DE19516142A1 - Zweitaktmotor - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Zweitaktmotor, dessen Zylinder vom Kolben gesteuerte Einlaßöffnungen für das Einströmen der Frischgase in den Brennraum aufweist.

Bei einem Zweitaktmotor herkömmlicher Bauart werden die Einlaß- und Auslaßöffnungen in der Wandung des Zylinders vom Arbeitskolben gesteuert. Bei größeren Motoren können hierfür auch Ventile oder Schieber vorgesehen sein. Wichtig hierbei ist, daß die Auslaßöffnungen vor den Einlaßöffnungen geöffnet werden, damit der Druck im Brennraum schon auf den Druck der Verbrennungsgase gesunken ist, so daß keine Abgase in die Saugleitung strömen und die Spülung beeinträchtigen können.

Bei einer solchen Steuerung sind nur bei einer bestimmten Drehzahl des Zweitaktmotors optimale Verhältnisse erzielbar. Aber auch unter günstigen Bedingungen läßt es sich nicht vermeiden, daß ein Anteil der einströmenden Frischgase mit den Verbrennungsgasen austritt. Dadurch wird nicht nur der Wirkungsgrad des Motors beeinträchtigt, sondern das Austreten von Frischgasen führt auch zu einer unerwünschten Luftverschmutzung.

Hier will die Erfindung Abhilfe schaffen. Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, bei einem Zweitaktmotor die Gasführung, insbesondere der Verbrennungsgase so zu verbessern, daß durch eine bessere Füllung des Brennraumes zum einen eine beachtliche Leistungssteigerung erzielbar ist und zum anderen durch eine bessere Verbrennung weniger Schadstoffe ausgestoßen werden. Außerdem strebt die Erfindung an, die Steuerzeiten zwischen Ein- und Auslaßöffnungen leichter als bisher abstimmen zu können.

Diese Aufgabe wird bei einem Zweitaktmotor der eingangs erwähnten Art erfindungsgemäß durch die Merkmale im Kennzeichen des Anspruchs 1 gelöst.

Der nach der Erfindung vorgesehene Steuerkolben dient dazu, die in den Bereich des Steuergehäuses verlegten Auslaßöffnungen zu einem gewünschten Zeitpunkt nach der Verbrennung freizugeben. Der Hauptzylinder enthält nur noch Einlaßöffnungen. Anders als bisher strömen die Gase nur in einer einzigen Richtung durch den Brennraum. Es findet also keine Umlenkung bzw. Kreuzung der Gase im Brennraum des Hauptzylinders statt. Diese verbesserte Gasführung führt zu einer besseren Füllung und damit zu einer Leistungssteigerung. Mit der außerdem erzielbaren besseren Verbrennung der Frischgase ist eine Verringerung der Schadstoffemissionen verbunden. Auf weitere Vorteile wird später eingegangen.

Vorteilhafte weitere Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Da der Hilfskolben lediglich Steuerfunktionen erfüllt, ist es zweckmäßig, den Steuerkolben kleiner zu bemessen als den Hauptkolben.

Die getriebliche Verbindung der beiden Kurbelwellen kann mit herkömmlichen Mitteln, z. B. durch eine Kette oder einen Zahnriemen bewirkt werden.

Weiter ist es zweckmäßig, die Winkellage der beiden Kurbelwellen zueinander veränderbar zu gestalten. Dies ermöglicht auf einfache Weise eine drehzahlabhängige Verstellung der Steuerzeitpunkte zwischen den Ein- und Auslaßöffnungen.

Das Steuergehäuse hat kleinere Abmessungen als der Hauptzylinder. Aufgrund dessen ist es zweckmäßig, das Steuergehäuse gegenüber der Achse des Hauptzylinders außermittig und leicht geneigt anzuordnen, wodurch im Fußteil des Steuergehäuses ein frei liegender Abschnitt entsteht, in dem die Bohrung für die Zündkerze angeordnet wird.

Nach einer anderen zweckmäßigen Weiterbildung ist vorgesehen, daß die Einlaß- und Auslaßöffnungen sich im wesentlichen über den gesamten Umfang der jeweiligen Zylindergehäuse erstrecken.

Da der Hauptzylinder nur noch Einlaßöffnungen enthält, steht für die Einlaßöffnungen ein größerer Querschnitt über den gesamten Umfang des Hauptzylinders zur Verfügung. Das gleiche gilt für die Auslaßöffnungen im Steuergehäuse. Hierdurch sind vor allem im Einlaßbereich bessere thermische Bedingungen erzielbar. Der Leistungsverlust für den Steuerteil ist gering oder gar ausgeglichen. Je nach Auslegung kann der Steuerkolben auch mit antreiben, so daß ein Leistungsüberschuß besteht. Durch die gegenläufige Arbeitsweise des Steuerkolbens entsteht ein teilweiser Massenausgleich. Im Falle einer Unterbrechung der Verbindung der beiden Kurbelwellen besteht keine Kollisionsgefahr zwischen Haupt- und Steuerkolben.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung schematisch dargestellt und wird nachfolgend näher erläutert. Die einzige Zeichnung zeigt einen Axialschnitt eines Zweitaktmotors gemäß der Erfindung, wobei in der linken Hälfte die Kolben die untere und in der rechten Hälfte die obere Totpunktstellung einnehmen.

Der dargestellte Zweitaktmotor stimmt bis zur Oberkante des Zylinders mit einem herkömmlichen Zweitaktmotor überein mit dem einzigen Unterschied, daß der Zylinder keine Auslaßöffnungen aufweist.

Der Hauptzylinder 1 ist an seinem unteren Ende mit einem Kurbelgehäuse 2 fest verbunden. Im Kurbelgehäuse 2 ist eine Kurbelwelle drehbar gelagert, die einen Kurbelzapfen 3 aufweist, an dem ein Pleul 4 angreift. Das freie Ende des Pleuls 4 trägt einen Arbeitskolben 5, der im Hauptzylinder 1 auf- und abbewegbar geführt ist.

Die linke Hälfte der Schnittzeichnung zeigt den Arbeitskolben 5 in seiner unteren Totpunktstellung. In dieser Stellung gibt der Kolbenboden 6 schlitzförmige Einlaßöffnungen 7 in der inneren Mantelfläche des Hauptzylinders 1 frei. In der Wandung des Hauptzylinders 5 verlaufen achsparallele Überströmkanäle 8, die vom Innenraum des Kurbelgehäuses 2 ausgehen und zu den Schlitzen der Einlaßöffnungen 7 führen. Für die Zufuhr der Frischgase ist in der Wandung des Kurbelgehäuses 2 eine Öffnung als Einlaß 9 enthalten.

Im Bereich des Brennraumes 10 ist im Mantel des Hauptzylinders 1 in bekannter Weise ein Kühlkanal 11 für ein strömendes Kühlmittel eingelassen. Den oberen Abschluß des Hauptzylinders 1 bildet eine ebene Ringdichtfläche 12 gegen die bei einem herkömmlichen Zweitaktmotor der Zylinderkopf verspannt ist.

Bei dem neuen Zweitaktmotor ist anstelle eines Zylinderkopfes ein Steuergehäuse 13 am Hauptzylinder 1 verspannt. Das Steuergehäuse 13 enthält einen Hilfszylinder 14 mit zugehörigem Kurbelgehäuse 15 und einen Steuerkolben 16. Der Steuerkolben 16 steht über ein Pleul 17 mit dem Kurbelzapfen 18 einer nicht dargestellten Kurbelwelle in Verbindung. Die nicht dargestellte Kurbelwelle ist mit der Kurbelwelle des Arbeitskolbens 5 getrieblich derart verbunden, daß der Arbeitskolben 5 und der Steuerkolben 16 gegenläufige Bewegungen ausführen. Dies bedeutet, daß beide Kolben 5, 16 im Normalfall zum einen gleichzeitig die untere Totpunktstellung und zum anderen gleichzeitig die obere Totpunktstellung einnehmen. Diese beiden Stellungen sind in der Zeichnung einerseits in der linken und andererseits in der rechten Hälfte der Schnittansicht dargestellt.

Das Steuergehäuse 13 ist im Fußteil wie ein Zylinderkopf gestaltet und ist mit Hilfe von Schrauben, wie es an der Stelle 19 angedeutet ist, mit dem Hauptzylinder 1 fest verbunden. Der Zylinder 14 des Steuergehäuses 13 hat kleinere Abmessungen als der Hauptzylinder 1 und ist in bezug auf den Fußteil 20 außermittig in einer leichten Schrägstellung angeordnet. Dadurch entsteht im Fußteil 20 ein freiliegender Abschnitt, der für die Anbringung der Gewindebohrung 21 für das Einschrauben der Zündkerze genutzt wird.

In der inneren Mantelfläche des Zylinders 14 des Steuergehäuses sind Schlitze über den Umfang verteilt angeordnet, die die Auslaßöffnungen 22 bilden. Die Schlitze münden in einen umlaufenden Kanal 23, der mit dem Auslaß 24 des Zweitaktmotors in Verbindung steht. Die Schlitze der Auslaßöffnungen 22 haben eine solche Lage, daß sie vom Steuerkolben 16 vollständig freigegeben sind, wenn dieser seine untere Totpunktstellung einnimmt. Die Freigabe der Auslaßöffnungen 22 setzt ein, bevor die Einlaßöffnungen 7 vom Arbeitskolben 5 freigegeben werden.

Im rückwärtigen Abschnitt des Mantels des Zylinders 14 ist ebenfalls ein Kühlkanal 25 vorgesehen. Die getriebliche Verbindung zwischen den beiden Kurbelwellen ist in der Zeichnung nicht veranschaulicht. Für diese Verbindung werden bekannte Elemente, wie beispielsweise eine Kette oder ein Zahnriemen, eingesetzt. Das Übersetzungsverhältnis ist 1 : 1. Die Winkellage der beiden Kurbelwellen zueinander kann fest oder veränderbar sein. So kann beispielsweise durch eine drehzahlabhängige Verstellung der Winkellage der beiden Kurbelwellen eine bessere Anpassung der Steuerzeiten zwischen Ein- und Auslaßöffnungen bewirkt werden.

Während des Betriebes des Zweitaktmotors strömen die angesaugten Frischgase durch die Einlaßöffnungen 7 etwa gleichmäßig über den Umfang verteilt in den Brennraum 10 ein. Die Verbrennungsgase verlassen dagegen den Brennraum 10 am entgegengesetzten Ende durch die Auslaßöffnungen 22. Eine Umlenkung und damit teilweise Kreuzung der Gasströme wie bei einem herkömmlichen Zweitaktmotor findet bei dem neuen Zweitaktmotor nicht statt. Die verbesserte Gasführung ergibt eine bessere Füllung (Spülung) des Brennraumes und damit eine bessere Verbrennung. Die bessere Verbrennung hat eine Verringerung der Schadstoffemissionen zur Folge.

Claims (6)

1. Zweitaktmotor, dessen Zylinder vom Kolben gesteuerte Einlaßöffnungen für das Einströmen der Frischgase in den Brennraum aufweist, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:

• a) auf die Dichtfläche (12) des Zylinders (1) ist (anstelle eines Zylinderkopfes) ein Steuergehäuse (13) mit einer Kurbelwelle (18), einem Steuerzylinder (14) und einem hängenden Steuerkolben (16) aufgesetzt und mit dem Zylinder (1) fest verbunden,
• b) die Kurbelwelle (18) des Steuerkolbens (16) ist mit der Kurbelwelle (3) des Motors im Verhältnis 1 : 1 getrieblich derart verbunden, daß die beiden Kolben (5, 16) sich gegenläufig bewegen, und
• c) der Steuerzylinder (14) des Steuerkolbens (16) enthält Auslaßöffnungen (22) für die Verbrennungsgase, die freigegeben sind, wenn der Steuerkolben (16) seine untere Totpunktstellung einnimmt.

2. Zweitaktmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerkolben (16) kleinere Abmessungen als der Hauptkolben (5) hat.

3. Zweitaktmotor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Kurbelwellen (3, 18) durch eine Kette oder einen Zahnriemen getrieblich miteinander verbunden sind.

4. Zweitaktmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Winkellage der beiden Kurbelwellen (3, 18) zueinander veränderbar ist.

5. Zweitaktmotor nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuergehäuse (13) gegenüber der Achse des Hauptzylinders (1) außermittig und leicht geneigt angeordnet ist und daß in dem durch die versetzte Anordnung entstandenen frei liegenden Fußabschnitt (20) des Steuergehäuses (13) die Bohrung (21) für die Zündkerze angeordnet ist.

6. Zweitaktmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Einlaß- und Auslaßöffnungen (7 und 22) sich im wesentlichen über den gesamten Umfang der jeweiligen Zylindergehäuse (1 bzw. 14) erstrecken.