DE3248361C2 - Einlaßanordnung für einen Zweitaktmotor - Google Patents
Einlaßanordnung für einen ZweitaktmotorInfo
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Abstract
Die Erfindung schafft eine Einlaßanordnung für die Zufuhr eines Luft-Brennstoffgemischs zu einem kurbelkastengespülten Zweitaktmotor. Die Zufuhr des Gemischs zu jedem Kurbelkasten erfolgt über einen eigenen Vergaserstutzen und ein Flatterventil, welches eine Anzahl von Ventilklappen in einer kreisförmigen Anordnung aufweist. In einem vom jeweiligen Vergaser zum Flatterventil führenden, axialsymmetrischen Ansaugkanal ist ein am Flatterventil in Strömungsrichtung vorwärts hervorstehender, im wesentlichen konischer Strömungs-Leitkörper angeordnet.
Description
Die Erfindung bezieht sich auf einen kurbelkastengespülten
Verbrennungsmotor der im Oberbegriff von Anspruch 1 erläuterten Art.
Bei einem aus der GB-PS 13 84 583 bekannten, durch
Kurbelkastenpumpe aufgeladenen Vier-Takt-Otto-Motor hat der Ansaugkanal die Form eines rechteckigen
Schachtes, an dessen Einlaß der als rechteckige Platte ausgebildete Ventilsitzkörper befestigt ist. Dieser weist
einen in das Kurbelgehäuse ragenden, dachförmigen Vorsprung mit seitlichen, längsschlitzartigen Durchlässen
auf, auf dessen Außenseiten mehrere Ventilklappen befestigt sind, derart, daß ihre freien und bei Unterdruck
abhebenden Enden ins Kurbelgehäuse weisen. Der »Dachfirst« des ins Kurbelgehäuse ragenden, dachförmigen
Ventilsitzkörpers bildet ein den Ansaugkanal längsdurchsetzendes Strömungshindernis. AuT den Ansaugkanal
ist ein Rohrstutzen aufgesetzt, der sich in Ansaugrichtung trichterförmig erweitert und mit einem
Drosselklappen enthaltenden Rohrkanal verbunden ist In dem Rohrstutzen sind zwei in Ansaugrichtiing divergierende
Strömungsleitflächen vorgesehen, die quer /ur
Längsachse des Rechteckquerschnitts des Ansaugkanals verlaufen. Nachteilig ist dabei der trotz der im Kurbelgehäuse
liegenden Ventilklappen verhältnismäßig lange Ansaugweg, der durch die V-förmige Anordnung
der Ventilklappen bedingt ist Dazu kommt, daß die Strömung in Ansaugrichtung hinter den Strömungsleitflächen
noch einen erheblichen Weg zurückzulegen hat, bis sie durch die Durchlässe auf die Ventilklappen trifft
wobei auf diesem Weg die Strömungsleitflächen keinen Einfluß mehr haben. Ungünstig ist ferner, daß die Strömung
aufgeteilt werden muß und sich am »Dachfirst« des Vorsprunges staut dort geteilt und dabei stark verwirbelt
wird. Weiterhin ist es ungünstig, daß infolge des spitzen Winkels zwischen den Ventilklappen und der
Strömung die Kraftimpulse zum Abheben der freien Enden der Vcntilklappen klein sind und die Strömung
zudem unter einem sehr spitzen Winkel durch die Durchlässe gezwungen wird, deren in Strömungsrichtung
projizierte Durchgangsquerschnitte sehr klein sind. Infolge der in Strömungsrichtung bei und/oder unmittelbar
vor den Ventilklappen auftretenden Turbulenzen besteht die Gefahr, daß die Ventilklappen beim Verdichtungshub
nicht immer unmittelbar und zuverlässig in ihre Schließstellung gelangen, so daß verdichtetes
Brennstoff-Gasgemisch in den Rohrstutzen zurückschlägt, was eine zusätzliche Störung der Strömung und
eine Verschlechterung des Wirkungsgrades bewirkt. Um genügend Platz für den Vorsprung und die Ventilklappen
zu haben, ist es schließlich erforderlich, den Ansaugkanal verhältnismäßig weit aus dem Kurbelgehäuse
herauszuziehen.
Aus der US-PS 42 28 770 ist ein Zwei-Takt-Motor bekannt, bei dem der Ansaugkanal unmittelbar in den
Zylinder mündet, wobei das Brennstoff-Gasgemisch durch ein Fenster in der Kolbenschürze in das Kurbelgehäuse
strömen kann, wenn der Kolben eine bestimmte Stellung im Zylinder erreicht. Auch hierbei ist an der
Mündung des Ansaugkanals der Ventilsitzkörper als Platte befestigt, an dem zum Zylinder weisend ein dachförmiger
Vorsprung angebracht ist, auf dessen beiden Außenseiten eine Reihe von Ventilklappen festgelegt
ist. In dem Vorsprung ist ein langgestreckter Strömungsleitkörper mit einem Tragflächenprofil befestigt,
der sich mit seinem in Strömungsrichtung vorderen Teil bis in einen trichterförmigen Rohrstutzen hineinerstreckt,
an den ein mit dem Vergaser verbundenes Rohr angeschlossen ist. Auch hierbei ergibt sich ein unzweckmäßig
langer Ansaugweg und damit das Erfordernis, den Vergaser verhältnismäßig weit vom Motorblock
anzuordnen. Unter beschränkten Platzverhältnissen ist dies unzweckmäßig. Der Strömungsleitkörper reicht
hierbei bis in die Nähe der Durchlässe durch den Vorsprung. Jedoch trifft die zweigeteilte Strömung auf die
Durchlässe unter einem sehr spitzen Winkel auf, der eine einwandfreie Durchströmung der Öffnungen negativ
beeinflußt. Als Strömungshindernis wirkt weiterhin der Dachfirst des dachförmigen Vorsprungs, an dem
sich die Strömung staut und unmittelbar beim Eintritt in die Durchlässe verwirbelt wird. Aufgrund der Turbulenzen
in diesem Bereich läßt sich unter bestimmten Betriebsbedingungen das Zurückdrücken bereits komprimierten
Gemisches in den Ansaugkanal und bis in den
Vergaser nicht verhindern, was eine zusätzliche Strömungsstörung sowie eine Verschlechterung des Wirkungsgrades
ergibt Wegen des in Strömungsrichtung verhältnismäßig tiefen Vorsprunges muß der Ansaugkanal
weit aus dem Zylindergehäuse herausgezogen werden.
Aus der US-PS 38 15 559 ist ein Zwei-Takt-Motor bekannt, bei dem jeder Ventilsitzkörper zweiteilig ausgebildet
und im Inneren des Kurbelgehäuses um einen Kurbelwellenzapfen angeordnet ist Ein Strömungsleitkörper
fehlt überhaupt Für die einzelnen Durchlässe durch den Ventilsitzkörper liegen verschieden lange
Ansaugwege vor. Die Ansaugströmung muß nicht nur um 90° umgelenkt werden, sondern sie muß auch den
Kurbelwellenzapfen umgehen.
Bei dem Zwei-Takt-Motor gemäß der Zeitschrift »Kiaftrad«/24/November 1960, wird die Ansaugströmung
nicht nur um 90° umgelenkt, ehe sie die Ventilklappen von den Durchlässen abzuheben vermag, sondern
es fehlt auch ein Strömungsleitkörper, der eine vergleichsnväßigende Wirkung auf die Strömung ausüben
könnte.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Verbrennungsmotor der eingangs genannten Art zu schaffen,
bei dem ein an den Ansaugkanal angeschlossener Vergaser sehr nahe an die Ventilklappen herangesetzt
werden kann und bei dem sichergestellt ist, daß unter allen Betriebsbedingungen kein vorkomprimiertes
Brennstoff-Gas-Gemisch in den Ansaugkanal bzw. den Vergaser zurückschlagen kann.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Hauptanspruches gelöst.
Bei dieser Ausbildung ergibt sich ein außerordentlich
kurzer Ansaugweg zwischen einem an den Ansaugkanal angeschlossenen Vergaser und dem Inneren des Kurbelgehäuses.
Dies führt zu einem kompakten Verbrennungsmotor, wie er insbesondere für Bootsantriebe
zweckmäßig ist, wo üblicherweise sehr wenig Plate zur Unterbringung des Verbrennungsmotors vorliegt. Infolge
der kreisförmig um die Mitte des plattenförmigen Ventilsiizkörpers angeordneten Durchlässe und dem
unmittelbar an der Ventilklappe befestigten Strömungsleitkörper ergeben sich sehr günstige Strömungsverhältnisse,
insbesondere in dem Bereich, wo das angesaugte Brennstoff-Gasgemisch in die Durchlässe eintritt.
Turbulenzen werden speziell in diesem Bereich weitgehend vermieden, was zu dem Vorteil führt, daß
die Ventilklappen unter allen Betriebsbedingungen nach Beginn des Kompressionstaktes im Kurbelgehäuse
zuverlässig ihre Schließstellung einnehmen. Ein Vergaserpatschen wurde im praktischen Betrieb nicht mehr
festgestellt. Dies beruht vermutlich darauf, daß die Strömung zu den Durchlässen ohne eine Unterbrechung am
Strömungsleitkörper geführt wird und keine Toträume oder Umlenkungen mehr auftreten, die in Strömungsrichtung zwischen dem Strömungsleitkörper und den
Durchlässen Turbulenzen hervorrufen könnten.
In der Ausgestaltung der Unteransprüche wird die Kompaktheit und die Leistungsfähigkeit des erfindungsgemäßen
Verbrennungsmotors noch weiter verbessert
Im folgenden ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung erläutert. Es zeigt
F i g. I eine teilweise im Schnitt dargestellte Seitenansicht eines Motors mit einer Einlaßanordnung gemäß
der Erfindung,
F i g. 2 eine Seitenansicht des Kurbelgehäuses des Motors nach F i g. 1 nach Abnahme von Teilen der Einlaßanordnung,
F i g. 3 eine Innenansicht eines Gußteik der Einlaßanordnung,
F i g. 4 eine Innenansicht eines weiteren Teils der Einlaßanordnung,
F i g. 5 eine vergrößerte Schnittansicht eines Flatterventils und eines als Gußteil ausgebildeten Einlaufstutzens
und
F i g. 6 eine zerlegte Schrägansicht des Flatterventils insgesamt
Ein in einer Teilschnittansicht in Fig. 1 dargestellter
Dreizylinder-Zweitaktmotor mit einer erfindungsgemäßen Einlaßanordnung ist insbesondere für die Verwendung
in einem Außenbordantrieb eines Wasserfahrzeugs geeignet Wie bei einem Außenbordmotor üblich,
ist eine Kurbelwelle 11 um eine senkrechte Achse drehbar darin gelagert In den Zylindern 13 des Motors 10
geführte Kolben 12 sind über Pleuelstangen 14 antriebsübertragend mit der Kurbelwelle 11 verbunden. Für jeden
Zylinder 13 ist ein eigener Kurbelkastenraum 15 vorhanden, welcher durch die Kurbelwellenlager 16 von
den anderen Kurbelkästen getrennt ist.
Bei der Hin- und Herbewegung der Kolben 12 entsteht in dem jeweiligen Kurbelkastenraum 15 abwechselnd
ein Unterdruck und ein Überdruck, so daß sich eine Pumpwirkung ergibt. Die Kurbelkastenräume 15
sind jeweils von einem eigenen, einen einzigen Mischkanal aufweisenden Vergaser 17 mit einem Luft-Brennstoffgemisch
gespeist Die zu den mithin drei Vergasern 17 gehörigen Vergaserstutzen 18 sind in Strömungsverbindung
mit dem jeweiligen Kurbelkasten 15 am Kurbelgehäuse befestigt Die Speisung des jeweiligen Kurbelkastenraumes
15 ist mittels eines im zugeordneten Ansaugkanal angeordneten Flatterventils 19 gesteuert.
An den Einlassen der Vergaser 17 ist jeweils ein herkömmlicher Ansauggeräuschdämpfer 21 angebracht.
Beim Aufwärtshub der Kolben 12 wird ein Luft-Brennstoffgemisch in den jeweiligen Kurbelkastenraum 15 gesaugt
und beim Abwärtshub des Kolbens komprimiert, bis es über (nicht gezeigte) Überströmkanäle in den
jeweiligen Zylinder 13 gelangen kann. Im Zylinder 13 wird das Luft-Brennstoffgemisch dann beim nächsten
Aufwärtshub des Kolbens 12 komprimiert, durch eine Zündkerze 22 gezündet, um den Kolben abwärts zu
beschleunigen, und entweicht dann schließlich durch (nicht dargestellte) Auslaßschlitze, womit dann ein Arbeitszyklus
eines herkömmlichen Zweitaktmotors beendet ist.
Zu der Einlaßanordnung gehören zunächst die drei Vergaser 17, welche jeweils einen eine Venturidüse enthaltenden
Ansaugkanal bzw. Vergaserstutzen 18 von kreisförmigem Querschnitt aufweisen. Die Vergaser 17
dienen der Aufbereitung eines Gemischs aus Luft und Brennstoff in einem üblichen Mischungsverhältnis. Der
Zustrom des Luft-Brennstoff gemischs ist durch herkömmliche Drosselklappen 23 gesteuert, welche an der
Abströmseite der Venturidüsen in den Ansaugkanälen angeordnet sind.
Der Anschluß der Vergaser 17 am Kurbelkasten des Motors erfolgt über jeweils einen als ein Gußteil ausge-
eo bildeten Ansaugkanal 24. Dieser umgibt einen mit der Achse des Vergaserstutzens 18 fluchtenden, axialsymmetrischen
Durchlaß, welcher sich vom Vergaserstutzen aus zu seinem Austrittsende hin auf den beträchtlich
größeren Durchmesser einer Einlaßöffnung 25 des Kurbelkastens erweitert.
Zwischen dem Ansaugkanal 24 und dem Kurbelkasten 27 ist ein Ventilsitzkörper 26 angeordnet. Dieser
hat eine ringförmige Anordnung von neun einen kreis-
förmigen Querschnitt aufweisenden Durchlässen 28, deren äußere Randbereiche mit dem Rand des kreisförmigen
Einlasses des Kurbelkastens 27 fluchten. Um einer Ansammlung von Flüssigkeit im tiefsten Bereich des
Ansaugkanals vorzubeugen, ist einer der Durchlässe 28 an der tiefsten Stelle der Einlaßöffnung 25 des Kurbelkastens
angeordnet
An der Innenseite des Ventilsitzkörpers 26 sind drei Kiappenstege 29 befestigt Diese weisen jeweils drei
Ventilklappen 30 auf, welche die Durchlässe 28 im Nor- ίο
malzustand geschlossen halten und durch einen Unterdruck im jeweiligen Kurbelkastenraum 15 öffnend betätigbar
sind. Wie man insbesondere in Fig.6 erkennt,
trägt der Ventiisitzkörper 26 an der Innenseite eine Anordnung
von Ausrichtstiften 31, welche mit Bohrungen
32 der Klappenstege 29 in Eingriff bringbar sind, um die einzelnen Ventilklappen 30 auf die Durchlässe 28 ausgerichtet
zu halten. Die Klappenstege 20 sind mittels eines kreisförmigen Klemmstücks 33, welches den Ausrichtstiften
31 entsprechende Bohrungen 34 aufweist, am Ventilsitzkörper 26 befestigt Eine auf das Klemmstück
33 aufgelegte Sicherungsscheibe 35 hat eine abwärts abgewinkelte Zunge 36 für den Eingriff mit einem
Schlitz 37 des Klemmstücks 33 sowie eine zweite Zunge 38, welche nach dem Zusammenbau aufwärts abgewinkelt
wird, um eine Befestigungsschraube 39 gegen Verdrehen zu sichern. Da die einzelnen Ventilklappen 30
innerhalb der Einiaßanordnung symmetrisch angeordnet sind, sind sie im Betrieb im wesentlichen gleichen
Belastungen unterworfen.
Am Ventilsitzkörper 26 ist ein entgegen der Strömungsrichtung in den Ansaugkanal hineinragender
Strömungs-Leitkörper 40 von geschweifter Konusform geformt. Zusammen mit dem Ansaugkana: begrenzt der
Strömungs-Leitkörper einen Strömungskanal, welcher eine sich in Richtung auf die Durchlässe des Ventilsitzkörpers
stetig vergrößernde Querschnittsfläche hat. Wie man insbesondere in F i g. 2 und 5 erkennt, haben
die Durchlässe 28 an der Zuströmseile einen in die Kontur des Strömungs-Leitkörpers 40 überleitenden Rand
41, welcher eine möglichst störungsfreie Durchströmung der Durchlässe gewährleistet.
Ein Motor der vorstehend beschriebenen Art wurde zunächst ohne die an den Ventilshzkörpern geformten
Leitkörper erprobt. Dabei zeigte der Motor im Leerlauf sowie bei niedrigen Drehzahlen zwar ein günstigeres
Betriebsverhalten als ein Motor mit einem V-förmigen Flatterventil, bei höheren Drehzahlen war jedoch ein
häufiges Zurückschlagen durch den Vergaser zu beobachten. Das Zurückschlagen machte sich durch das Auftreten
von sichtbaren Wölkchen des Luft-Brennstoffgemischs an den Einlassen der Vergaser bemerkbar und
führte zu einer meßbaren Verringerung der Leistung bei erhöhtem Brennstoffverbrauch.
Bei Verwendung von jeweils mit einem Leitkörper versehenen Ventilsitzkörpern ergab sich eine überraschende
Leistungssteigerung bei verringertem Brennstoffverbrauch im höheren Drehzahlbereich ohne Leistungsabfall
bei niedrigen Drehzahlen. Ferner wurden an den Einlassen der Vergaser keinerlei Anzeichen für
ein Zurückschlagen beobachtet Somit schafft die Erfindung also eine Einlaßanordnung, welche im gesamten
Betriebsbereich des Motors eine hohe Leistung erbringt, einen kompakten Aufbau hat und auf einfache
Weise herstellbar ist
Hierzu 3 Blatt Zeichnungen
Claims (6)
1. Kurbelkastengespülter Verbrennungsmotor,
mit einem am Motor angeordneten Vergaser und einem Vergaserstutzen, mit quer zur Kurbelwellenachse
verlaufenden, koaxial zum Vergaserstutzen ausgerichteten Ansaugkanal zum Kurbelgehäuse,
mit einem im Ansaugkanal angeordneten Flatterventil, das aus einem mehrere Durchlässe aufweisenden
Ventilsitzkörper und darauf befestigten, ins Kurbelgehäuse öffnenden Ventilklappen besteht,
und mit einem im Ansaugkanal angeordneten Strömungsleitkörper, dadurch gekennzeichnet,
daß zum Verkürzen des Ansaugweges bei einem Zwei-Takt-Motor der Ventilsitzkörper (26) eine
kreisförmige Platte mit kreisförmig um die Plattenmitte verteilten Durchlässen (28) ist, und daß der
Strömungsleitkörper (40) annähernd kegelige Form hat und an der den Ventilklappen (30) abgewandten
Plattenseite mit sich in Ansaugrichtung vergrößerndem
Durchmesser mittig angeordnet ist
2. Kurbelkastengespülter Verbrennungsmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die
Ränder (41) der Durchlässe (28) in die Kontur des Strömungsleitkörpers (40) übergehen.
3. Kurbelkastengespülter Verbrennungsmotor nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet,
daß die Durchlässe (28) im wesentlichen kreisförmig sind.
4. Kurbelkastengespülter Verbrennungsmotor nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch
gekennzeichnet, daß der Ansaugkanal (24) einen kreisförmigen Querschnitt besitzt und — in einem
Längsschnitt gesehen — mit einem annähernd von der Höhe der Spitze des Strömungsleitkörpers
(40) beginnend bis zum Ventilsitzkörper (26) allmählich zunehmendem Durchmesser ausgebildet ist, und
daß der Ventilsitzkörper (26) senkrecht zur Achse des Ansaugkanals (24) angeordnet ist.
5. Kurbelkastengespülter Verbrennungsmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der
Strömungsleitkörper (40) mit dem Ventilsitzkörper (26) einstückig ist.
6. Kurbelkastengespülter Verbrennungsmotor nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch
gekennzeichnet, daß die Ventilklappen (30) mit ihren zur Ansaugkanalachse weisenden Klappenstegen
(29) zentral am Ventilsitzkörper (26) befestigt sind.
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