 31) umfassen, die in etwa gegenüber der Auslaßöffnung liegt und mit einem im Block ausgebildeten Überströmkanal (32, 33) verbunden ist.

10. Mehrzylindermotorblock für einen Zweitaktmotor mit mindestens zwei benachbarten Zylinder­ bohrungen, deren Achsen parallel und in einer gemeinsamen Längsebene liegen, wobei jede Zylinderbohrung eine Auslaßöffnung, einen sich von der Auslaßöffnung zu einer Außen­ fläche des Blocks in einer im wesentlichen senkrecht zu der gemeinsamen Längsebene liegen­ den Richtung erstreckenden Abgaskanal und mit in die Zylinderbohrung mündenden Überström­ öffnungen aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Überströmöffnungen (27, 28) in dem Bereich des Blocks beidseitig der Auslaßöffnung (20) in Richtung der ge­ meinsamen Längsebene (25) vorgesehen sind, die mit der gleichen Zylinderbohrung (12) wie die zwischen ihnen liegende Auslaß­ öffnung (20) verbunden sind, daß jede Überströmöffnung (27, 28) mit einem ent­ sprechenden Überströmkanal (26, 23) in Ver­ bindung steht und daß die angrenzenden Über­ strömöffnungen (27, 28) und zugeordnete Überströmkanäle (26, 23) zweier benachbarter Zylinderbohrungen (12, 11) an gegenüberliegenden Seiten einer Querebene angeordnet sind, die im wesentlichen senkrecht zu der gemeinsamen Längsebene (25) und in der Mitte zwischen den Achsen der zwei benachbarten Zylinder­ bohrungen (11, 12) liegt, wobei die Überström­ öffnungen (27, 28) und Überströmkanäle (26, 23) derart angeordnet und ausgebildet sind, daß der Abstand der Achsen der zwei benachbarten Zylinderbohrungen (11, 12) nicht mehr als das 1,22fache des Durchmessers der Zylinder­ bohrungen beträgt.