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Die
Erfindung betrifft einen Zweitaktmotor mit äußerer
Gemischbildung in einem Vergaser. Sie betrifft weiterhin ein zugehöriges
Betriebsverfahren.
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Zweitaktmotoren
konventioneller Bauart verfügen üblicherweise über
eine so genannte Kurbelkammerspülung, bei der angesaugtes
Kraftstoff-Luft-Gemisch zunächst in die die Kurbelwelle aufnehmende,
durch das Kurbelgehäuse nach außen begrenzte Kurbelkammer
geleitet wird. Dort wird das Kraftstoff-Luft-Gemisch durch den beim
Arbeitstakt im Zylinder nach unten gleitenden Kolben vorverdichtet
und strömt anschließend, wenn der Kolben einen
zugehörigen Überströmkanal in der Zylinderwand
freigibt, in den Brennraum über. Im nächsten Takt
gleitet der Kolben nach oben und verdichtet das übergeströmte
Gemisch im Brennraum, während gleichzeitig frisches Gemisch
in die Kurbelkammer angesaugt wird. Die Begriffe „oben” und „unten” beziehen
sich dabei auf eine aufrecht stehende Zylinderanordnung mit oben
liegendem Zylinderkopf.
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Bei
einem Zweitakt-Ottomotor erfolgt die Zündung des durch
den Kolben verdichteten Kraftstoff-Luft-Gemisches im Brennraum durch
eine aktive Zündvorrichtung in Gestalt einer Zündkerze
mit zugehöriger Spannungsversorgung und Auslöseelektronik,
wenn der Kolben den oberen Totpunkt durchläuft. Das verbrannte
Gemisch bzw. Abgas wird am Ende des Arbeitstaktes durch einen dann
vom Kolben freigegebenen Auslasskanal aus dem Brennraum entlassen
und in der Regel über einen Auslasskrümmer in
den Auspuff- bzw. Schalldämpfertrakt geleitet.
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Zweitaktmoren
können für eine innere Gemischbildung mit Direkteinspritzung
des flüssigen Kraftstoffs in den Brennraum oder für
eine äußere Gemischbildung in einem Vergaser konfiguriert
sein. Im Vergaser wird der flüssige Kraftstoff in den angesaugten
oder über eine Ladevorrichtung hineingepressten Luftstrom
einge düst und zerstäubt. Eine Kurbelkammerspülung
wird meist mit einer äußeren Gemischbildung kombiniert.
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Üblicherweise
wird derartigen Zweitaktmotoren als Kraftstoff ein Benzin-Öl-Gemisch
zugeführt, wobei der Ölzusatz der Motorschmierung
dient. Gerade in jüngerer Zeit besteht aufgrund entsprechender
finanzieller Anreize der Wunsch, anstelle von (Normal-)Benzin auf
Kerosin, das normalerweise als Kraftstoff für Gasturbinentriebwerke
verwendet wird, oder auch auf Dieselkraftstoff auszuweichen.
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Entsprechende
Versuche, einen Zweitakt-Ottomotor für einen Diesel- oder
Kerosin-Betrieb zu ertüchtigen, sind beispielsweise aus
der
US 5 855 192 bekannt.
Für eine Verbesserung des Zündverhaltens, insbesondere
in der Phase des Motorstarts, ist dort eine Beheizung des Zylinderkopfes
mit Hilfe eines dort eingesetzten, von der Zündkerze unabhängigen
Glühstiftes vorgesehen. Der Zylinderkopf wird dabei thermisch
vergleichsweise hoch belastet, was die Verwendung von entsprechend
hochwertigen, hochtemperaturfesten Werkstoffen und von beispielsweise
keramischen Einsatzbauteilen im Zylinder voraussetzt. Dennoch kann
das Laufverhalten derartig modifizierter Motoren insgesamt nicht überzeugen.
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Der
vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Zweitaktmotor
der eingangs genannten Art mit möglichst geringfügigen und
kostengünstigen konstruktiven Änderungen für eine
Zufuhr von Kerosin als Kraftstoff zu ertüchtigen, ohne
dass die Laufkultur und die Betriebsfestigkeit darunter leiden.
Des Weiteren soll ein zugehöriges Betriebsverfahren angegeben
werden.
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In
Bezug auf den Motor wird die Aufgabe erfindungsgemäß dadurch
gelöst, dass dem Vergaser auf der Lufteinlassseite ein
Ansaugtrichter vorgeschaltet ist, wobei im Bereich der Einlassöffnung
des Ansaugtrichters ein Einsatz angeordnet ist, der sich in Strömungsrichtung
des beim Motorbetrieb angesaugten Luftstroms zunächst kontinuierlich
verjüngt und dann sprungartig erweitert.
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Die
Erfindung geht von der Überlegung aus, dass die aus dem
Stand der Technik bekannte, vom Dieselmotor übernommene
Aufheizung des Zylinderkopfes mittels separatem Glühstift
oder ähnlichem mehr Probleme bereitet als Vorteile bringt,
so dass dieses Konzept verworfen werden sollte. Vielmehr kann ein
zündfähiges Kraftstoff-Luft-Gemisch, wie sich überraschenderweise
herausgestellt hat, auch bei Verwendung von Kerosin als Kraftstoff
bereitgestellt werden, indem ein Einsatz der genannten Art in den
Ansaugtrichter des Vergasers eingesetzt wird, der Strömungswirbel
im angesaugten Luftstrom erzeugt und den Luftdurchsatz durch den
Vergaser erhöht.
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Mit
anderen Worten: Dem Vergaser ist zweckmäßigerweise
auf der Lufteinlassseite ein sich zum Vergasereinlass hin verjüngender
Ansaugtrichter vorgeschaltet Im Bereich der Einlassöffnung
des Ansaugtrichters ist ein vorzugsweise ringförmiger Einsatz
angeordnet, der sich in Strömungsrichtung des beim Motorbetrieb
angesaugten Luftstroms zunächst kontinuierlich verjüngt
und dann sprungartig erweitert.
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Der
Einsatz kann beispielsweise als Nachrüstteil in einen konventionellen
Ansaugtrichter eingebracht sein. Alternativ kann der Ansaugtrichter
die gewünschte Innenkonturierung auch von vornherein enthalten.
Insbesondere kann ein entsprechend modifizierter Ansaugtrichter
auch als einkomponentiges, integrales Bauteil hergestellt sein,
beispielsweise in einem Gießverfahren.
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Durch
den Venturi-Effekt des sich verengenden Querschnitts des Strömungskanals
wird der angesaugte Luftstrom zunächst beschleunigt, also
seine Strömungsgeschwindigkeit erhöht. An der Übergangsstelle,
wo sich der Querschnitt dann sprunghaft bzw. plötzlich
erweitert, um sich anschließend zum Vergasereinlass hin
wieder kontinuierlich gemäß der vorgegebenen Trichterform
zu verengen, erfolgt – einhergehend mit einer Geschwindigkeitsreduktion – eine
starke Verwirbelung des Luftstroms. Wie sich herausgestellt hat,
ist eine derartige Verwirbelung des Luftstroms unmittelbar vor dem
Eintritt in den Vergaser gerade bei der Zerstäubung von
Kerosin ausgesprochen vorteilhaft und führt – insbesondere in
Kombination mit einer anschließenden Vorwärmung
des Kerosin-Luft-Gemisches in der Kurbelkammer (siehe unten) – zu
einer besseren Verbrennung.
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Der
Vergaser ist vorzugsweise als Membranvergaser ausgeführt.
Dies hat den Vorteil, dass der Vergaser lageunabhängig
und auch unter großen Vibrationen einwandfrei arbeiten
kann. Der so erzeugte Kraftstoff-Luft-Nebel wird vorteilhafterweise über
einen Einlasskanal bei der Aufwärtsbewegung des Kolbens
in die Kurbelkammer des Zweitaktmotors angesaugt und dort beim anschließenden
Abwärtshub des Kolbens vorverdichtet. Zweckmäßigerweise
ist in dem zwischen der Kurbelkammer und dem Vergaser liegenden
Einlasskanal ein beispielsweise als Flatterventil ausgebildetes
Rückschlagventil angeordnet, das einen Rückfluss
des Kraftstoff-Luft-Gemisches aus der Kurbelkammer in Richtung des
Vergasers bei der Abwärtsbewegung des Kolbens (Vorverdichtungsphase)
verhindert.
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Weiterhin
hat sich herausgestellt, dass ein besonders gutes Laufverhalten
bei einem Zweitaktmotor mit Kurbelkammerspülung insbesondere
dann erreicht werden kann, wenn das Kraftstoff-Luft-Gemisch bereits
vor seinem Übertritt in den Brennraum – jedoch
nach erfolgter Zerstäubung im Vergaser – in der
Kurbelkammer auf eine geeignete Betriebstemperatur, insbesondere über
das mit der Vorverdichtung erreichbare Maß hinaus, aufgeheizt
wird.
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Zu
diesem Zweck ist vorliegend eine vergleichsweise großflächige
Beheizung des Kurbelgehäuses durch eine zugehörige
Heizeinrichtung vorgesehen, die vorzugsweise auf der von der Kurbelkammer
abgewandten Außenseite des Kurbelgehäuses angeordnet
ist. Dadurch wird erreicht, dass während des Motorbetriebes
eine Wärmeübertragung von der aufgeheizten Außenwand
des Kurbelgehäuses über die Innenwand auf das
vom Vergaser kommende, in die Kurbelkammer einströmende
Kraftstoff-Luft-Gemisch stattfindet.
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Die
thermische Belastung des Kurbelgehäuses hält sich
dabei in gut beherrschbaren Grenzen, während eine Überbeanspruchung
des ohnehin schon durch die Verbrennungsvorgänge im Brennraum
belasteten Zylinderkopfes, wie sie durch den Einsatz von Glühstiften
oder dergleichen hervorgerufen werden könnte, konsequent
vermieden ist. Durch die relativ lange Verweildauer des Kraftstoff-Luft-Gemischs
in der Kurbelkammer, jedenfalls im Vergleich zu der Verweildauer
im Brennraum vor der Zündung, ist die nunmehr vorgesehene
Beheizung ausgespro chen effektiv. Das Kraftstoff-Luft-Gemisch tritt
dabei vorgeheizt in den Brennraum ein. Die weitere Erwärmung
durch den Verdichtungsvorgang bei der Aufwärtsbewegung
des Kolbens muss dann nicht mehr so stark ausfallen. Damit sind
insbesondere bei der Verwendung von Kerosin als Kraftstoff hervorragende
Zündeigenschaften sichergestellt.
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In
vorteilhafter Ausgestaltung ist die Heizeinrichtung primär
als Kaltstarthilfe ausgelegt und umfasst eine Anzahl von elektrischen
Heizelementen. Für eine gute Wärmeübertragung
auf das Kurbelgehäuse liegen diese bevorzugt als Heizstäbe
oder Heizmatten ausgeführten Heizelemente vorteilhafterweise
direkt an der Außenseite des Kurbelgehäuses an,
stehen also in innigem thermischen Kontakt mit diesem. Die Anbringung
an der Außenseite hat den Vorteil, dass die elektrischen
Zuleitungen nicht durch das Kurbelgehäuse hindurchgeführt
werden müssen, und dass die Heizelemente nicht direkt dem
chemisch aggressiven Kraftstoff-Luft-Gemisch ausgesetzt sind. Die
Heizelemente werden vor allem bei einem Kaltstart des Motors über
eine externe Stromquelle mit Heizstrom beaufschlagt, um so das Kraftstoff-Luft-Gemisch
beim Durchströmen der Kurbelkammer anzuwärmen.
Die Anzahl der Heizelemente und deren Heizleistung richten sich
insbesondere nach dem Volumen der vom Kurbelgehäuse umgebenen
Kurbelkammer und nach der gewünschten, für die
Erreichung eines bestimmten Temperaturniveaus erforderlichen Anwärmzeit.
Um ein Kerosin-Luft-Gemisch für den Kaltstart zündfähig
zu machen, sollte die Kurbelgehäusetemperatur an der dem
Gemisch zugewandten Innenwand beispielsweise etwa 80°C bis
90°C betragen.
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In
alternativer Ausgestaltung ist das Kurbelgehäuse vorteilhafterweise
doppelwandig ausgeführt, wobei die Innen- und die Außenwand
einen mit Flüssigkeit befüllbaren Zwischenraum
umschließen. Zum Betrieb des Motors, insbesondere beim
Startvorgang, wird der Zwischenraum mit einer Flüssigkeit befüllt,
die dann über ein geeignetes elektrisches Heizsystem, beispielsweise
durch im Zwischenraum oder außerhalb der Außenwand
angeordnete Heizstäbe, erwärmt wird.
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Um
das elektrische Heizsystem nicht dauerhaft betreiben zu müssen,
sondern es nach dem Startvorgang und gegebenenfalls nach einer gewissen
Mindestlaufzeit (Warmlaufphase) des Motors abschalten und von der
Heizstromquelle abkoppeln zu können, ist vorteilhafterweise
eine Beheizung des Kurbelgehäuses und damit der Kurbelkammer
durch die beim Betrieb freigesetzten heißen Verbrennungsrückstände
bzw. Abgase vorgesehen. Dazu ist zweckmäßigerweise
an den Brennraumauslass ein in ein nachgeschaltetes Auspuff- bzw.
Schalldämpfersystem mündender Auslasskrümmer
derart um das Kurbelgehäuse herum oder an ihm entlang geführt
oder gegebenenfalls auch in das Kurbelgehäuse integriert,
dass dieses durch Wärmeabstrahlung und/oder durch Wärmeleitung
vom Auslasskrümmer beheizt wird. Für einen innigen
thermischen Kontakt liegt der Auslasskrümmer vorteilhafterweise
zumindest in einem Teilabschnitt an der Außenseite des Kurbelgehäuses
an; bevorzugt ist der Auslasskrümmer dort mit dem Kurbelgehäuse
fest verbunden, insbesondere verschweißt oder verlötet.
Anstelle einer stoffschlüssigen Verbindung oder zusätzlich
dazu könnte aber auch eine kraftschlüssige und/oder
formschlüssige Verbindung vorgesehen sein, z. B. durch Verschrauben,
Nieten etc.
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Alternativ
könnte anstelle eines Auslasskrümmers, der an
dem dem Brennraumauslass abgewandten Ende in einen Schalldämpfertopf
mündet, auch ein Schalldämpfer selber in der beschriebenen Art
und Weise um das Kurbelgehäuse herum geführt sein.
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In
vorteilhafter Ausgestaltung ist eine thermische Isolierung zwischen
dem – vorteilhafterweise durch eine Heizeinrichtung beheizten – Kurbelgehäuse
und dem Vergaser vorgesehen, so dass möglichst kein oder
nur ein geringer Wärmeübergang vom Kurbelgehäuse
auf das Vergasergehäuse erfolgt und der Vergaser möglichst
kühl gehalten wird. Zweckmäßigerweise
ist dazu das zwischen dem Kurbelgehäuse und dem Vergasergehäuse
sitzende Ventilgehäuse, welches den Einlasskanal für
das zerstäubte Kraftstoff-Luft-Gemisch mit dem darin befindlichen
Rückschlagventil umschließt, aus einem im Vergleich
zum Kurbelgehäuse wesentlich schlechter wärmeleitenden,
wärmeisolierenden Material gefertigt, insbesondere aus
einem hitzebeständigen, mechanisch und chemisch hoch beanspruchbaren
Kunststoff, z. B. aus Polyphenylensulfid (PPS) oder einem ähnlichen Kunststoff.
Weiterhin ist der Auslasskrümmer bevorzugt in einem ausreichenden Abstand
zum Ventilgehäuse angeordnet, so dass kein nennenswerter
Wärmeübergang durch Wärmeabstrahlung
erfolgt.
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In
bevorzugter Ausgestaltung ist der Zweitaktmotor als Ottomotor ausgebildet,
verfügt also über eine elektrische Zündanlage
mit einer in den Zylinderkopf integrierten Zündkerze zur – abhängig
von der Kolbenstellung gesteuerten – Zündung des
durch den Kolben verdichteten Kraftstoff-Luft-Gemisches. Denkbar
wäre es auch, den Zweitaktmotor alternativ als Glühzündermotor
mit im Betrieb dauerhaft glühender Glühkerze,
etwa mit einer mit Platin-Iridium beschichteten Drahtwendel, auszulegen.
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In
Bezug auf das Verfahren wird die eingangs genannte Aufgabe gelöst,
indem Kerosin oder Dieselkraftstoff in einem Vergaser zerstäubt
wird und das dabei entstehende Kerosin-Luft-Gemisch oder Dieselkraftstoff-Luft-Gemisch
in den Brennraum des Zweitaktmotors geleitet wird, wobei ein dem
Vergaser zugeführter Luftstrom vor dem Eintritt in den
Vergaser, insbesondere unmittelbar vor dem Eintritt in den Vergaser,
durch einen sich zunächst kontinuierlich verengenden und
dann plötzlich erweiternden Abschnitt eines Strömungskanals
geführt wird.
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Unter „Kerosin” ist
vorliegend insbesondere ein Kraftstoff aus dem leichten Mitteldestillat
der Erdölraffination, nämlich ein leichtes Petroleum,
zu verstehen, der ansonsten üblicherweise in der Luftfahrt für
den Betrieb von Gasturbinentriebwerken (Flugturbinen) eingesetzt
wird. Die in der Regel weit gestreckte, flache Siedelinie von Kerosin
liegt zwischen der von Schwerbenzin und Dieselkraftstoff. Geeignete
Kerosinsorten werden beispielsweise unter den Handelsbezeichnungen
JP-1 (Jet Propellant-1) oder JET A-1 (frühere Bezeichnung
JP-1A) oder JP-8 oder JET B oder TS-1 vertrieben. Besonders weit
verbreitet und gut erhältlich ist Kerosin der Sorte JET
A-1. Zum Zweck der Motorschmierung können dem Kerosin auch
ein Schmieröl und/oder andere Additive, insbesondere etwa
4% synthetisches Zweitakt-Öl, beigemengt sein.
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Alternativ
zu Kerosin kann dem hier beschriebenen Zweitaktmotor auch ein Dieselkraftstoff zugeführt
werden.
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Bevorzugt
findet das Verfahren Anwendung bei einem Zweitaktmotor mit Kurbelkammerspülung, wobei
das im Vergaser erzeugt Kerosin-Luft-Gemisch oder Dieselkraftstoff-Luft-Gemisch über
die Kurbelkammer in den Brennraum geleitet wird. Vorteilhafterweise
wird das Gemisch beim Durchströmen der Kurbelkammer durch
eine Heizeinrichtung vorgewärmt und nach dem Übertritt
in den Brennraum durch eine aktive Zündvorrichtung gezündet.
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In
vorteilhafter Ausgestaltung des Verfahrens wird das Kurbelgehäuse
während eines Startvorgangs, insbesondere während
eines Motor-Kaltstarts, durch eine elektrische Heizeinrichtung beheizt.
Nach einer gewissen Anlaufzeit wird vorteilhafterweise die elektrische
Heizeinrichtung abgeschaltet und das Kurbelgehäuse durch
Wärmeleitung und/oder Wärmestrahlung von einem
an den Brennraumauslass des Zweitaktmotors angeschlossenen, von
heißen Verbrennungsabgasen durchströmten Auslasskrümmer
oder Schalldämpfer beheizt.
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Durch
die beschriebenen Maßnahmen läuft der mit Kerosin
betriebene Zweitaktmotor ähnlich gut und „rund” wie
ein Zweitakt-Benzinmotor. Die bessere Verbrennung lässt
den Motor kühler laufen, der Kraftstoffverbrauch reduziert
sich. Die mittlere Temperatur im Bereich des Zylinderkopfgehäuses
beträgt dann beispielsweise nur noch 160°C bis
190°C im Vergleich zu etwa 220°C bei einem herkömmlichen Benzinmotor
gleichen Hubraums. Es ist auch nicht erforderlich, ein gegenüber
Benzinmotoren erhöhtes Verdichtungsverhältnis
zu wählen. Das Verdichtungsverhältnis, also das
Verhältnis des gesamten Brennkammerraumes vor der Verdichtung
zum verbliebenen Raum nach der Verdichtung, kann im Gegenteil durch
die beschriebenen Maßnahmen etwas geringer ausfallen als
bei Benzinbetrieb und beträgt beispielsweise lediglich
8:1 bis 10:1. Dies führt zu einer Reduzierung des Vibrationsniveaus
und zu damit zu einer Verlängerung der Lebensdauer der
Kurbelwelle sowie von zugehörigen Kugel- oder Nadellagern.
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Die
für den Kerosinbetrieb notwendigen konstruktiven Änderungen
berühren den eigentlichen Motortrakt-Zylinder, Kolben,
Kurbelgehäuse – nicht oder nur unwe sentlich. Sie
sind vielmehr überwiegend auf periphere Bauteile-Auslasskrümmer,
Ventilgehäuse, Vergaser und Ansaugtrichter – beschränkt. Sie
können damit verhältnismäßig
einfach auch bei existierenden Motoren von hergebrachter Bauart nachgerüstet
werden.
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Ein
Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand
einer Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen:
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1 einen
Längsschnitt durch einen Zweitaktmotor (die Kurbelachse
liegt in der Schnittebene),
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2 einen
Querschnitt durch den Zweitaktmotor gemäß 1 (die
Kurbelachse steht senkrecht auf der Schnittebene), und
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3 einen
Querschnitt durch eine alternative Ausführungsform eines
Zweitaktmotors.
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Gleiche
Teile sind in beiden Figuren mit denselben Bezugszeichen versehen.
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Der
in 1 und 2 dargestellte Zweitaktmotor 2 ist
von überwiegend konventioneller Bauart und dient beispielsweise
zum Antrieb von Modellflugzeugen oder auch von Kettensägen,
Rasenmähern etc. Bei entsprechender Hubraumgröße
könnte er aber auch beispielsweise für den Antrieb
eines Passagierflugzeuges oder eines Personenkraftwagens oder eines
Motorades oder dergleichen vorgesehen sein.
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Der
Zweitaktmotor 2 umfasst einen in einem Zylinder 4 gleitenden,
durch periodische Verbrennungsvorgänge im Brennraum 6 angetriebenen
Kolben 8. Über eine Pleuelstange 10 wird
die lineare Bewegung des Kolbens 8 auf die Kurbelwelle 12 übertragen
und in eine Drehbewegung umgesetzt. Die Kurbelwelle 12 ist
in einem Kurbelgehäuse 14 gelagert und mündet
auf der Antriebsseite in eine mit dem Antriebsstrang einer anzutreibenden
Maschine verbindbare oder mit einem Propeller bestückbare
Antriebswelle 16. Der nach oben durch den Kolben 8 verschlossene Raumbereich
zwischen der Kurbelwelle 12 und dem Kurbelgehäuse 14 wird
als Kurbelkammer 18 bezeichnet. Die Kurbelkammer 18 ist über
einen nach außen vom Zylindergehäuse 20 begrenzten Überströmkanal 22 mit
dem Brennraum 6 verbunden, wobei die in den Brennraum 6 mündende Überströmöffnung 24 im
Wesentlichen nur in der unteren Totpunktstellung des Kolbens 8 freigegeben
ist. Bei dieser Kolbenstellung ist auch der an den Brennraum 6 angeschlossene
Auslasskanal 26 (siehe 2) freigegeben.
Im Zylinderkopf 28 ist eine elektrische Zündkerze 30 angeordnet.
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Auf
der von der Antriebswelle 16 abgewandten Seite des Kurbelgehäuses 14 schließen
sich ein Ventilgehäuse 32, ein Vergaser 34 und
ein Ansaugtrichter 36 an. Über den Ansaugtrichter 36 wird
beim Motorbetrieb Umgebungsluft angesaugt und dem Vergaser 34 zugeführt.
In dem als Membranvergaser ausgestalteten Vergaser 34 wird über
eine Zuleitung (nicht dargestellt) zugeführter flüssiger
Kraftstoff in den angesaugten Luftstrom eingedüst und zerstäubt.
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Das
Kraftstoff-Luft-Gemisch tritt während der Ansaugphase durch
die Saugwirkung des nach oben gleitenden Kolbens 8 über
den vom Ventilgehäuse 32 umschlossenen Eintrittskanal 38 in
die Kurbelkammer 18 ein. Bei der nachfolgenden Abwärtsbewegung
des Kolbens 8 wird das Gemisch in der Kurbelkammer 18 vorverdichtet,
wobei ein in den Eintrittskanal 38 eingesetztes, als Flatterventil
ausgebildetes Rückschlagventil 40 einen Rückfluss
zum Vergaser 34 hin verhindert. Am Ende der Verdichtungsphase strömt
das Kraftstoff-Luft-Gemisch über den Überströmkanal 22 in
den Brennraum 6 über und drückt dabei
gleichzeitig die vom vorherigen Verbrennungsvorgang verbliebenen
Verbrennungsrückstände (Abgase) über
den Auslasskanal 26 aus dem Brennraum 6 heraus.
Bei der sich anschließenden Aufwärtsbewegung des
Kolbens 8 wird das Gemisch zunächst im Brennraum 6 verdichtet
und schließlich durch einen Zündfunken an der
Zündkerze 30 gezündet; der Arbeitstakt
beginnt (die beschriebenen Vorgänge laufen natürlich
zum Teil parallel ab).
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Der
Zweitaktmotor 2 ist durch eine Reihe von konstruktiven
Maßnahmen für einen Kerosinbetrieb ertüchtigt:
Insbesondere
ist der an den Auslasskanal 26 angeschlossene, am anderen
Ende beispielsweise in den Resonanztopf eines Resonanzschalldämpfers
(nicht dargestellt) mündende Auslasskrümmer 42 in
der Art eines Bogens um den unteren Teil des Motorblocks herumgeführt.
Die Ebene, in der der Bogen verläuft, liegt im Ausführungsbeispiel
im Wesentlichen senkrecht zur Kurbel- bzw. Antriebsachse (siehe 2). Der
Auslasskrümmer 42 liegt dabei in einem unteren Teilabschnitt
an der Außenwand 43 des Kurbelgehäuses 14 an
und ist dort mit diesem verschweißt. Damit erfolgt beim
Motorbetrieb eine effektive Wärmeübertragung von
dem durch die heißen Abgase von innen erhitzten Auslasskrümmer 42 auf
das Kurbelgehäuse 14 und damit schließlich
auch auf das in die Kurbelkammer 18 einströmende,
vom Vergaser 34 kommende Kraftstoff-Luft-Gemisch, welches
somit vorgewärmt wird.
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In
einer alternativen Variante, die in 3 dargestellt
ist, ist kein oder nur ein sehr kurzes Auslasskrümmerstück
vorgesehen. Vielmehr schließt sich hier der Schalldämpfer 60 oder
Schalldämpfertopf unmittelbar an den Auslasskanal 26 an
und folgt in der Art eines Bogens der Kontur des Zylinders 4 und
des Kurbelgehäuses 14, wodurch die gewünschte
Aufwärmfunktion gewährleistet ist.
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Für
einen Motor-Kaltstart ist darüber hinaus eine elektrische
Beheizung des Kurbelgehäuses 14 durch mehrere
an der Außenseite angebrachte, gegebenenfalls in entsprechende
Vertiefungen eingesetzte und an der Gehäusewand anliegende
elektrische Heizelemente 44, hier in Form von Heizstäben, vorgesehen.
Die elektrischen Anschlussleitungen 45 der Heizelemente 44 sind
dazu bedarfsweise mit einer hier nicht dargestellten externen Heizstromquelle verbindbar.
Im Ausführungsbeispiel sind die stabförmigen Heizelemente 44 im
Wesentlichen an der Unterseite des Kurbelgehäuses 14 angeordnet,
parallel zur Antriebswelle 16 ausgerichtet und gleichmäßig um
das Kurbelgehäuse 14 verteilt, um so eine gleichmäßige
Beheizung des Innenraums, sprich der Kurbelkammer 18 zu
ermöglichen. Die konkrete Ausführung und Anordnung
könnte aber auch davon abweichen.
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Eine
Aufheizung des Zylinderkopfes durch zusätzliche Glühstifte
oder dergleichen ist vorteilhafterweise nicht vorgesehen. Eine Vorwärmung
des dem Vergaser 34 zugeführten Kraftstoffs ist
nicht notwendig und vorteilhafterweise auch nicht vorgesehen.
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Im
Gegensatz zu dem üblicherweise metallischen Kurbelgehäuse 14 und
zum ebenfalls metallischen Auslasskrümmer 42 ist
das an das Kurbelgehäuse 14 angesetzte, auf der
anderen Seite mit dem Vergasergehäuse des Vergasers 34 verbundene Ventilgehäuse 32 aus
einem möglichst schlecht wärmeleitfähigen
Material gefertigt, hier z. B. aus einem hitzebeständigen,
formstabilen Hochleistungskunststoff, der gegenüber dem
im Inneren vorbeiströmenden Kerosin-Luft-Gemisch beständig
ist. Ein geeignetes Material ist beispielsweise der unter dem Handelsnamen
Ryton R-4 (eingetragene Handelsmarke der Chevron Phillips Chemical
Company LP) bekannte glasfaserverstärkte Kunststoff auf
Polyphenylensulfid-Basis. Selbstverständlich können
aber auch andere Materialien, die die genannten Anforderungen erfüllen,
zum Einsatz kommen. Zweckmäßigerweise ist das
Ventilgehäuse 32 auf der einen Seite mit dem Kurbelgehäuse 14 und
auf der anderen Seite mit dem Vergasergehäuse verschraubt.
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Schließlich
ist der dem Vergaser 34 auf der Luftansaugseite vorgeschaltete
Ansaugtrichter 36 insofern gegenüber bislang gebräuchlichen
Varianten modifiziert, als in seiner breiten Einlassöffnung 46 ein querschnittsverengender,
wirbelerzeugender Einsatz 48 angeordnet ist. Durch den
ringförmigen Einsatz 48 wird der freie Strömungsquerschnitt
für die Ansaugluft in Strömungsrichtung 50 zunächst
stetig und monoton verengt und dann an der engsten Stelle vorzugsweise
plötzlich (unstetig) erweitert. Der Durchmesser an der
Engstelle 52 des Einsatzes 48 beträgt je
nach Motortyp und Einzelfall vorzugsweise 55% bis 75%, besonders
bevorzugt 60% bis 66% des Durchmessers der Einlassöffnung 48.
In Strömungsrichtung 50 gesehen direkt nach der
Engstelle 52 springt der Durchmesser dann wieder annähernd
auf den Wert, der im Bereich der Einlassöffnung 48 vorliegt
(100%), um schließlich bis zum Vergasereinlass kontinuierlich
abzunehmen. Eine derartige „Trichter-im-Trichter”-Anordnung
dient zur Erhöhung des Druckes des in den Vergaser 34 einströmenden
Sauerstoffanteils infolge der induzierten Wirbel und hat sich gerade
bei einer Kerosin-Zerstäubung als besonders vorteilhaft
erwiesen.
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Insbesondere
bei einer Kombination der beschriebenen Maßnahmen ist der
Zweitaktmotor ohne aufwändige Neukonstruktion und Neuauslegung
der zentralen Komponenten Zylinder, Kolben und Kurbelgehäuse
oder der Zündeinrichtung für einen Betrieb mit
Kerosin oder auch mit Dieselkraftstoff ertüchtigt, und
zwar für alle gebräuchlichen Hubraumgrößen von
beispielsweise 30 cm3 oder weniger bis hin
zu 700 cm3 oder mehr. Selbstverständlich
lässt sich das beschriebene Konzept auch bei Mehrzylindermotoren,
z. B. bei Mehrzylinder-Reihenmotoren, V-Motoren, Boxermotoren oder
Sternmotoren, realisieren. Je nach Lage der Auslasskanäle
und je nach „Zugänglichkeit” des Kurbelgehäuses
kann es dabei unter Umständen erforderlich sein, den Verlauf
des oder der Auslasskrümmer zu variieren. Unter Umständen kann
dann ein einziger Auslasskrümmer auch zur Beheizung von
mehreren, den einzelnen Zylindern zugeordneten Kurbelgehäuseabschnitten
vorgesehen sein. Derartige Modifikationen sind aber für
den Fachmann im Lichte obiger Beschreibung offensichtlich und durch
die vorliegenden Patentansprüche mit erfasst.
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- 2
- Zweitaktmotor
- 4
- Zylinder
- 6
- Brennraum
- 8
- Kolben
- 10
- Pleuelstange
- 12
- Kurbelwelle
- 14
- Kurbelgehäuse
- 16
- Antriebswelle
- 18
- Kurbelkammer
- 20
- Zylindergehäuse
- 22
- Überströmkanal
- 24
- Überströmöffnung
- 26
- Auslasskanal
- 28
- Zylinderkopf
- 30
- Zündkerze
- 32
- Ventilgehäuse
- 34
- Vergaser
- 36
- Ansaugtrichter
- 38
- Eintrittskanal
- 40
- Rückschlagventil
- 42
- Auslasskrümmer
- 43
- Außenwand
- 44
- Heizelement
- 45
- Anschlussleitung
- 46
- Einlassöffnung
- 48
- Einsatz
- 50
- Strömungsrichtung
- 52
- Engstelle
- 60
- Schalldämpfer
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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