DE4447215A1 - Zweitakt-Brennkraftmaschine - Google Patents

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.

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.