DEP0038648DA - Zweitaktmotoren-Spülpumpe - Google Patents

Description

Es ist bekannt, daß das Einströmen in die Spülpumpe eines Zweitaktmotors ein Schwingungsvorgang ist, dessen Verlauf durch die Masse der Gase im Ansaugrohr und den Druck in der Spülpumpe (als das Federelement) bestimmt wird und sich berechnen läßt. Auf Grund dieser Erkenntnis soll gemäß vorliegender Erfindung der Druckverlauf in der Spülpumpe und deren Füllung dadurch in gewünschter Weise beeinflußt werden, daß ein zusätzliches Schwingungssystem an die Spülpumpe angeschlossen wird. Dieses System entsteht durch Anschluß eines Hohlraums mit während der ganzen Kurbelwellenumdrehung geöffneter Verbindung an die Spülpumpe.

Bekannt ist eine Anordnung, bei der ein Nebenraum mit einem ungesteuerten Drosselkanal n die Spülpumpe angeschlossen ist. Dieser Drosselkanal läßt mit zunehmender Drehzahl immer weniger Gas währen einer Umdrehung durch. Bei niederer Drehzahl ist die Drosselung gering, so daß der Pumpenraum praktisch um die Größe des Nebenraums vergrößert ist, während bei höherer Drehzahl die Gemischsäule gewissermaßen einen den Kanal verschließenden Pfropfen bildet. Um diese Charakteristik zu erreichen, muß die Eigenfrequenz des Schwingungssystems Spülpumpe-Nebenraum wesentlich unter der die Schwingung erzwingenden Kolben-Frequenz - bei Höchstdrehzahl - liegen. Erst dann, wenn die erregende Frequenz etwa das 3-fache oder mehr der Eigenfrequenz beträgt, werden die erzwungenen Schwingungen - also die Strömungsgeschwindigkeiten im Verbindungskanal - so klein, daß von einem Verschließen des Kanals gesprochen werden könnte.

Demgegenüber entsteht bei vorliegender Erfindung die beabsichtigte Wirkung aus der Phasenverschiebung zwischen dem Druckverlauf in der Spülpumpe und demjenigen im Nebenraum. Daraus entsteht (wie weiter unten dargestellt wird) ein Druckverlauf in der Spülpumpe, der bei Höchstdrehzahl einem kleineren Pumpenraum (ohne Nebenraum) als dem tatsächlich vorhandenen entspricht.

Eine erfindungsgemäße Anordnung ist in Bild 1 schematisch dargestellt, wobei mit a das Ansaugrohr, mit b die Spülpumpe und mit c der Nebenraum bezeichnet ist. Es ist hier ein normaler Zweitaktmotor mit Kurbelgehäuse-Spülpumpe dargestellt, mit grundsätzlich gleicher Wirkung kann ein Motor mit beliebiger Steuerung und der Zylinder einer getrennten Kolben-Spülpumpe benutzt werden. Als Nebenraum kann dabei auch ein für andere Zwecke vorgesehener Raum, etwa Ketten- oder Getriebe-Gehäuse, verwendet werden.

In Bild 2 ist oben für einen normalen Dreikanal-Zweitaktmotor (ohne Nebenraum) der Druckverlauf in der Spülpumpe während einer Kurbelwellenumdrehung für 3 Drehzahlen (1200, 3600, 6000) aufgetragen, mit der Kurbelstellung als Abscisse. Der Einlaß (Strecke E) ist von 60° vor bis 60° nach ob.Totp. geöffnet, der Überströmkanal (Strecke Ü) von 120° nach bis 120° vor O.T. Darunter sind die zugehörigen Geschwindigkeiten dargestellt, und zwar als Menge des sekundlich überströmenden Gewichts in Gramm/Sek. Dabei gelten positive Werte (über der Abscisse) für das Einströmen in die Spülpumpe, negative für das Zurückströmen aus dem Ansaugrohr bzw. das Überströmen in den Zylinder. (Der Druckverlauf im Zylinder wurde bei der Berechnung vereinfacht eingesetzt, indem für den Zeitpunkt des Auslaß-Öffnens ein bestimmter Druck in Abhängigkeit von Füllung und mittlerem Druck angenommen wurde, der dann entsprechend dem Ausströmen auf Atmosphärendruck abnimmt und mit diesem Wert während des weiteren Überströmens konstant bleibt.)

Bild 3 zeigt die entsprechenden Werte für den gleichen Motor mit Nebenraum. Dabei ist im oberen Teil des Diagramms mit ausgezogenen Linien der Druck in der Spülpumpe, mit gestrichelten Linien der Druck im Nebenraum dargestellt. Im unteren Teil des Bildes ist mit ausgezogenen Linien das Einströmen und Überströmen dargestellt, mit gestrichelten Linien die Strömung zwischen Spülpumpe und Nebenraum, wobei wieder die positiven Werte (über der O-Linie) für das Strömen in Richtung Spülpumpe gelten.

In Bild 4 ist der Druck in der Spülpumpe beim Öffnen des Überström-Schlitzes und in Bild 5 der Spülpumpen-Füllungsgrad gezeichnet, beides über der Drehzahl. Dabei bezieht sich die ausgezogene Linie auf den gleichen normalen Motor wie Bild 2, die strichpunktierte Linie auf den Motor mit Nebenraum wie Bild 3.

Die Wirkung des Nebenraums bei den verschiedenen Drehzahlen ist folgende:

Bei 1200 Umdr. strömt während der Einlaßzeit E Gas in den Nebenraum (Bild 3). Dadurch steigt der Druck in der Spülpumpe weniger stark an als beim normalen Motor und es strömt gegen Ende der Einlaßzeit weniger Gas aus dem Ansaugrohr zurück. Ergebnis: bessere Füllung (Bild 5). Trotzdem ist der Druck beim Öffnen des Überströmkanals nicht höher als beim normalen Motor (Bild 4), und die Überström-Geschwindigkeit ist sogar noch etwas geringer, da der Druck im Zylinder entsprechend der größeren Füllung (vom vorhergehenden Arbeitsspiel her) höher ist. (Eine höhere Spülstromgeschwindigkeit kann bei niederer Drehzahl zu größeren Frischgasverlusten durch den Auspuff führen.) Während der Überström-Zeit strömt wieder Gas vom Nebenraum in die Spülpumpe, dadurch sinkt der Druck in dieser nicht so rasch ab, und es wird nur ein geringes Zurückströmen gegen Ende des Abschnitts in Richtung vom Zylinder zur Spülpumpe errechnet.

Bei mittlerer Drehzahl wurde für den Motor ohne Nebenraum eine wesentlich höhere Spülpumpen-Füllung - über 100% - errechnet (Bild 5) als für den mit Nebenraum, ebenso ein höherer Spüldruck (Bild 4). Ein Vergleich mit den Leistungskurven von Zweitaktmotoren ergibt den Schluß, daß von dieser größeren Füllung - auch wegen zu hoher Spülstromgeschwindigkeit - ein großer Teil in den Auspuff geht. Beim Motor mit Nebenraum braucht also die Leistung bei dieser Drehzahl nicht unbedingt geringer zu sein als bei dem ohne Nebenraum, auf jeden Fall wird aber der Brennstoffverbrauch wesentlich geringer werden.

Bei Höchstdrehzahl (6000 Umdr.) strömt während der Überströmzeit Gas von der Spülpumpe auch in den Nebenraum. Dadurch wird der Spülpumpen-Druck beim Öffnen des Einlasses niedriger als beim normalen Motor und die Einström-Geschwindigkeit steigt schneller an. Weiter strömt während der Einlaßzeit Gas auch vom Nebenraum in die Spülpumpe, dadurch wird der Anfangs-Spüldruck höher. Beides ergibt bessere Füllung.

Die Phasenverschiebung zwischen den Drücken in Spülpumpe und Nebenraum und die Druckamplituden können durch die Wahl der für das Schwingungsverhalten maßgebenden Größen - in erster Linie die Volumina der Räume, Länge und Querschnitt der Kanäle - weitgehend beeinflußt werden, und es können die oben für einzelne Drehzahlen gezeigten Merkmale auf andere Drehzahlen verlegt oder wesentlich verstärkt werden.

Um bei bestimmten Drehzahlen bestimmte Eigenschaften zu erzielen, kann es zweckmäßig sein, das Schwingungssystem während des Betriebes zu verändern, indem etwa mehrere Nebenräume oder Kanäle angebracht und durch Ventile in Abhängigkeit von der Drehzahl einzeln zu- oder abgeschaltet werden, oder das wirksame Volumen des Nebenraums drehzahlabhängig verändert wird.

Die Vorteile des erfindungsgemäßen Motors, die an obigem Beispiel dargestellt wurden, sind: bessere Füllung und trotzdem geringere Spülstrom-Geschwindigkeiten im unteren Drehzahlbereich, geringerer Verbrauch im mittleren und bessere Leistung im oberen Drehzahlbereich.

Claims (3)

1) Einrichtung zur Beeinflussung des Füllungsgrades einer Zweitaktmotoren-Spülpumpe und des zeitlichen Druckverlaufs in derselben durch Gasschwingungen, dadurch gekennzeichnet, daß ein Nebenraum mit einem während einer Kurbelwellenumdrehung dauernd geöffneten Verbindungsrohr an den Spülpumpenraum angeschlossen ist.

2) Einrichtung nach Anspruch 1), dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Nebenräume mit je einem Verbindungsrohr an die Spülpumpe angeschlossen sind, die in Abhängigkeit von der Drehzahl einzeln zu- oder abgeschaltet werden können, wobei - sofern die Verbindung geöffnet ist - das Verbindungsrohr während einer Kurbelwellenumdrehung dauernd geöffnet bleibt.

3) Einrichtung nach Anspruch 1), dadurch gekennzeichnet, daß das wirksame Volumen des Nebenraums in Abhängigkeit von der Drehzahl veränderlich ist.