DE4447215A1 - Zweitakt-Brennkraftmaschine - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft eine 2-Takt-Brennkraftmaschine des
mit einer Mehrzahl von wiederholt durch Kolben-Hin-und-Her
bewegung geöffneten und geschlossenen Spülgasschlitzen ver
sehenen Typs zur zwangsweisen Befüllung des Zylinders und
auch Entleerung (Spülung) des Verbrennungsrückstandsgases.
Wie allgemein bekannt ist, vollführt eine 2-Takt-Brennkraft
maschine bei einem Zyklus 2 Bewegungen oder Takte (d. h. eine
Hin-und-Herbewegung) eines Kolbens innerhalb eines Zylin
ders. Die Verbrennung oder Explosion findet am oberen Tot
punkt der Kolbenbewegung statt, die von einer Abwärtsbewe
gung des Kolbens gefolgt wird. Wenn der Kolben sich dem
unteren Totpunkt nähert, wird ein Abgasaustritt zum Entlee
ren des Verbrennungsgases geöffnet, woran sich ein Öffnen
von Spülgasschlitzen zum Einführen einer neuen Befüllung
(Charge) anschließt, welche den restlichen Anteil des Ver
brennungsgases verdrängt oder fortspült. Daraufhin macht der
Kolben eine Aufwärtsbewegung zwecks Komprimierung der neuen
Füllung. Die komprimierte neue Befüllung wird wieder am
oberen Totpunkt des Kolbens gezündet.
Eine typische 2-Takt-Brennkraftmaschine wird in der am 13.
April 1990 offengelegten japanischen Patentanmeldung Jp-A-1-
102318 in Fig. 8-12 beispielhaft offenbart. Insbesondere
weist die in diesem japanischen Dokument offenbarte 2-Takt-
Brennkraftmaschine einen einen sich hin und her bewegenden
Kolben aufnehmenden Zylinder auf, welcher in einem Kopfbe
reich eine Verbrennungskammer aufweist, in welche eine Zünd
kerze hineinreicht und die mit einer Abgasaustrittsöffnung
versehen ist, welche seitlich in den Zylinder mündet, wobei
ein gegenüberliegendes Paar von Spülschlitzen in den Zylin
der beidseits des Abgasaustritts münden.
Bei der vorbeschriebenen bekannten 2-Takt-Brennkraftmaschine
ist jeder der Spülschlitze so orientiert, daß das Spülgas
vom Abgasaustritt fortgerichtet ist. Auf diese Weise bewegt
sich das Spülgas entlang eines stehenden Bogens, der sich
zunächst vom Abgasaustritt fort erstreckt, sich dann der
Zündkerze nähert und schließlich den Abgasaustritt erreicht.
Da jedoch das Spülgas einfach entlang eines stehenden Bogens
ohne Wirbel- oder Drehbewegung strömt, wurde erkannt, daß
ein Teil des Spülgases (d. h. des Befüllungsgases) dazu ten
diert, unmittelbar in den Abgasaustritt hineinzuströmen und
dadurch eine Abnahme der Aufnahmeeffizienz, definiert als
das Verhältnis eines vom Zylinder eingeschlossenen Teils
einer neuen Charge bezogen auf die neue Charge nach dem
Spülen, hervorzurufen. Darüber hinaus tendiert - aufgrund der
Formation eines stehenden Bogens - ein Teil des Verbren
nungsgases innerhalb des Bogens dazu, nicht gespült zu ver
bleiben, was folglich zu einer Verminderung der Spüleffi
zienz, definiert als Verhältnis des vom Zylinder einge
schlossenen Teils einer neuen Charge bezüglich der gesamten
im Zylinder nach dem Spülen verbleibenden Gasmenge, führt -
begleitet von einer unvollständigen Verbrennung.
Die am 9. Januar 1992 offengelegte japanische Patentanmel
dung Jp-A-4-5429 offenbart eine weitere bekannte 2-Takt-
Brennkraftmaschine, welche einen einen sich hin und her
bewegenden Kolben aufnehmenden Zylinder umfaßt, mit einem
Kopfbereich, der mit einer Verbrennungskammer versehen ist,
in die eine Zündkerze hineinragt, mit einem Abgasaustritt,
der seitlich in den Zylinder mündet, sowie mit einem ersten
Paar von Spülschlitzen, die auf einer Seite des Abgasaus
tritts in den Zylinder münden und mit einem zweiten Paar von
Spülgasschlitzen, die auf der anderen Seite des Abgasaus
tritts, dem ersten Paar von Spülschlitzen gegenüberliegend,
in den Zylinder münden. Ferner ist ein Booster-Port (Ver
stärkungseinlaß) vorgesehen, der in den Zylinder in einer
dem Abgasaustritt gegenüber liegenden Position mündet. Wie
derum ist jeder der Spülschlitze derart orientiert, daß er
das Spülgas vom Abgasaustritt fortrichtet, so daß das Spül
gas sich im wesentlichen entlang eines stehenden Bogens
bewegt, wobei der Bogen sich zunächst von dem Abgasaustritt
fort erstreckt, sich dann der Zündkerze nähert und schließ
lich den Abgasaustritt erreicht.
Andererseits ist der Booster-Port so orientiert, daß er
einen Teil des Spülgases schräg nach oben in Richtung auf
die Zündkerze richtet. Auf diese Weise stabilisiert und
beschleunigt der durch den Booster-Port eingeführte Spülgas
anteil die Bewegung des Spülgases als Ganzes entlang des
stehenden Bogens. Derartige Stabilisationen und Beschleuni
gungen der Bogenströmung wurden als wirkungsvoll zur Verbes
serung der Aufnahme- und Spüleffizienz (und mithin des Ver
brennungsablaufes) der Maschine befunden, wenn die Maschine
bei geringem Leistungsverhältnis (delivery ratio), d. h. z. B.
unter niedrigen Lastbedingungen, arbeitet. Umgekehrt, falls
die Maschine bei einem hohen Leistungsverhältnis arbeitet
(unter hohen Lastbedingungen z. B.) beschleunigt der Booster-
Port extrem stark den bogenförmigen Spülstrom, was folglich
zu einer Abnahme der Aufnahme- und Spüleffizienz (und mithin
zu einer geringen Verbrennung) führt.
Davon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde,
eine 2-Takt-Brennkraftmaschine zu schaffen, die in der Lage
ist, das unmittelbare Hineinströmen des Spülgases in den
Abgasaustritt zu verhindern oder zu reduzieren.
Es ist ebenfalls wünschenswert, wenn eine 2-Takt-Brennkraft
maschine in der Lage ist, die Aufnahmeeffizienz (trapping
efficiency) und die Verbrennung bzw. den Verbrennungsverlauf
unter Arbeitsbedingungen eines niedrigen Leistungsverhält
nisses zu verbessern unter gleichzeitiger Beibehaltung des
oben beschriebenen Verhinderns einer Bypass-Strömung.
Ebenso ist es wünschenswert, bei einer 2-Takt-Brennkraftma
schine die Aufnahmeeffizienz und die Verbrennung bzw. den
Verbrennungsverlauf nicht nur unter Betriebsbedingungen
eines geringen Leistungsverhältnisses sondern auch unter
Betriebsbedingungen eines hohen Leistungsverhältnisses zu
verbessern, und zwar unter Aufrechterhaltung des oben be
schriebenen Verhinderns einer Bypass-Strömung.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist eine 2-Takt-Brennkraft
maschine vorgesehen, bestehend aus: einem Zylinder, in dem
ein Kolben sich hin und her bewegt, wobei der Zylinder einen
Kopfbereich aufweist, der mit einem Verbrennungsraum ver
sehen ist, in welchen (Verbrennungsraum) eine Zündkerze
hineinweist; mit einem seitlich in den Zylinder mündenden
Abgasaustritt; mit mindestens einem ersten, in den Zylinder
mündenden Spülschlitz auf einer Seite des Abgasaustritts;
und mit mindestens einem zweiten, in den Zylinder mündenden
Spülschlitz auf der anderen, zur genannten ersten Seite ge
genüberliegenden Seite des Abgasaustritts; bei der jede der
ersten und zweiten Spülschlitze das Spülgas von dem Abgas
austritt fortrichtet, die dadurch gekennzeichnet ist, daß
der mindestens eine erste Spülgasschlitz mit einer aufwärts
gerichteten Neigung in den Zylinder mündet, um einen ersten
Teil des Spülgases aufwärts in Richtung des Kopfbereiches
des Zylinders zu richten, während der mindestens eine zweite
Spülgasschlitz derart orientiert ist, daß er einen zweiten
Teil des Spülgases quer zum Zylinder in Richtung auf einen
Wandbereich des Zylinders richtet, in welchem der mindestens
eine erste Spülgasschlitz ausgebildet ist.
Mit Hilfe der vorbeschriebenen Anordnung bewegt sich das
Spülgas im wesentlichen entlang eines stehenden Bogens, der
sich zunächst von dem Abgasaustritt fortweisend erstreckt,
sich dann der Zündkerze nähert und schließlich den Abgas aus
tritt erreicht, da jeder der ersten und zweiten Spülschlitze
das Spülgas von dem Abgasaustritt fortrichtet. Zur gleichen
Zeit jedoch richtet mindestens ein erster Spülschlitz den
ersten Teil des Spülgases schräg aufwärts in Richtung auf
den Kopfbereich des Zylinders, während mindestens ein zwei
ter Spülgasschlitz einen zweiten Teil des Spülgases quer auf
den mindestens einen ersten Spülgasschlitz richtet, um sich
mit dem aufwärts gerichteten Teil des Spülgases zu vereini
gen. Auf diese Weise wirbelt oder dreht sich das Spülgas als
Ganzes aufgrund einer großen Einströmwinkeldifferenz zwi
schen den beiden Teilen des Spülgases, während dieses ent
lang des stehenden Bogens sich bewegt. Als Ergebnis ist es
möglich, zu verhindern, daß das Spülgas in den Abgasaustritt
unmittelbar übertritt, so daß dadurch die Aufnahmeeffizienz
sowie die Spüleffizienz gesteigert wird. Es liegt auf der
Hand, daß der Anstieg der Aufnahmeeffizienz und der Spülef
fizienz zu einem Output- oder Wirkungsgradanstieg der Ma
schine führt, sowie zu einem reineren Abgas und einer Ver
minderung des Kraftstoffverbrauchs.
Der Begriff "Spülgas" bedeutet - i.S. der Erfindung - entwe
der "Luft" alleine, nämlich wenn eine Kraftstoffeinspritzdü
se den Kraftstoff direkt in den Verbrennungsraum befördert,
oder ein "Luft-Kraftstoff-Gemisch", nämlich wenn eine der
artige Düse nicht vorgesehen ist.
Der mindestens eine zweite Spülschlitz kann im wesentlichen
rechtwinklig zu einer Achse des Zylinders in den Zylinder
münden. Alternativ kann der zweite Spülschlitz mit einem
kleinen Neigungswinkel von nicht mehr als 15° relativ zu
einer senkrecht auf einer Zylinderachse stehenden Ebene
aufwärts geneigt in den Zylinder münden.
Entsprechend einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung
weist der Kolben eine mit einer dem ersten Spülschlitz be
nachbarten Rippe versehene Stirnfläche auf, wobei die Rippe
auf einer ihrer von dem ersten Spülschlitz entfernten Seiten
eine ablenkende Führungsfläche zum schräg aufwärts gerichte
ten Ablenken des zweiten Teils des Spülgases aufweist. Die
Rippe erstreckt sich bis zu einer zum Abgasaustritt hinwei
senden Position. Ferner kann die Rippe auf einer ihrer Sei
ten eine auf den ersten Spülschlitz weisende, nicht ablen
kende, im wesentlichen parallel zu dem ersten Spülschlitz
ansteigende Führungsfläche aufweisen.
Vorzugsweise kann der Verbrennungsraum von dem Abgasaustritt
versetzt, aber nahe zu dem ersten Spülschlitz angeordnet
sein. In diesem Falle ist es weiterhin von Vorteil, wenn der
Verbrennungsraum einen steilen, näher zu dem Abgasaustritt
gelegenen ersten Wandbereich und einen näher zu dem zweiten
Spülschlitz gelegenen zweiten Wandbereich aufweist.
Entsprechend einer anderen bevorzugten Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung kann die Maschine weiterhin einen
Booster-Port in einem bezüglich des Abgasaustritts entgegen
gesetzt gelegenen Bereich des Zylinders aufweisen und der
Booster-Port mit einer aufwärts gerichteten Neigung in den
Zylinder münden, um einen dritten Teil des Spülgases auf
wärts zu der Zündkerze hin zu richten. Der Booster-Port kann
ebenfalls seitlich geneigt sein, um den dritten Teil des
Spülgases auf den ersten Spülgasschlitz hin zu richten.
Die Maschine kann fernerhin Mittel zum Verzögern einer Öff
nungszeit des Booster-Ports bezüglich der ersten und zweiten
Spülschlitze während jeder Abwärtsbewegung des Kolbens auf
weisen. Typischerweise können die Verzögerungsmittel eine an
der Kopfseite des Kolbens ausgebildete, auf den Booster-Port
hinweisende Rippe aufweisen.
Der Booster-Port kann ein Ventil zum Verändern der Öffnung
des Booster-Ports, insbesondere einem Drehschieber, aufwei
sen. In diesem Falle kann das Ventil von einem Betätigungs
element, welches das Ventil unter Betriebsbedingungen mit
niedrigem Leistungsverhältnis öffnet und das Ventil unter
Betriebsbedingungen mit hohem Leistungsverhältnis schließt,
betätigt werden.
Weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der Erfindung erge
ben sich aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung
unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen. In den
Zeichnungen zeigen:
Fig. 1 eine Ansicht einer 2-Takt-Brennkraftmaschine ent
sprechend einer ersten Ausführungsform der Erfin
dung, im Vertikalschnitt;
Fig. 2 eine Schnittansicht der Maschine nach Fig. 1 im
Schnitt entlang der Linie II-II;
Fig. 3 eine Schnittansicht der Maschine entlang der Linie
III-III gemäß Fig. 1;
Fig. 4 eine Ansicht einer 2-Takt-Brennkraftmaschine ent
sprechend einer zweiten Ausführungsform der Erfin
dung, im Vertikalschnitt;
Fig. 5 dieselbe Maschine im Schnitt entlang der Linie V-V
gemäß Fig. 4;
Fig. 6 dieselbe Maschine im Schnitt entlang der Linie
VI-VI gemäß Fig. 4;
Fig. 7 dieselbe Maschine im Schnitt entlang der Linie
VII-VII gemäß. Fig. 4;
Fig. 8 eine Ansicht einer 2-Takt-Brennkraftmaschine gemäß
einer dritten Ausführungsform der Erfindung im
Vertikal schnitt;
Fig. 9 dieselbe Maschine im Schnitt entlang der Linie
IX-IX gemäß Fig. 8;
Fig. 10 dieselbe Maschine im Schnitt entlang der Linie X-X
gemäß Fig. 8.
Fig. 1-3 zeigen eine erste Ausführungsform der Erfindung.
In diesen Figuren ist ein Zylinderblock 1 einer 2-Takt-
Brennkraftmaschine dargestellt. Der Zylinderblock 1 weist
einen Zylinder 2 auf, in welchem ein Kolben 3 vertikal sich
hin und her bewegt. Der Zylinderblock 1 weist ein oberes
Ende auf, welches mit einem Zylinderkopf 4, welcher eine
nach unten gerichtete Aussparung zur Bildung eines Verbren
nungsraumes aufweist, starr verbunden ist.
Der Zylinderkopf 4 ist, allgemein in seiner Mitte, mit einer
Zündkerze 6 mit einem zum Verbrennungsraum hinweisenden
Zündbereich versehen. Weiterhin ist der Zylinderkopf 4 auch
mit einer Kraftstoffeinspritzdüse 16 für das direkte Ein
spritzen von Kraftstoff in den Zylinder 2 versehen.
Auf einer Seite des Zylinderkopfs 1 ist ein Abgasaustritt 7
vorgesehen, der seitlich in den Zylinder 2 mündet. Auf der
gegenüberliegenden Seite des Zylinderblocks 1 ist ferner
eine Einlaßöffnung 8 vorgesehen, welche mit einem Kompressor
17 des Verdrängertyps, wie einem Roots-Gebläse, welcher von
der 2-Takt-Brennkraftmaschine selbst angetrieben wird, ver
bunden ist. Wie auf dem Gebiet der 2-Takt-Brennkraftmaschi
nen allgemein bekannt ist, kann der Kompressor 17 des Ver
drängertyps durch ein (in der Zeichnung nicht dargestelltes)
Kurbelgehäuse unterhalb des Zylinderblocks 1 und des Kolbens
3 aufgenommen sein.
Wie u. a. in Fig. 3 dargestellt, ist der Zylinder 2 mit einem
ersten Paar von Spülschlitzen 9, 10 an einer seitlichen
Stelle des Abgasaustrittes 7 sowie mit einem 2. Paar von
Spülschlitzen 11, 12 auf einer entgegengesetzten seitlichen
Stelle des Abgasaustrittes 7 versehen. Diese Spülschlitze
9-12 sind gleichermaßen mit der Einlaßöffnung 8 verbunden
und in einer Ansichtsebene (Fig. 3) angeordnet, um ein Spül-
oder Einlaßgas (d. h. wegen der direkten Kraftstoffeinsprit
zung im ersten Ausführungsbeispiel Luft) in den Zylinder 2
in eine vom Abgasaustritt 7 fortweisende Richtung in den
Zylinder 2 hineinzuführen. Als Ergebnis wird das durch die
Spülgasschlitze- oder Öffnungen 9-12 eingeführte Spülgas
veranlaßt, entlang eines Bogens, der sich zunächst vom Ab
gasaustritt 7 fortweisend erstreckt, dann sich der Zündkerze
6 nähert und schließlich zum Abgasaustritt 7 sich wendet,
sich zu bewegen - wie durch eine gebrochene Pfeillinie A in
Fig. 1 angedeutet. Diese Spülart wird als "Bogenspülen"
("Loop-Scavenging") oder als "Rückspülen" ("Reverse scave
nging") bezeichnet.
Entsprechend der ersten Ausführung der Erfindung ist das
erste Paar von Spülschlitzen 9, 10 mit einem relativ großen
Winkel θ1 bezüglich einer Ebene rechtwinklig zu einer Achse
2a des Zylinders 2, wie in Fig. 2 dargestellt, geneigt. Als
Ergebnis wird ein Teil des durch das erste Paar von Spül
schlitzen eingeführte Spülgas aufwärts zum Zylinderkopf 4
gerichtet, (d. h. zum oberen Bereich des Zylinders 2), wie
durch einen Pfeil B1 in Fig. 2 dargestellt.
Andererseits erstreckt sich das 2. Paar von Spülschlitzen
11, 12 im allgemeinen rechtwinklig zur Achse 2a des Zylin
ders 2. Als Ergebnis quert ein anderer Teil des Spülgases,
das durch das 2. Paar von Spülschlitzen 11, 12 eingeführt
wird, den Zylinder 2 in Richtung auf einen gegenüberliegen
den Wandbereich des Zylinders 2, wo das erste Paar von Spül
gasschlitzen 9, 10 gebildet ist. Dies ist in Fig. 2 durch
einen Pfeil B2 dargestellt. Der durch das 2. Paar von Spül
gasschlitzen 11, 12 eingeführte Teil B2 des Spülgases ver
bindet sich mit dem Teil B1 des Spülgases, das durch das 1.
Paar von Spülgasschlitzen 9, 10 eingeführt wird, und erzeugt
einen Drehfluß, wie in Fig. 2 durch Pfeil B dargestellt ist.
Als Nettoergebnis bewegt sich das insgesamt in den Zylinder
2 durch die entsprechenden Spülgasschlitze 9-10 eingeführte
Spülgas im Grunde entlang des stehenden Hauptbogens A, aber
es wirbelt quer zum stehenden Hauptbogen A. Auf dieses Weise
ist es möglich, in signifikanter Weise zu verhindern, daß
das Spülgas in den Abgasaustritt 7 direkt hineinbläst. Da
durch wird die Aufnahmeeffizienz (definiert als Verhältnis
des von einem Zylinder aufgenommenen Teils einer neuen Char
ge relativ zu der neuen Charge nach dem Spülen) wie auch die
Spüleffizienz (definiert als Verhältnis des von einem Zylin
der aufgenommenen Teils einer neuen Charge relativ zur ge
samten Gasmenge, die nach dem Spülen im Zylinder verbleibt)
stark vergrößert.
Wie die von den Erfindern durchgeführten Versuche gezeigt
haben, sollte das 2. Paar von Spülschlitzen 11, 12 nicht
mehr als 15° bezüglich einer Ebene rechtwinklig zur Achse 2a
des Zylinders 2 geneigt sein, um sich nicht unnötig weit von
den Vorteilen zu entfernen, die dadurch erreichbar sind, daß
das 2. Paar von Spülgasschlitzen 10, 12 im wesentlichen
rechtwinklig zur Zylinderachse 2a gerichtet sind. Im übrigen
kann das 1. Paar von Spülgasschlitzen 9, 10, wie auch das 2.
Paar von Spülgasschlitzen 11, 12 gleichermaßen durch einen
einzelnen Spülgasschlitz ersetzt werden.
Entsprechend der ersten Ausführungsform der Erfindung hat
der Kolben 3 eine Stirnfläche, welche mit einer Rippe 13
ausgestaltet ist, die sich teilweise entlang des Umfangs des
Kolbens 3 erstreckt, wie in Fig. 2 und 3 gezeigt. Insbeson
dere erstreckt sich die Rippe 13 zumindest von einem zum
ersten Paar von Spülschlitzen 9, 10 weisenden Bereich bis zu
einem anderen, zum Abgasaustritt 7 weisenden Bereich.
Die Rippe 13 ist in ihrem auf das 2. Paar von Spülschlitzen
10, 12 gerichteten Bereich mit einer ablenkenden Führungs
fläche 14 versehen, welche auf das erste Paar von Spül
schlitzen 9, 10 hin ansteigend mit einem Winkel von vorzugs
weise etwa 20° geneigt ist, um den durch das 2. Paar von
Spülgasschlitzen 11, 12 eingeführten Teil des Spülgases nach
oben abzulenken. Die ablenkende Führungsfläche 14 kann ent
weder eben oder konkav gebogen sein.
Aufgrund des Vorsehens der ablenkenden Führungsfläche 14
wird das durch das 2. Paar von Spülschlitzen 11, 12 einge
führte Spülgas nach oben abgelenkt (Pfeil B2), um sich mit
dem durch das 1. Paar von Spülschlitzen 9, 10 eingeführte
aufwärts gerichtete Spülgas (Pfeil B1) "sanft" zu vereini
gen, ohne die Strömung des letzteren zu behindern. Als Er
gebnis kann eine stark wirbelnde Bewegung (Pfeil B) dem
Spülgas als Ganzem innerhalb des Zylinders 2 aufgeprägt
werden.
Andererseits ist die Rippe 13 in ihrem zu dem ersten Paar
von Spülschlitzen 9, 10 hinweisenden Bereich mit einer nicht
ablenkenden Führungsfläche 15 versehen; Diese ist im wesent
lichen parallel zu dem ersten Paar von Spülschlitzen 9, 10
geneigt. Die nicht ablenkende Führungsfläche 15 verstärkt
die Richtwirkung des durch das erste Paar von Spülschlitzen
9, 10 eingeführten Anteils des Spülgases und vergrößert
zusätzlich die Wirbeltendenz (Pfeil B) der gesamten Spülluft
und verbessert dadurch die Aufnahmeeffizienz und die Spülef
fizienz.
Wie vorangehend beschrieben, erstreckt sich die Rippe 13 bis
zu einem zum Abgasaustritt 7 hin gewendeten Bereich. Eine
derartige Anordnung ist bevorzugt, weil das in dem Zylinder
2 durch die entsprechenden Spülgasschlitze 9-12 eingeführte
Spülgas daran gehindert wird, durch die Abgasaustritte 7
direkt wieder auszutreten (im Bypass auszutreten). Im Ergeb
nis ist es also möglich, die Aufnahme- und Spüleffizienz
dadurch zu verbessern.
Desweiteren ist entsprechend der ersten Ausführungsform die
Aussparung oder der Hohlraum des Zylinderkopfes 4 für die
Begrenzung des Verbrennungsraumes 5 vom Abgasaustritt 7
entfernt (gegenüberliegend) angeordnet, jedoch nahe in bezug
auf die Spülgasschlitze 9, 10. Darüberhinaus weist die den
Verbrennungsraum bildende Ausnehmung 5 einen steilen Wandbe
reich 5a auf, der näher zum Abgasaustritt 7 gelegen ist,
einen zweiten, steilen Wandbereich 5B, der näher zum zweiten
Paar von Spülgasschlitzen 11, 12 angeordnet ist.
Aufgrund der voran beschriebenen Anordnung und Gestaltung
des Verbrennungsraumes 5 prallt das durch die entsprechenden
Spülgasschlitze 9-12 eingeführte Spülgas aufgrund seiner
Bewegung entlang des stehenden Bogens A (siehe Fig. 1) teil
weise auf den ersten steilen Wandbereich (5A) des Verbren
nungsraumes 5. Weiterhin prallt das Spülgas aufgrund seiner
Wirbelbewegung B (siehe Fig. 2) auch teilweise auf den zwei
ten steilen Wandbereich 5b des Verbrennungsraumes 5 auf. Im
Ergebnis ist der Verbrennungsraum 5 in der Lage, einen fri
schen und brennstoffreichen Anteil der Luft-Brennstoffbefül
lung, welche nachfolgend durch die Aufwärtsbewegung des sich
hin und her bewegenden Kolbens 3 komprimiert wird, aufzuneh
men, um eine ideale Verbrennung zu starten.
Fig. 4-7 der beigefügten Zeichnung zeigen eine zweite
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. In dieser Aus
führungsform weist ein Zylinderblock 1′ einer 2-Takt-Brenn
kraftmaschine einen Zylinder 2′ auf, in welchem ein Kolben
3′ sich vertikal hin und her bewegt. Der Zylinderblock 1′
weist ebenfalls ein oberes Ende auf, welches mit einem Zy
linderkopf 4′, welcher eine nach unten gerichtete Ausnehmung
aufweist, die einen Verbrennungsraum 5′ definiert, starr
verbunden ist.
Wie beim ersten Ausführungsbeispiel ist der Zylinderkopf 4′
in seinem Zentrum mit einer Zündkerze 6′ versehen, deren
Funkenstrecke zum Verbrennungsraum 5′ hin weist. Jedoch
weist der Zylinderkopf 4′ bei der zweiten Ausführungsform
keine Kraftstoffeinspritzdüse auf.
Auf einer Seite des Zylinderblockes 1′ ist ein Abgasaustritt
7′ vorgesehen, der seitlich in den Zylinder 2′ mündet. Auf
der gegenüber liegenden Seite des Zylinderblockes 1′ ist
eine Einlaßöffnung 8′ vorgesehen, welche mit einem Luft-
Kraftstoffgemisch, welches als Spül- oder Füllgas dient,
versorgt wird.
Wie in Fig. 5 dargestellt, wird der Zylinder 2′ von einem
ersten Paar von Spülschlitzen 9′, 10′ in dem einen seitli
chen Bereich des Abgasaustritts 7′ sowie von einem zweiten
Paar von Spülgasschlitzen 11′, 12′ auf der gegenüber liegen
den Seite bezüglich des Abgasaustritts 7 flankiert. Diese
Spülgasschlitze 9′-12′ sind gleichermaßen mit dem Einlaß
18′ (siehe Fig. 5-7) verbunden und vom Abgasaustritt 7′
fortweisend orientiert (gerichtet). Als Ergebnis wird das
durch die Spülgasschlitze 9′-12′ eingeführte Spülgas dazu
veranlaßt, sich entlang eines stehenden Bogens zu bewegen,
welcher sich zunächst vom Abgasaustritt 7′ fort erstreckt,
sich dann der Zündkerze 6′ nähert und schließlich zum Abgas
austritt 7′ sich umkehrt, wie durch eine gebrochene Pfeilli
nie A′ in Fig. 4 dargestellt.
Das erste Paar von Spülgasschlitzen 9′, 10′ ist mit einem
relativ großen Winkel θ1′ bezüglich der senkrecht auf der
Achse 2a′ des Zylinders 2′ stehenden Ebene geneigt, wie in
Fig. 6 und 7 dargestellt. Als Ergebnis wird ein durch das
erste Paar von Spülschlitzen 9′, 10′ eingeführter Teil des
Spülgases aufwärts in Richtung auf den Zylinderkopf 4′ ge
richtet.
Andererseits ist das zweite Paar von Spülgasschlitzen 11′,
12′ mit einem kleinen Winkel θ2′ von nicht mehr als 15° be
züglich einer rechtwinklig auf der Achse 2a′ des Zylinders
2′ stehenden Ebene geneigt, wie ebenfalls in Fig. 6 und
7 dargestellt. Als Ergebnis durchquert ein anderer Teil des
durch das zweite Paar von Spülgasschlitzen 11′, 12′ einge
führten Spülgases den Zylinder 2′ in Richtung eines gegen
über liegenden Wandbereiches des Zylinders 2′, wo das erste
Paar von Spülgasschlitzen 9′, 10′ ausgebildet ist. Weiterhin
vereinigt sich der durch das zweite Paar von Spülgasschlit
zen 11′, 12′ eingeführte Teil des Spülgases mit dem durch
das erste Paar von Spülgasschlitzen 9′, 10′ eingeführten
Teil des Spülgases unter Ausbildung einer sich drehenden
Strömung, wie durch einen Pfeil B′ in Fig. 6 und 7 darge
stellt. Natürlich kann sich das zweite Paar von Spülgas
schlitzen 11′, 12′ allgemein senkrecht zur Achse 2a des
Zylinders 2′ erstrecken - wie im ersten Ausführungsbeispiel.
Als Ergebnis bewegt sich das durch die entsprechenden Spül
gasschlitze 9′-12′ in den Zylinder 2′ eingeführte Spülgas
allgemein entlang des stehenden Hauptbogens A′, aber wirbelt
auch quer zum stehenden Hauptbogen A′. Auf diese Weise ist
es möglich, das Spülgas in signifikanter Weise daran zu
hindern, unmittelbar in den Abgasaustritt 7′ hineinzuströ
men, wodurch die Aufnahme- und Spüleffizienz wesentlich
vergrößert wird.
Entsprechend dem zweiten Ausführungsbeispiel ist der Zylin
derblock 1′ zusätzlich mit einem Booster-Port 18′ (Verstär
kungseinlaß) versehen, der in den Zylinder 2′ in einer dem
Abgasaustritt 7′ gegenüber liegenden Position mündet. Der
Booster-Port 18′ kommuniziert mit der Einlaßöffnung 8′ und
ist mit einem relativ großen Winkel θ4′ bezüglich einer
rechtwinklig zur Achse 2a′ des Zylinders 2′ erstreckten
Ebene aufwärts in Richtung auf die Zündkerze 6′ geneigt, wie
in Fig. 4 dargestellt. Der Booster-Port 18′ dient der Ver
besserung der Aufnahme- und Spüleffizienz sowie dem Verbren
nungsverlauf der Maschine beim Betrieb mit kleiner Last, bei
dem die Befüllungsrate (Spülrate) unvermeidlich zum Abnehmen
neigt.
Andererseits kann der Booster-Port 18′ die Wirbelbewegung B′
des Spülgases innerhalb des Zylinders 2′ behindern, falls
keine Gegenmaßnahmen ergriffen werden. Entsprechend der
zweiten Ausführungsform der Erfindung sind deshalb folgende
Gegenmaßnahmen ergriffen, um ein derartiges Problem zu ver
hindern.
Erstens, wie in Fig. 4 und 6 dargestellt, weist der Kol
ben 3′ eine Stirnfläche auf, die mit einer Rippe 19′ ver
sehen ist, wobei sich die Rippe in einem Peripheriebereich
befindet, der zu dem Booster-Port 18′ hinweist. Die Rippe
19′ verzögert das Öffnen des Booster-Ports 18′ während einer
vorbestimmten Zeit (d. h. einer durch den Kurbelwellenwinkel
vorbestimmten Zeit) bezogen auf die entsprechenden Spülgas
schlitze 9′-12′ während der Abwärtsbewegung des Kolbens 3′.
Als Ergebnis wird das Spülgas zunächst lediglich durch die
entsprechenden Spülgasschlitze 9′-12′ eingeführt, um eine
Bewegung entlang des stehenden Bogens A′ mit der Wirbelbewe
gung B′ zu starten. Der Booster-Port 18′ wird nachfolgend
geöffnet, um die so gebildete Strömung des Spülgases zu
stützen. Der wichtige Punkt hierbei ist, daß die Booster-
Strömung nach der Bildung der Wirbelbewegung B′ weniger
beeinflussend als vor der Bildung derselben ist.
Anstelle des Vorsehens einer Rippe 19′ kann der Booster-Port
18′ niedriger als die entsprechenden Spülgasschlitze 9′-12′
gelegen sein. Mit dieser alternativen Anordnung wird der
Booster-Port 18′ später als die entsprechenden Spülgas
schlitze 9′-12′ geöffnet, so daß die oben erwähnte Funktion
ebenfalls erreichbar ist.
Zweitens, wie in Fig. 5 gezeigt, ist der Booster-Port 18′
seitlich in Richtung auf das erste Paar von Spülgasschlitzen
9′, 10′ mit einem geeigneten Winkel θ5′ geneigt. Er
sichtlicherweise intensiviert die geneigte Orientierung des
Booster-Ports 18′ die Wirbeltendenz des Spülgases.
Die Fig. 8-10 der beiliegenden Zeichnungen zeigen eine
dritte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Wie die
zweite Ausführungsform weist der Zylinderblock 1′′ dieses
Ausführungsbeispiels einen Zylinder 2′′ auf, in welchem sich
ein Kolben 3′′ senkrecht hin und her bewegt. Der Zylinder
block 1′′ weist ebenfalls ein oberes Ende auf, das mit einem
eine nach unten weisende Ausnehmung zur Ausbildung des Ver
brennungsraumes 5′′, in den die Funkenstrecke einer Zündker
ze 6′′ hineinweist, aufweisenden Zylinderkopf 4′′ starr ver
bunden ist.
Wie in Fig. 9 dargestellt, ist der Zylinder 2 mit einem er
sten Paar von Spülgasschlitzen 9′′, 10′′ auf der horizontal
benachbarten Seite des Abgasaustrittes 7′′ sowie durch ein
zweites Paar Spülgasschlitzen 11′′, 12′′ auf der gegenüber
liegenden Seite bezüglich des Abgasaustrittes 7′′ flankiert.
Diese Spülgasschlitze 9′′-12′′ sind gleichermaßen mit dem
Einlaß 18′ verbunden und von dem Abgasaustritt 7′′ fortwei
send orientiert. Als Ergebnis wird das durch die Spülgas
schlitze 9′′-12′′ eintretende Spülgas veranlaßt, sich ent
lang eines stehenden Bogens zu bewegen, der sich zunächst
von dem Abgasaustritt 7′′ fortweisend erstreckt, danach sich
der Zündkerze 6′′ nähert und schließlich zum Abgasaustritt
7′′ umkehrt, wie durch eine gebrochene Pfeillinie A′′ in
Fig. 8 dargestellt.
Das erste Paar von Spülgasschlitzen 9′′, 10′′ ist mit einem
relativ großen Winkel θ1′′ bezüglich einer senkrecht auf der
Achse 2a′′ des Zylinders 2′′ stehenden Ebene geneigt, wie in
Fig. 10 dargestellt. Als Ergebnis wird das durch das erste
Paar von Spülgasschlitzen 9′′, 10′′ eingeführte Spülgas auf
wärts in Richtung auf den Zylinderkopf 4′′ gerichtet.
Andererseits ist das zweite Paar von Spülgasschlitzen 11′′,
12′′ mit einem kleinen Winkel θ2′′ von nicht mehr als
15° bezüglich einer senkrecht auf der Achse 2a′′ des Zylin
ders 2′′ stehenden Ebene geneigt, wie ebenfalls in Fig. 10
gezeigt. Als Ergebnis quert ein anderer Teil des Spülgases,
der durch das zweite Paar von Spülgasschlitzen 11′′, 12′′
eingeführt wird, den Zylinder 2′′ in Richtung auf einen ge
genüber liegenden Wandbereich des Zylinders 2′′, wo das
erste Paar von Spülgasschlitzen 9′′, 10′′ ausgebildet ist.
Weiterhin verbindet sich der durch das zweite Paar von Spül
gasschlitzen 11′′, 12′′ eingeführte Teil des Spülgases mit
dem durch das erste Paar von Spülgasschlitzen 9′′, 10′′
eingeführten Spülgas unter Bildung einer drehenden Strömung,
wie durch einen Pfeil B′′ in Fig. 10 dargestellt. Selbstver
ständlich kann sich das zweite Paar von Spülgasschlitzen
11′′, 12′′ im wesentlichen senkrecht zur Achse 2a′′ des
Zylinders 2′′ erstrecken - wie im ersten Ausführungsbei
spiel. Entsprechend der dritten Ausführungsform der Erfin
dung ist der Zylinderblock 1′′ wiederum zusätzlich mit einem
Booster-Port 18′′ versehen, der in den Zylinder 2′′ in einer
dem Abgasaustritt 7′′ gegenüber liegenden Position mündet.
Der Booster-Port 18′′ kommuniziert mit der Einlaßöffnung 8′′
und ist in Richtung auf die Zündkerze 6′′ mit einem relativ
großen Winkel θ4′′ relativ zu einer rechtwinklig auf der
Achse 2a′′ des Zylinder 2′′ stehenden Ebene aufwärts geneigt
- wie in Fig. 8 gezeigt.
Entsprechend der 3. Ausführungsform der Erfindung ist der
Booster-Port 18′′ fernerhin mit einem Drehschieber 21′′
(Drehventil) versehen, welches durch eine Betätigungsein
richtung 22′′ in der Weise betätigt wird, daß die Öffnung
des Booster-Ports 18′′ mit Hilfe des Drehschiebers 21′′
einstellbar ist. Die Betätigungseinrichtung 22′′ kann in
Abhängigkeit von einer Betriebsgröße der Maschine, wie z. B.
einem Öffnungsgrad einer Drosselklappe, dem Saugdruck, der
Drehzahl der Maschine usw. beeinflußt sein.
Der Booster-Port 18′′ kann durch den Drehschieber 21′′ ge
schlossen werden, wenn die Maschine mit hoher Last betrieben
wird, wenn also das Befüllungsverhältnis (Spülverhältnis)
dazu tendiert, hoch zu sein. Entgegengesetzt kann der Boo
ster-Port 18′′ geöffnet werden, wenn die Maschine bei klei
ner Last betrieben wird, wo das Befüllungsverhältnis dazu
tendiert, klein zu sein. Als Ergebnis ist es möglich, die
Aufnahmeeffizienz und den Verbrennungsablauf der Maschine
über einen großen Bereich von Betriebsbedingungen zu verbes
sern.
Claims (15)
1. 2-Takt-Brennkraftmaschine,
mit einem Zylinder (2, 2′, 2′′), in welchem ein Kolben (3, 3′, 3′′) sich hin und her bewegt, wobei der Zylinder einen mit einem Verbrennungsraum (5, 5′, 5′′) versehenen Kopfbereich aufweist, in welchen eine Zünd kerze (6, 6′, 6′′) hineinweist,
mit einem seitlich in den Zylinder mündenden Ab gasaustritt, (7, 7′, 7′′),
mit mindestens einem ersten Spülschlitz (9, 10; 9′, 10′; 9′′, 10′′), der in den Zylinder auf einer Seite des Abgasaustritts mündet,
mit mindestens einem zweiten Spülschlitz (11, 12; 11′, 12′; 11′′, 12′′) der auf einer anderen, der besag ten Seite gegenüber liegenden Seite des Abgasaustritts in den Zylinder mündet,
bei der jeder der ersten und zweiten Spülschlitze Spülgas von dem Abgasaustritt fort richtet, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Spülschlitz (9, 10; 9′, 10′; 9′′, 10′′) mit einer Aufwärtsneigung in den Zylinder (2, 2′, 2′′) mündet, um einen ersten Teil des Spülgases aufwärts zum Kopfbereich des Zylinders zu richten, während der zwei te Spülschlitz (11, 12; 11′, 12′; 11′′, 12′′) derart orientiert ist, daß er einen zweiten Teil des Spülgases quer zum Zylinder auf einen Wandbereich des Zylinders hin richtet, in dem der erste Spülschlitz ausgebildet ist.
mit einem Zylinder (2, 2′, 2′′), in welchem ein Kolben (3, 3′, 3′′) sich hin und her bewegt, wobei der Zylinder einen mit einem Verbrennungsraum (5, 5′, 5′′) versehenen Kopfbereich aufweist, in welchen eine Zünd kerze (6, 6′, 6′′) hineinweist,
mit einem seitlich in den Zylinder mündenden Ab gasaustritt, (7, 7′, 7′′),
mit mindestens einem ersten Spülschlitz (9, 10; 9′, 10′; 9′′, 10′′), der in den Zylinder auf einer Seite des Abgasaustritts mündet,
mit mindestens einem zweiten Spülschlitz (11, 12; 11′, 12′; 11′′, 12′′) der auf einer anderen, der besag ten Seite gegenüber liegenden Seite des Abgasaustritts in den Zylinder mündet,
bei der jeder der ersten und zweiten Spülschlitze Spülgas von dem Abgasaustritt fort richtet, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Spülschlitz (9, 10; 9′, 10′; 9′′, 10′′) mit einer Aufwärtsneigung in den Zylinder (2, 2′, 2′′) mündet, um einen ersten Teil des Spülgases aufwärts zum Kopfbereich des Zylinders zu richten, während der zwei te Spülschlitz (11, 12; 11′, 12′; 11′′, 12′′) derart orientiert ist, daß er einen zweiten Teil des Spülgases quer zum Zylinder auf einen Wandbereich des Zylinders hin richtet, in dem der erste Spülschlitz ausgebildet ist.
2. Maschine nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß
der mindestens eine zweite Spülschlitz (11, 12) im we
sentlichen rechtwinklig zu einer Achse des Zylinders in
den Zylinder mündet.
3. Maschine nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß
der mindestens eine Spülschlitz (11′, 12′; 11′′, 12′′)
mit einem kleinen Neigungswinkel von nicht mehr als 15°
relativ zu einer senkrecht auf einer Zylinderachse
stehenden Ebene aufwärts geneigt in den Zylinder mün
det.
4. Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge
kennzeichnet, daß der Kolben (3) eine mit einer dem
ersten Spülschlitz (9, 10) benachbarten Rippe (13) ver
sehene Stirnfläche aufweist, wobei die Rippe auf einer
ihrer von dem ersten Spülschlitz entfernten Seiten eine
ablenkende Führungsfläche (14) zum schräg aufwärts
gerichteten Ablenken des zweiten Teils des Spülgases
aufweist.
5. Maschine nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß
sich die Rippe (13) bis zu einer zum Abgasaustritt hin
weisenden Position erstreckt.
6. Maschine nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeich
net, daß die Rippe (13) auf einer ihrer Seiten eine auf
den ersten Spülschlitz (9, 10) weisende, nicht ablen
kende, im wesentlichen parallel zu dem ersten Spül
schlitz (9, 10) ansteigende Führungsfläche (15) auf
weist.
7. Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch
gekennzeichnet, daß der Verbrennungsraum (5) von dem
Abgasaustritt (7) versetzt, aber nahe zu dem ersten
Spülschlitz (9, 10) angeordnet ist.
8. Maschine nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß
der Verbrennungsraum (5) einen, näher zu dem Abgasaus
tritt gelegenen ersten steilen Wandbereich (5a) und
einen näher zu dem zweiten Spülschlitz (11, 12) gelege
nen zweiten steilen Wandbereich (5b) aufweist.
9. Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch
gekennzeichnet, daß sie weiterhin einen Booster-Port
(18′, 18′′) in einem bezüglich des Abgasaustritts (7′,
7′′) entgegengesetzt gelegenen Bereich des Zylinders
(2′, 2′′) aufweist und der Booster-Port mit einer auf
wärts gerichteten Neigung in den Zylinder mündet, um
einen dritten Teil des Spülgases aufwärts zu einer
Zündkerze (6′, 6′′) zu richten.
10. Maschine nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß
der Booster-Port (18′) ebenfalls seitlich geneigt ist,
um den dritten Teil des Spülgases auf den ersten Spül
schlitz hin zu richten.
11. Maschine nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeich
net, daß sie ferner Mittel (19′) zum Verzögern einer
Öffnungszeit des Booster-Ports (18′) bezüglich der
ersten und der zweiten Spülschlitze (9′-12′) während
jeder Abwärtsbewegung des Kolbens (3′) aufweist.
12. Maschine nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß
ein Verzögerungsmittel eine an der Kopfseite des Kol
bens (3′) ausgebildete, auf den Booster-Port (18′)
hinweisende Rippe (19′) aufweist.
13. Maschine nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch
gekennzeichnet, daß der Booster-Port (18′′) ein Ventil
(21′′) zum Verändern der Öffnung des Booster-Ports
aufweist.
14. Maschine nach Anspruch 13 dadurch gekennzeichnet, daß
das Ventil (21′′) von einem Betätigungselement (22′′),
welches das Ventil unter Betriebsbedingungen mit nied
rigem Leistungsverhältnis öffnet und das Ventil unter
Betriebsbedingungen mit hohem Leistungsverhältnis
schließt, betätigt wird.
15. Maschine nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzei
chnet, daß das Ventil ein Drehschieber (21′′) ist.
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