WO2015149094A1 - Zweitakt-verbrennungsmotor - Google Patents

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Definitions

  • the invention relates to a two-stroke internal combustion engine with two cylinders connected to a common resonance exhaust, whose pistons engage at 180 ° to each other angularly offset crank pin.
  • Two-stroke internal combustion engines with two cylinders in a row arrangement are used, for example, for driving snow sledge.
  • the pistons of the two juxtaposed cylinders engage in a 180 ° offset angle to a common crankshaft. Due to this crank angle offset, the first order inertial forces can be completely compensated. Due to the arrangement of the two cylinders, however, free mass moments of the first order occur, giving rise to vehicle vibrations.
  • JP S60220240 A, JP H02196124 A In order to improve the vibration behavior of internal combustion engines with a V-arrangement of the cylinder, it is also known (JP S60220240 A, JP H02196124 A) to allow the pistons of the oppositely arranged cylinder attack on separate crankshafts and assign these crankshafts a parallel balancer shaft, which is drivable by the crankshafts via a sub-reduction gear in the opposite direction to the crankshaft.
  • the invention is therefore based on the object to improve a two-stroke combustion engine with two cylinders so that with comparatively simple design means a compensation of the mass moments of first order is possible.
  • the charge conditions should be improved.
  • the invention solves this problem by the fact that the two cylinders arranged in a common plane, with each other a right angle enclosing axes, that the pistons of the two cylinders engage crankpins of two separate crankshafts, which a parallel balancing shaft is associated, which runs through the intersection of the cylinder axes and at the same speed as the crankshafts, but in the opposite direction driven, and that the balancer shaft cooperating with the balancing weights of the crankshaft balancing mass for balancing the mass forces and moments of the first order includes.
  • each other in a common axial plane at 90 ° angularly offset cylinder entails that the exhaust ducts are opposite to each other and therefore can be connected to each other to a common exhaust system on a short path. This is especially true when the axes of the exhaust ducts lie in the common axial plane of the two cylinders. As a result of this measure, the harmful volume of exhaust gas caused by the respectively unused exhaust gas path is reduced, thus achieving an improved charge exchange with the aid of the common resonance exhaust.
  • the balancing shaft is drive-connected to the crankshafts via a toothed wheel which meshes with gears of equal size of the two crankshafts, then the counterbalance drive of the balancing shaft can be ensured in a simple manner, which is absolutely necessary for the desired complete balancing of the first order.
  • the pistons 3 of the two cylinders 1 engage with their connecting rods 4 via crank pin 5 on separate crankshafts 6, which are arranged angularly offset by 180 °. This means that in the top dead center position of one piston 3, the other piston 3 is in the lower dead center position, as shown in the drawing.
  • the engine block 7 Due to the separate crankshafts 6, the engine block 7 also forms two crankcases with corresponding intake ports 8.
  • the exhaust ports 9 of the two cylinders 1 are opposite each other, wherein the subsequent exhaust paths 10 are combined to form a common exhaust line 1 1 of a resonance exhaust, not shown.
  • a catalyst 12 is provided within the common exhaust line 1 1, which is provided. Since the axes of the exhaust ducts 9 extend in the common axial plane of the two cylinders 1, the exhaust paths 10 can be kept comparatively short, which has an advantageous effect on the charge exchange of the two cylinders 1, which takes place alternately, so that the respective unused exhaust path 10 a Due to the comparatively short length of the exhaust paths 10 with the effect of a comparison with a two-cylinder in-line engine improved purging behavior can be kept small.
  • the crankshafts 6 are assigned a parallel balancing shaft 13, which runs through the intersection of the two cylinder axles 2 and is driven at the same speed as the crankshafts 6, but in opposite directions.
  • the balance shaft 13 outside of the engine block 7 with a gear 14 which meshes with the same size gears 15 of the crankshafts 6.
  • the balancing mass 16 associated with the balancing shaft 13 interacts with the balancing masses 17 of the crankshafts 6 in the sense of perfect balance of mass. This is made possible by the fact that the cylinder axes 2 lie in a common axial plane, whereby free mass moments can be avoided.

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Abstract

Es wird ein Zweitakt-Verbrennungsmotor mit zwei an einen gemeinsamen Resonanzauspuff angeschlossenen Zylindern (1) beschrieben, deren Kolben (3) an um 80° gegeneinander winkelversetzten Kurbelzapfen (5) angreifen. Um einen vorteilhaften Massenausgleich erster Ordnung zu erreichen, wird vorgeschlagen, dass die beiden Zylinder (1) in einer gemeinsamen Ebene angeordnete, miteinander einen rechten Winkel einschließende Achsen (2) aufweisen, dass die Kolben (3) der beiden Zylinder (1) an Kurbelzapfen (5) zweier gesonderter Kurbelwellen (6) angreifen, denen eine parallele Ausgleichswelle (13) zugeordnet ist, die durch den Schnittpunkt der Zylinderachsen (2) verläuft und mit gleicher Drehzahl wie die Kurbelwellen (6), aber gegensinnig dazu antreibbar ist, und dass die Ausgleichswelle (13) eine mit den Ausgleichsmassen (17) der Kurbelwellen (6) zusammenwirkende Ausgleichsmasse (16) für den Ausgleich der Massenkräfte und Massenmomente erster Ordnung umfasst.

Description

Zweitakt- Verbrennungsmotor
Technisches Gebiet
Die Erfindung bezieht sich auf einen Zweitakt-Verbrennungsmotor mit zwei an einen gemeinsamen Resonanzauspuff angeschlossenen Zylindern, deren Kolben an um 180° gegeneinander winkelversetzten Kurbelzapfen angreifen.
Stand der Technik
Zweitakt-Verbrennungsmotoren mit zwei Zylindern in einer Reihenanordnung werden beispielsweise zum Antrieb von Schneeschlitten eingesetzt. Die Kolben der beiden nebeneinander angeordneten Zylinder greifen dabei um 180° winkelver- setzt an einer gemeinsamen Kurbelwelle an. Aufgrund dieses Kurbelwinkelversatzes können die Massenkräfte erster Ordnung vollständig ausgeglichen werden. Wegen der Reihenanordnung der beiden Zylinder treten allerdings freie Massenmomente erster Ordnung auf, die zu Fahrzeugschwingungen Anlass geben.
Zur Konstruktionsvereinfachung werden bei Zweitakt- Verbrennungsmotoren mit zwei Zylindern in einer Reihenanordnung die beiden Abgasstränge für den Einsatz eines gemeinsamen Resonanzauspuffs zusammengeführt, wobei allerdings der Nachteil in Kauf genommen werden muss, dass der aufgrund des abwechselnden Ladungswechsels der beiden Zylinder jeweils nicht genutzte Abgaspfad ein den Spülvorgang beeinträchtigendes Schadvolumen an Abgas enthält. Um das Schwingungsverhalten von Verbrennungsmotoren mit einer V-Anordnung der Zylinder zu verbessern, ist es außerdem bekannt (JP S60220240 A, JP H02196124 A), die Kolben der einander gegenüberliegend angeordneten Zylinder an gesonderten Kurbelwellen angreifen zu lassen und diesen Kurbelwellen eine parallele Ausgleichswelle zuzuordnen, die von den Kurbelwellen über ein Unter- Setzungsgetriebe gegensinnig zu den Kurbelwellen antreibbar ist. Durch diese Maßnahme kann allerdings kein Ausgleich der Massenmomente erster Ordnung sichergestellt werden.
Darstellung der Erfindung
Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, einen Zweitakt-Verbrennungsmo- tor mit zwei Zylindern so zu verbessern, dass mit vergleichsweise einfachen konstruktiven Mitteln ein Ausgleich auch der Massenmomente erster Ordnung möglich wird. Außerdem sollen die Ladungsverhältnisse verbessert werden.
Ausgehend von einem Zweitakt-Verbrennungsmotor der eingangs geschilderten Art löst die Erfindung die gestellte Aufgabe dadurch, dass die beiden Zylinder in einer gemeinsamen Ebene angeordnete, miteinander einen rechten Winkel einschließende Achsen aufweisen, dass die Kolben der beiden Zylinder an Kurbelzapfen zweier gesonderter Kurbelwellen angreifen, denen eine parallele Ausgleichswelle zugeordnet ist, die durch den Schnittpunkt der Zylinderachsen verläuft und mit gleicher Drehzahl wie die Kurbelwellen, aber gegensinnig dazu an- treibbar ist, und dass die Ausgleichswelle eine mit den Ausgleichsmassen der Kurbelwellen zusammenwirkende Ausgleichsmasse für den Ausgleich der Massenkräfte und Massenmomente erster Ordnung umfasst.
Durch das Vorsehen zweier Kurbelwellen werden einfache konstruktive Voraussetzungen für einen Ausgleich der Massenmomente erster Ordnung geschaffen, weil die Zylinderachsen in einer gemeinsamen Ebene angeordnet werden können. Mit dem Vorsehen einer zusätzlichen Ausgleichswelle, die durch den Schnittpunkt der miteinander einen Winkel von 90° einschließenden Zylinderachsen verläuft und mit gleicher Drehzahl, aber gegensinnig zu den Kurbelwellen angetrieben wird, wird es bei einer entsprechenden Wahl einer Ausgleichsmasse für die Aus- gleichswelle möglich, im Zusammenwirken mit den Ausgleichsmassen der beiden Kurbelwellen einen Ausgleich auch der Massenkräfte erster Ordnung sicherzustellen, sodass mit den vorgeschlagenen Maßnahmen ein vollkommener Massenausgleich erster Ordnung mit der Wirkung einer deutlich verbesserten Laufruhe für den Verbrennungsmotor und damit für das anzutreibende Fahrzeug erreicht wird. Die Anordnung der in einer gemeinsamen Axialebene zueinander um 90° winkelversetzten Zylinder bringt es mit sich, dass die Auspuffkanäle einander gegenüberliegen und deshalb auf kurzem Weg miteinander zu einem gemeinsamen Abgasstrang verbunden werden können. Dies gilt insbesondere, wenn die Achsen der Auspuffkanäle in der gemeinsamen Axialebene der beiden Zylinder liegen. Durch diese Maßnahme wird das durch den jeweils nicht benutzten Abgaspfad bedingte Schadvolumen an Abgas verringert und damit ein verbesserter Ladungswechsel mit Hilfe des gemeinsamen Resonanzauspuffs erreicht.
Ist die Ausgleichswelle mit den Kurbelwellen über ein Zahnrad antriebsverbunden, das mit gleich großen Zahnrädern der beiden Kurbelwellen kämmt, so kann in ein- facher Art der gegengleiche Antrieb der Ausgleichswelle sichergestellt werden, der ja für den angestrebten vollständigen Massenausgleich erster Ordnung zwingend erforderlich ist.
Damit bei einem Kaltstart eines erfindungsgemäßen Zweitakt- Verbrennungsmotors der im gemeinsamen Resonanzauspuff üblicherweise vorgesehene Katalysa- tor ohne zusätzliche Hilfsmittel rasch auf seine Betriebstemperatur aufgewärmt werden kann, kann bis zum Erreichen dieser Betriebstemperatur nur einer der beiden Zylinder mit Kraftstoff versorgt werden. Durch diese Maßnahme muss der Kolben des nicht mit Kraftstoff versorgten Zylinders von dem betriebenen Zylinder mitgeschleppt werden, was für den mit Kraftstoff versorgten Zylinder eine höhere Belastung mit sich bringt. Aufgrund der höheren Last kann eine stabile Verbrennung des Kraftstoffs erzielt und damit ein schnelleres Aufwärmen des gemeinsamen Katalysators erreicht werden, und zwar unabhängig davon, ob in den Abgaspfaden der beiden Zylinder Vorkatalysatoren vorgesehen werden.
Kurze Beschreibung der Zeichnung In der Zeichnung ist der Erfindungsgegenstand beispielsweise dargestellt, und zwar wird ein erfindungsgemäßer Zweitakt-Verbrennungsmotor in einem schematischen Schnitt gezeigt. Weg zur Ausführung der Erfindung
Der dargestellte Zweitakt-Verbrennungsmotor weist zwei übereinstimmende Zylin- der 1 auf, deren Achsen 2 einander unter einem Winkel α = 90° schneiden und folglich in einer gemeinsamen Axialebene liegen. Die Kolben 3 der beiden Zylinder 1 greifen mit ihren Pleueln 4 über Kurbelzapfen 5 an gesonderten Kurbelwellen 6 an, die um 180° winkelversetzt angeordnet sind. Dies bedeutet, dass in der oberen Totpunktlage des einen Kolbens 3 sich der andere Kolben 3 in der unteren Tot- punktlage befindet, wie dies in der Zeichnung dargestellt ist. Aufgrund der gesonderten Kurbelwellen 6 bildet der Motorblock 7 auch zwei Kurbelgehäuse mit entsprechenden Einlasskanälen 8 aus.
Die Auspuffkanäle 9 der beiden Zylinder 1 liegen einander gegenüber, wobei die anschließenden Abgaspfade 10 zu einem gemeinsamen Abgasstrang 1 1 eines nicht näher dargestellten Resonanzauspuffs zusammengeführt werden. Innerhalb des gemeinsamen Abgasstrangs 1 1 ist ein Katalysator 12 vorgesehen. Da die Achsen der Auspuffkanäle 9 in der gemeinsamen Axialebene der beiden Zylinder 1 verlaufen, können die Abgaspfade 10 vergleichsweise kurz gehalten werden, was sich vorteilhaft auf den Ladungswechsel der beiden Zylinder 1 auswirkt, der ja abwechselnd erfolgt, sodass der jeweils nicht genutzte Abgaspfad 10 ein den Ladungswechsel beeinträchtigendes Schadvolumen bedingt, das aufgrund der vergleichsweise geringen Länge der Abgaspfade 10 mit der Wirkung eines gegenüber einem Zweizylinder-Reihenmotor verbesserten Spülverhaltens klein gehalten werden kann. Um einen vollständigen Massenausgleich erster Ordnung zu erreichen, ist den beiden Kurbelwellen 6 eine parallele Ausgleichswelle 13 zugeordnet, die durch den Schnittpunkt der beiden Zylinderachsen 2 verläuft und mit der gleichen Drehzahl wie die Kurbelwellen 6, jedoch gegensinnig dazu angetrieben wird. Zu diesem Zweck ist die Ausgleichswelle 13 außerhalb des Motorblocks 7 mit einem Zahnrad 14, das mit gleichgroßen Zahnrädern 15 der Kurbelwellen 6 kämmt. Die der Ausgleichswelle 13 zugehörige Ausgleichsmasse 16 wirkt mit den Ausgleichsmassen 17 der Kurbelwellen 6 im Sinne eines vollkommenen Massenausgleichs zusam- men, der dadurch ermöglicht wird, dass die Zylinderachsen 2 in einer gemeinsamen Axialebene liegen, wodurch freie Massenmomente vermieden werden kön- nen.
Wie der Zeichnung entnommen werden kann, liegen die Massenschwerpunkte der Ausgleichsmassen 17 der Kurbelwellen 6 in der dargestellten Totpunktlage der Kolben 3 auf den Zylinderachsen 2, während der Schwerpunkt der Ausgleichsmasse 16 der Ausgleichswelle 14 auf einer zur Symmetrieebene 18 zwischen den beiden Kolben 1 senkrechten Radialen zur Ausgleichswelle 13 liegt, sodass die sich durch die Ausgleichsmasse 16 der Ausgleichswelle 13 ergebende Kraftkomponente der aus den resultierenden Kraftkomponenten der Kolben-Kurbelwellenmassen resultierenden Kraftkomponente entgegenwirkt.

Claims

Patentansprüche
1 . Zweitakt-Verbrennungsmotor mit zwei an einen gemeinsamen Resonanzauspuff angeschlossenen Zylindern (1 ), deren Kolben (3) an um 180° gegeneinander winkelversetzten Kurbelzapfen (5) angreifen, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Zylinder (1 ) in einer gemeinsamen Ebene angeordnete, miteinander einen rechten Winkel einschließende Achsen (2) aufweisen, dass die Kolben (3) der beiden Zylinder (1 ) an Kurbelzapfen (5) zweier gesonderter Kurbelwellen (6) angreifen, denen eine parallele Ausgleichswelle (13) zugeordnet ist, die durch den Schnittpunkt der Zylinderachsen (2) verläuft und mit gleicher Drehzahl wie die Kurbelwellen (6), aber gegensinnig dazu antreibbar ist, und dass die Ausgleichswelle (13) eine mit den Ausgleichsmassen (17) der Kurbelwellen (6) zusammenwirkende Ausgleichsmasse (16) für den Ausgleich der Massenkräfte und Massenmomente erster Ordnung umfasst.
2. Zweitakt-Verbrennungsmotor nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Achsen (2) der Auspuffkanäle (9) der beiden Zylinder (1 ) in der gemeinsamen Axialebene der Zylinder (1 ) liegen.
3. Zweitakt-Verbrennungsmotor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausgleichswelle (13) mit den Kurbelwellen (6) über ein Zahnrad (14) antriebsverbunden ist, das mit gleich großen Zahnrädern (15) der beiden Kurbelwellen (6) kämmt.
4. Verfahren zum Betreiben eines Zweitaktmotors nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass beim Kaltstart bis zum Erreichen der Betriebstemperatur eines im gemeinsamen Resonanzauspuff vorgesehenen Katalysators (12) nur ein Zylinder (1 ) mit Kraftstoff versorgt wird.
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