DE4343491A1 - Kolbenverbrennungsmotor, insbesondere Zweitaktmotor, mit geregeltem Ladungswechsel des Kraftstoff-Luft-Gemisches - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Kolbenverbrennungsmotor, insbeson­ dere Zweitaktmotor, mit geregeltem Ladungswechsel des Kraft­ stoff-Luft-Gemisches, nach dem Oberbegriff des Hauptanspruchs.

Stand der Technik

Bei den bekannten Zweitakt-Motoren erfüllt der Motorkolben auch die Funktion einer Ladepumpe des angesaugten Mediums. Während der Aufwärtsbewegung saugt der Kolben das zugeführte Kraftstoff- Luft-Gemisch in das Kurbelgehäuse und während der nachfolgenden Abwärtsbewegung des Kolbens wird das Gemisch aus dem Kurbelge­ häuse in den Verdichtungsraum oberhalb des Kolbens verdrängt. Das angesaugte Gemisch reißt beim Durchgang durch das Kurbel­ gehäuse Ölpartikeln mit, welche das angesaugte Gemisch verschmut­ zen und die Verbrennung beeinträchtigen. Dies hat zur Folge einen erhöhten Gehalt an Schadstoffen in den Auspuffgasen, wo­ durch eine starke Umweltverschmutzung verursacht wird.

Der Kolben eines Zweitakters, der gleichzeitig als Ladepumpe funktioniert, weist einen niedrigen Füllungsgrad auf, weil der Kurbelgehäuseraum sowie der Überströmkanal keine Arbeits­ räume sondern schädliche Raume sind. Der Füllungsgrad wird ferner dadurch beeinträchtigt, daß im Verlauf des Arbeitshubes des Kolbens das angesaugte Gemisch, das sich im Kurbelgehäuse befin­ det, vorerst verdichtet wird und erst dann durch die Expansion in den Zylinder strömt, nachdem die Ansaugöffnung im Motorzy­ linder geöffnet wurde.

Eine weitere Beeinträchtigung des Füllungsgrades ist bei Motoren mit einfach zugeführtem Kolben dadurch verursacht, daß der Kolben sowohl auf der Seite des Verbrennungsraumes als auch auf der Kurbelgehäuseseite den gleichen Durchmesser aufweist. Im allgemeinen sind die bisher bekannten Mittel für die Förde­ rung des angesaugten Gemisches in den Zylinder des Zweitaktmotors herstellungsmäßig sehr kompliziert und im Betrieb wenig wirksam. Sie beeinträchtigen die Zuverlässigkeit des Zweitaktmotors. Die Motoren sind zu massig und die Herstellungskosten zu hoch.

Aufgabe der Erfindung

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Kolbenverbrennungsmotor, insbesondere Zweitaktmotor, mit geregeltem Ladungswechsel des Kraftstoff-Luft-Gemisches, zu finden, der mit den erwähnten Nachteilen der bisher bekannten Zweitaktmotoren nicht behaftet ist.

Vor allem soll der Wirkungsgrad des Motors höher werden. Dazu soll vorrangig der Füllungsgrad erhöht werden, bei wesentlicher Verminderung der schädlichen Räume.

Der Motor soll insgesamt einen einfachen Aufbau, niedrigeres Gewicht und sparsameren Verbrauch des Kraftstoffs aufweisen. In ökologischer Hinsicht soll hauptsächlich der Anteil an Schadstoffen in den Auspuffgasen wesentlich vermindert werden.

Diese Aufgabe wird durch die in den Kennzeichen der vorliegen­ den Patentansprüche definierten Maßnahmen gelöst.

Vorteile des erfindungsgemäßen Motors

Durch die Anordnung des Arbeitsraumes des Laders zwischen dem Laderkolben und dem Motorzylinder sowie durch die Anordnung der in der Laderzylinderwand vorgesehenen Übertrittsöffnung zur Verbindung des Arbeitsraumes des Laders mit dem Zylinder des Verbrennungsmotors wird der schädliche Raum des Laders wesentlich verkleinert. Dieser Raum wird lediglich auf den in der Motor­ zylinderwand angeordneten Verbindungskanal zwischen dem Arbeits­ raum des Laders und dem Zylinder des Verbrennungsmotors beschränkt.

Das verminderte Volumen des schädlichen Raumes des Laders hat unter anderen Faktoren den größten Einfluß auf die Erhöhung des Füllungsgrades des Verbrennungsmotors. Die auffallende Erhöhung des Füllungsgrades des Motorzylinders wurde ferner erfindungsge­ mäß dadurch erreicht, daß die Geschwindigkeit der Laderkolben­ bewegung ihre Spitze in dem Zeitpunkt erreicht, in welchem sich der Motorkolben in seinem unteren Totpunkt befindet und der Ein­ laßschlitz im Motorzylinder voll geöffnet ist. Die Füllung des Motorzylinders mit dem angesaugten Gemisch erfolgt dann größten­ teils durch eine einfache Verschiebung des Gemisches aus dem Arbeitsraum des Laders in den Arbeitsraum des Motorzylinders, ohne daß ein Gegendruck in einem wesentlich längeren Zeitabschnitt entgegenwirkt. Es ist auch nicht erforderlich, vorerst die Druck­ energie des angesaugten Gemisches zu erhöhen und sie dann in Bewegungsenergie umzuwandeln. Somit werden die unerwünschten Pulsationen des angesaugten Gemisches vermieden, die Verluste bei dem Ladungsvorgang verursachen.

Die Ladungsgeschwindigkeitskurve wird wesentlich vorteilhafter, wobei die mittlere Ladungsgeschwindigkeit geringer wird. In der Endphase der Zylinderfüllung mit dem angesaugten Gemisch steigt der Druck im Motorzylinder, so daß eine teilweise Über­ füllung des Motors eintritt.

Durch die erfindungsgemäße Anordnung des Arbeitsraumes des Lader­ zylinders sowie der Kanäle bezw. Öffnungen zur Förderung des Kraftstoff-Luftgemisches vom Arbeitsraum des Laders direkt in den Arbeitsraum des Motorzylinders, also nicht durch das Kurbel­ gehäuse, wird das Gemisch nicht durch mitgerissene Ölpartikeln verunreinigt. Dadurch wird der Anteil der Schadstoffe in den Aus­ puffgasen wesentlich vermindert. Auch die Verbrennung des Ge­ misches im Brennraum verläuft günstiger.

Bei dem Motor nach der Erfindung dient das Kurbelgehäuse lediglich als Ölwanne, weil es nicht für den Ansaugevorgang des Kraftstoffs benutzt wird. Bei einer entsprechend angepaßten Anordnung des Zylinders des Kolbens und des Kurbelgehäuses kann Kraftstoff ohne Zusatz von Schmieröl verwendet werden.

Die erfindungsgemäße Anordnung des Laderzylinders quer zur Achse Y des Motors, mit einem zwischen dem Laderkolben und dem Motorzylin­ der vorgesehenen Arbeitsraum ist aus konstruktiver Sicht günstig, weil es die Länge der Kanäle für das angesaugte Gemisch verkürzt und die Abmessungen des ganzen Verbrennungsmotors vermindert. Der sonst unbenutzte Übergangsraum zwischen Kurbelgehäuse und dem Motorzylinder wird durch die Anordnung des Schiebers zweck­ mäßig ausgenutzt.

Die erfindungsgemäße Anordnung ist im Aufbau einfach. Es werden keine weiteren Regelvorrichtungen benötigt, weil sie durch den Laderkolben und die Übertrittsöffnung in der Wand des Lader­ zylinders ersetzt sind.

Durch geeignete Anordnung der Öffnungen zur Leitung des Gemisches, durch sorgfältige Berechnung der Abmessungen dieser Öffnungen sowie durch die Anordnung der Öffnungskanten kann ein optimaler Füllungsgrad des Motors erreicht werden.

Dank der festen Verbindung des Laderkolbens mit dem Schieber, der in Richtung quer zur Längsachse des Motors in diesem Motor gleitend angeordnet ist, können auf den Laderkolben keine Seitenkräfte wirken. Somit werden die unerwünschten starken Reibungsverluste, die sonst bei Ladern - insbesondere bei Einzylinder- Zweitaktern - auftreten, wesentlich vermindert. Vorteilhafterweise kann der Durchmesser des Laderkolbens größer bemessen sein, als der Durchmesser des Motorkolbens. Die erforderliche Mittelgeschwindigkeit des Kolbens kann - wenn erforderlich - vermindert werden, wenn der Schieber mit dem Kreuzgleitlager näher zum Pleuelbolzen angeordnet wird. Schließlich bietet die Erfindung weitere Vorteile, indem die Verbindung des Schiebers mit einem Schließglied (Plattenventil) für den Auspuffkanal die Betätigung des Ansaug- sowie Auspuff­ vorgangs mit einem einzigen Teil (Schieber) ermöglicht, und das auf eine sehr einfache Weise.

Beschreibung einer beispielsweisen Ausführung des erfindungs­ gemäßen Kolbenverbrennungs-Zweitaktmotors

Wie aus der beigefugten Zeichnung ersichtlich ist, besteht der Motor 1 aus einem Kurbelgehäuse 2, einem Zylinder 3 sowie einem Kolben 4. Der Kolben 4 ist über eine Pleuelstange 5 mit dem Bolzen 35 einer nicht dargestellten Kurbelwelle verbunden. An der Pleuelstange 5 ist zwischen dem Kolbenauge 6 und dem Pleuelauge 7 eine Führung 8 angeordnet.

In der Führung 8 gleitet ein Kreuzgleitlager 9, dessen Bolzen 10 über das an einem Schieber 11 vorgesehenen Auge 12 mit diesem Schieber drehbar verbunden ist. Der Schieber 11 dient zur Rege­ lung der Zuleitung des angesaugten Kraftstoff-Luft-Gemisches in den Motorzylinder 3 sowie des Auslasses von Auspuffgasen. Der Schieber 11 ist in in der Zylinderwand vorgesehenen Führun­ gen 13 und 14 quer zur Längsachse Y des Zylinders 3 gleitend angeordnet. Der Schieber 11 ist mit dem Kolben 16 des Laders 15 fest verbunden. Der Kolben 16 weist eine Schließkante 17 auf, die zum Schließen der in der Umfangswand 18 des Ladungszylinders 19 angeordneten Eintrittsöffnung 21 dient. Die Öffnung 21 ist in der Ausmündung des Ansaugkanals 25 in den Arbeitsraum 28 des Laders 15 vorgesehen. Vorteilhafterweise ist in dem Ladekolben eine Öffnung 29 angeordnet, die auf der Seite des Laderarbeitsraumes 28 mit einer Ventilplatte 30 für die Leitung des Gemisches in den Arbeitsraum 28 versehen ist. In der Stirnwand 20 des Laderzylinders 19 ist eine Übertrittsöffnung 22 zur Leitung des Gemisches vom Laderarbeitsraum 28 in den Verbindungskanal 26, der den Arbeitsraum 28 mit dem Arbeits­ raum des Motorzylinders 3 verbindet.

In der Wand des Motorzylinders 3 ist ein Auslaßschlitz 24 des Auspuffkanals 27 angeordnet. Zwischen dem Auslaßschlitz 24 und dem Auspuffkanal 27 ist eine Schließvorrichtung (Platten­ ventil 31) vorgesehen, die mit einem an der Zylinderwand 3 drehbar angeordneten Nocken 32 gelenkig verbunden ist. Der Nocken 32, der über eine am Ende des Schiebers 11 angeordnete Rolle 34 betätigt wird und somit auch das mit dem Nocken 32 verbundene Plattenventil 31 wirken mit dem Schieber 11 zusammen.

Der Nocken 32 wird in der offenen Stellung des Plattenventils 31 hinuntergedrückt.

Der dargestellte Zweitaktmotor arbeitet wie folgt:
Der Kolben 4 nimmt bei der Abwärtsbewegung die Pleuelstange 5 mit. In den (mit Pfeil) bezeichneten Drehsinn der nicht gezei­ chneten Kurbelwelle schlägt die Pleuelstange 5 um die Achse des Kolbenauges 6 in Richtung zum Laderzylinder 19 aus und der Laderkolben 16 bewegt sich in Richtung von der Achse Y weg, in die Endlage, in der die Eintrittsöffnung voll geöffnet ist. Bei der fortgesetzten Bewegung (Abwärtsbewegung) des Kolbens 4 wird der Einlaßschlitz 23 frei. Die Pleuelstange 5 schlägt um das Kolbenauge 6 in umgekehrter Richtung aus, vom Lader­ zylinder 19 weg und nimmt den Schieber 11 mit dem Laderkolben 16 mit. Der Kolben 16 schließt vorerst die Eintrittsöffnung 21, und anschließend drückt er das Gemisch vom Arbeitsraum 28 des Laders 15 über den Verbindungskanal 26 in den Arbeitsraum des Motorzylinders 3.

Wichtig ist, daß bei dieser Anordnung des Arbeitsraumes 28 des Laders 15 sowie des Verbindungskanals 26 das Gemisch direkt in den Zylinder 3 gelangt, ohne das Kurbelgehäuse passieren zu müssen.

Der Laderkolben 16 erreicht seine Maximalgeschwindigkeit im Bereich der unteren Totlage der Pleuelstange 5, in welcher der Einlaßschlitz 23 völlig offen ist. Im weiteren Verlauf nimmt die Geschwindigkeit des Laderkolbens 16 ab und der Kol­ ben kommt schließlich zur Anlage an die Stirnwand 20 des Lader­ zylinders 19. Bei der Weiterbewegung des Kolbens 4 in Richtung nach oben bewegt sich der Schieber 11 sowie der Laderkolben 16 vom Zylinder 3 weg und erreicht die maximale Geschwindigkeit beim Durchgang der Pleuelstange 5 sowie des Kolbens 4 durch den oberen Totpunkt. In dieser Stellung ist der Einlaßschlitz 23 im Zylinder 3 sowie die Eintrittsöffnung im Zylinder 19 des Laders 15 geschlossen. In dem Lader-Arbeitsraum 28 steigt der Unterdruck bis zum Zeitpunkt der Öffnung der Eintritts­ öffnung 21. Danach wird das Gemisch in den Arbeitsraum 28 an­ gesaugt und in dem nachfolgenden Ablauf wieder in den Zylinder 3 gedrückt.

Die mit dem Plattenventil versehene Öffnung 29 im Ladekolben 16 dient zum Ausgleich der Druckstöße oberhalb und unterhalb des Ladekolbens 16.

Claims (6)

1. Kolbenverbrennungsmotor, insbesondere Zweitaktmotor, mit geregeltem Ladungswechsel des Kraftstoff-Luft-Gemisches, mit einer Pleuelstange, die mit einer am Pleuelschaft zwischen dem Pleuelauge und dem Kolbenbolzenauge vorgesehe­ nen Führung versehen ist, in der ein Kreuzgleitlager glei­ tend angeordnet ist, dessen Bolzen über ein an einem Schie­ ber für geregelten Ladungswechsel des Kraftstoff-Luft-Ge­ misches vorgesehenes Auge mit diesem Schieber drehbar ver­ bunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Schieber (11), welcher in dem Verbrennungsmotor (1) in Querrichtung zur Längsachse (Y) des Verbrennungsmotor­ zylinders (3) gleitend gelagert ist, mit dem Ladekolben (16) eines Laders (15) für das angesaugte Kraftstoff-Luft- Gemisch fest verbunden ist.

2. Kolbenverbrennungsmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Arbeitsraum (28) des Laders (15) zwischen dem Kolben (16) des Laders (15) und dem Zylinder des Verbrennungsmotors (1) angeordnet ist, wobei die Eintrittsöffnung (21) für das angesaugte Kraftstoff-Luft-Gemisch im Laderzylinder (19) vorgesehen ist und die Übertrittsöffnung (22) für die Weiter­ leitung des angesaugten Gemisches in den Verbindungskanal (26), welcher den Arbeitsraum (28) des Laders (15) mit dem Zylinder (3) des Verbrennungsmotors (1) direkt verbindet, in der inneren Stirnwand (20) des Ladezylinders (19) angeordnet ist.

3. Kolbenverbrennungsmotor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß im Kolben (16) des Laders (15) eine Öffnung (29) für den Durchgang des angesaugten Gemisches in Richtung zum Arbeitsraum (28) des Laders (15) angeordnet ist, wobei die Öffnung (29) mit einem Plattenventil (30) versehen ist.

4. Kolbenverbrennungsmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Schieber (11) mit einer Schließvorrichtung (31) für den Auspuffkanal (27) verbunden ist.

5. Kolbenverbrennungsmotor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Zylinder (19) des Laders (15) in einem Stück mit dem Zylinder (3) des Verbrennungsmotors (1) ausgebildet ist.

6. Kolbenverbrennungsmotor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausmündung des im Laderzylinder (19) angeordneten Verbindungskanals (26) für das angesaugte Kraftstoff- Luft-Gemisch, die gleichzeitig den Einlaßschlitz (23) in den Arbeitsraum des Motorzylinders (3) bildet, im Bereich zwischen dem oberen und dem unteren Totpunkt des Motorkolbens 4 angeordnet ist.