DE19742552A1 - Verbrennungsmotor mit Kolbeneinlass - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen als Hubkolbenmotor ausgebildeten Verbrennungsmotor.

Verbrennungsmotoren existieren in unterschiedlichen Bauformen als Diesel- oder Otto-Motoren nach dem Zwei- oder Viertaktprinzip. Außerdem sind wenigstens im Modell­ baubereich noch Glühkerzenmotoren sehr verbreitet. Allen diesen Motoren ist gemeinsam, daß sie über im Zylinder­ kopf angeordnete Ventile oder die Lauffläche durchsetzende Schlitze gesteuert sind. Weniger verbreitete Spezialkon­ struktionen kombinieren auch ein in dem Zylinderkopf angeordnetes Ein- oder Auslaßventil mit in der Lauffläche angeordneten Aus- oder Einlaß-Schlitzen.

Die genannten Motoren haben aufgrund ständiger Wei­ terentwicklung einen hohen Reifegrad erreicht, wobei jedoch systembedingte Grenzen kaum zu überwinden sind. Insbesondere im Hinblick auf eine höhere Leistungsausbeute ist deshalb schon früh vorgeschlagen worden, zusätzlich zu einem vorhandenen Einlaßventil ein weiteres Einlaßventil im Kolbenboden vorzusehen, womit die Füllung des Zylinders verbessert werden sollte. Überdies ist versucht worden, die Spülung des Zylinders allein durch ein an dem Kolben vorgesehenes Einlaßventil zu bewirken.

Ein Beispiel für eine solche Konstruktion ist bei­ spielsweise aus der GB-PS 247 391 ersichtlich, die einen Zweitaktmotor mit zwangsgesteuertem Kolbenventil offen­ bart. Das Kolbenventil wird über eine Hebelverbindung durch die Bewegung des Pleuels gesteuert, wozu an dem Pleuel oder dem Kolbenbolzen entsprechende Kurven- oder Nockenmittel vorgesehen sind.

Es ergibt sich eine relativ komplizierte zur Steue­ rung des Ventils erforderliche Mechanik, die bei höheren Motordrehzahlen großen Beschleunigungen unterliegt.

Aus der DE-PS 5 51 814 ist ein Viertaktmotor mit im Zylinderkopf vorgesehen Ein- und Auslaßventilen geoffen­ bart, der zur Leistungssteigerung zusätzlich noch ein im Kolbenboden vorgesehenes Ventil aufweist. Dieses ist gasdruckgesteuert. Es wird durch ein Tellerventil gebil­ det, dessen Durchmesser etwa halb so groß ist wie der Durchmesser des Kolbens.

Die Öffnung des im Kolben vorgesehenen Ventils hängt von den Druckverhältnissen, d. h. der Druckdifferenz zwi­ schen Kurbelgehäuse und Brennraum ab und ist somit in hohem Maße von dem Lastpunkt und der Einstellung der Vergaser abhängig.

Schließlich ist aus der DE 34 21 979 A1 ein schlitz­ gesteuerter Zweitaktmotor bekannt, der anstelle der sonst verbreiteten Überströmkanäle und -schlitze in der Lauf­ fläche ein Klappenventil an dem Kolbenboden aufweist. Dieses ist trägheitsgesteuert, wozu an der Klappe ein Gegengewicht vorgesehen ist. Dieses wirkt infolge seines Schwungs bei der Abwärtsbewegung des Kolbens für die Klappe öffnend, wenn der Kolben vor seinem unteren Tot­ punkt allmählich abbremst.

Um das Öffnen der Klappe durch den Schwung des Gegen­ gewichts bewirken zu können, muß dieses jenseits einer Dreh- oder Gelenkachse der Klappe angeordnet sein. Um für das Gegengewicht ausreichend Platz zu haben, muß die Dreh- oder Gelenkachse ungefähr bei dem Durchmesser des Kolbenbodens liegen, wodurch die für die Klappe zur Ver­ fügung stehende Fläche des Kolbenbodens beschränkt ist. Die Größe des Überströmventils kann somit nicht optimal festgelegt werden.

Die aktuellen Anforderungen an Verbrennungsmotoren unterscheiden sich deutlich von früheren Entwicklungs­ zielen. Bestand in der Vergangenheit das Ziel meist in einer Leistungsoptimierung, treten heute andere Anforde­ rungen, wie die Erzeugung eines möglichst großen Maximal­ drehmoments schon bei geringen Motordrehzahlen, die Erzie­ lung eines möglichst breiten nutzbaren Drehzahlbands, die Erzielung größtmöglicher Laufruhe, eine möglichst hohe Lebensdauer, d. h. geringer Verschleiß sowie minimierter Verbrauch bei weitestmöglich reduzierter Abgasemission in den Vordergrund. Von der Vielzahl der genannten Anforde­ rungen sind die Reduktion des Kraftstoffverbrauchs und die Verminderung der Abgasemissionen von oberster Bedeutung.

Bekanntermaßen lassen sich mit Zweitaktmotoren rela­ tiv hohe Drehmomente und hohe Leistungen bei niedrigem Hubvolumen erzielen. Jedoch sind Zweitaktmotoren infolge von auftretenden Spülverlusten und der kritischen Schmie­ rung zumindest hinsichtlich ihrer Kohlenwasserstoffemis­ sionen nachteilig.

Davon ausgehend ist es Aufgabe der Erfindung, einen Verbrennungsmotor mit guten Betriebseigenschaften zu schaffen.

Diese Aufgabe wird durch den Verbrennungsmotor mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.

Der erfindungsgemäße Verbrennungsmotor ist ein Fremd­ zünder, Selbstzünder oder Glühzünder und nutzt das Kur­ belgehäuse zur Spülung des Zylinders, wobei der Gasüber­ tritt von dem Kurbelgehäuse zu dem Zylinder durch ein an dem Kolbenboden angeordnetes Einlaßventil gesteuert wird. Dieses ist im Wesentlichen fremdgesteuert. Dies wird durch zwei Anschlagmittel, eines an dem Ventilverschlußglied und eines ortsfest bezüglich des Kurbelgehäuses oder des Motorgehäuses realisiert. Kommt der Kolben bei seinem Abwärtshub in die Nähe des unteren Totpunkts, kommen die beiden Anschlagmittel miteinander in Anlage, d. h. das Ventilverschlußglied setzt an dem ortsfesten Anschlag auf und wird somit stärker abgebremst als der Kolben, der sich noch wenige Millimeter weiterbewegt. Dadurch wird ein Öffnen des Einlaßventils bewirkt.

Wenigstens eines der Anschlagmittel ist mit einem Federmittel versehen, indem beispielsweise das Anschlag­ mittel selbst federnd ausgebildet ist. Mit dieser Maßnahme wird nicht nur ein Abfedern des auf den ortsfesten An­ schlag aufsetzenden Ventilverschlußglieds, sondern dar­ über hinauch noch eine gewisse und begrenzte Gasdruck­ empfindlichkeit des Ventilverschlußglieds erreicht.

Der dementsprechend aufgebaute Verbrennungsmotor weist, wie Prüfstandsversuche gezeigt haben, eine sehr hohe Laufruhe und eine Lebensdauer auf, die herkömmlichen Zweitaktmotoren in nichts nachsteht.

Bei einer einfachen und zugleich für sehr hohe Dreh­ zahlen geeigneten Ausführungsform des Verbrennungsmotors ist das Federmittel an dem Ventilverschlußglied angeord­ net und beispielsweise als ein- oder mehrlagige Blattfeder ausgebildet. Die Blattfeder weist eine innere Dämpfung auf, die Schwingungs- und Prelleffekte ausreichend unter­ drückt, während die Blattfeder als ventilverschlußseiti­ ges Anschlagmittel dient, ist ihr als ortsfestes Anschlag­ mittel ein Zapfen, ein Stift oder eine starre Nase zu­ geordnet, auf die sie mit ihrem freien Ende aufsetzt, bevor der Kolben seinen unteren Totpunkt erreicht. Dadurch wird das Ventilverschlußglied in seine Offenstellung überführt.

Bei dieser Ausführungsform ist das Ventilverschluß­ glied einseitig, beispielsweise über Zugfedern oder eine Blattfeder gefaßt, die das Ventilverschlußglied auf seine Schließstellung hin vorspannen und zugleich eine gewisse Lagerung bewirken. Die Öffnungsbewegung des Ven­ tilverschlußglieds erfolgt asymmetrisch oder einseitig, beispielsweise auf einer einem Auslaß-Schlitz gegenüber­ liegenden Seite. Dies minimiert Spülverluste.

Ein zu starkes Zurückdrücken von verbranntem Gemisch in das Kurbelgehäuse kann durch das genannte, zwischen den Anschlagmitteln wirkende Federmittel verhindert werden. Ist, wenn der Kolben seinen unteren Totpunkt erreicht, noch ein relativ hoher Druck in dem Zylinder vorhanden, hält dieser das Einlaßventil noch zu, obwohl die An­ schlagmittel miteinander in Anlage stehen. Erst, wenn durch den Auspuffkanal ein Druckabbau vonstatten gegangen ist und/oder das Federmittel an einer Hubbegrenzung an­ liegt, öffnet das Einlaßventil und bleibt mindestens solange offen, wie es mit der Blattfeder auf dem Anschlag aufsitzt. Diese Maßnahme gestattet eine Verengung des Auspuffkanals zu einem einem relativ geringen Querschnitt, was hinsichtlich der Abgasentwicklung vorteilhaft ist. Der Auslaßquerschnitt des Auspuffkanals beträgt bei Qudrathu­ bern ein Zwanzigstel bis ein Dreißigstel, vorzugsweise ein Fünfundzwanzigstel der Kolbenbodenfläche. Die Spülung erfolgt gegen einen relativ hohen Zylinderinnendruck, wodurch Auspuffgas als Inertgas im Brennraum erhalten bleibt. Gerade im Teillastbetrieb ergeben sich damit höhere Verdichtungen mit verbesserten Wirkungsgraden.

Außerdem bewirkt die auf diese Weise erzielte innere Abgasrückführung eine Verminderung der Schadstoffemission.

Als Hubbegrenzung für das Federmittel dienen bspw. Anlageflächen, die einen Federhub festlegen, der geringer als die Hälfte, vorzugsweise geringer als ein Viertel des Ventilhubs ist.

Der Strömungsquerschnitt des Auspuffkanals ist vor­ zugsweise nicht oder nur wenig größer als der Strömungs­ querschnitt des Ventilspalts des Einlaßventils. Dadurch ergibt sich fast resonanzunabhängig ein hier gewünschter hoher Gegendruck.

Bei der Spülart mit Spülung durch das erfindungsgemäß betätigte Kolbenventil können Spülverluste minimiert oder sogar vollkommen ausgeschlossen werden. Die Ventilsteue­ rung des erfindungsgemäßen Motors gestattet die Verengung des Auslaßquerschnitts und somit eine Erhöhung des Zylin­ derinnendrucks mit Rückbehaltung von Restgas. Dies bedeu­ tet umgekehrt, daß keine Frischgase in den Auspuff gelan­ gen können. Dies vermindert den Kraftstoffverbrauch des Motors, der aufgrund seiner geringen inneren Reibung somit einen guten Wirkungsgrad zeigt. Der durch das Einlaß­ ventil hereinkommende Gasstrom legt sich als zunächst dünner Mantel um die Abgase und schiebt diese aus. Die Spülung erfolgt durch Verdrängung und weniger durch Im­ pulsübertragung. Dies wird durch die nahezu wandparallele Strömungsrichtung des Spülgasstroms im Anschluß an das Ein­ laßventil erreicht.

Die Spülung gegen einen erhöhten Zylinderinnendruck ist bei dem erfindungsgemäßen Motor dank des Wegfalls herkömmlicher Überströmkanäle möglich, die ansonsten die erzielbare Volumenänderung des Kurbelgehäuses und somit den Spüldruck reduzieren. Die Spülung gegen den erhöhten Innendruck kann besonders wirksam werden, wenn das Kurbel­ gehäuse mit einem Membraneinlaß versehen ist, der ein Rückschieben von Gemisch verhindert.

Alternativ kann das Federmittel auch ortsfest an­ geordnet werden, wobei das Ventilverschlußglied dann direkt oder beispielsweise über ein oder zwei Druckstifte auf dem Federmittel aufsetzt. Das Federmittel wird dann durch ein oder mehrere an dem Kurbelgehäuse oder dem sonstigen Motorgehäuse angeordnete Federpakete gebildet, die als Zungen radial nach innen unterhalb des Kolbens in den Zylinderraum vorstehen. Bei dieser Bauart läßt sich ein Öffnen des Einlaßventils als reine Linearbewegung ohne Kippbewegung erzielen.

Es hat sich als besonders vorteilhaft herausgestellt, das Ventilverschlußglied möglichst groß auszubilden, so daß zwischen dem äußeren Rand des teller- oder scheiben­ förmigen Ventilverschlußglieds und der Kolbenlauffläche ein vergleichsweise enger Schlitz gebildet wird. Dies bewirkt eine starke Anströmung der Lauffläche durch her­ einkommendes Frischgas während des Spülvorgangs und eine hohe Gasgeschwindigkeit. Durch die starke Umlenkung des Spülgases in diesem Bereich von einer radialen Strömungs­ richtung zur zunächst wandparallelen Strömung schlägt sich beispielsweise mit dem Gasluftgemisch mitgeführtes Öl fast vollständig auf der Zylinderlauffläche nieder. Die nach­ folgende Verbrennung ist deutlich sauberer als bei her­ kömmlichen Zweitaktmotoren. Die Entwicklung von Blaurauch wird fast vollständig unterdrückt. Verstärkt wird dieser Effekt noch, wenn der Ventilhub des Ventilverschlußglieds auf maximal ein Zehntel des Kolbenhubs begrenzt wird. Der sich zwischen Ventilverschlußglied und Kolben ausbildende enge Überströmspalt erzeugt hohe Gasgeschwindigkeiten und somit eine starke Beschleunigung des Fristgases im Um­ lenkbereich beim Aufprall an der Zylinderwand. Dieser Effekt ist unabhängig davon, ob der Überströmspalt ring­ förmig (reiner Axialhub des Ventilverschlußglieds) oder sichelförmig (kippendes Ventilverschlußglied) ist.

Bei dem erfindungsgemäßen Motor wird, insbesondere wenn das Einlaßventil nahezu den gesamten Kolbenboden einnimmt (Durchmesserverhältnis 0,8 bis 0,9), erreicht, daß auch bei reichlicher Schmiermittelzufuhr kaum Schmiermittel in den Verbrennungsbereich gelangt. Sind die Sitzflächen des Ventiltellers (Ventilverschlußglied) und des Ventilsitzes (Kolbenboden) plan ausgebildet, durch­ läuft der Gasstrom bei geöffnetem Einlaßventil eine rechtwinklig geknickte Kurve, was, im Gegensatz zu kegel­ förmigen Ventilsitzen, die einen schwächeren Knick des Gasstroms zur Folge haben, zu einem guten Ölniederschlag führt. Beim Auspufftakt wird überschüssiges Öl deshalb nicht als Dampf, sondern in Form relativ großer Tropfen nach außen in den Auspuffkanal geführt. Das hier ankom­ mende Öl ist relativ kalt. Es hat die Temperatur der Lauffläche, nicht aber eine durch Verbrennung erhöhte Temperatur, wie es der Fall wäre, wenn es dampfförmig im Bereich der Verbrennung gewesen wäre. Es schlägt sich deshalb schon an einfachen Prallplatten nieder. Ein ver­ besserter Ölniederschlag kann durch porige Ölabscheider, wie Drahtgewebe oder -gestricke, keramische Schwämme oder Glas- oder Keramikfasergestricke erreicht werden. Das Abgas ist, wie Messungen gezeigt haben, sehr arm an unver­ brannten Kohlenwasserstoffen.

Außerdem können die plan ausgebildeten Sitzflächen einen Ausgleich und eine Anpassung an unterschiedliche Wärmedehnungen und -Verformungen von Kolben und Ventilver­ schlußglied in Radialrichtung bewirken. Darüber hinaus wird eine scharnier- und führungslose Lagerung des Ventil­ verschlußglieds ermöglicht. Diese ist besonderunempfind­ lich.

Die im Motor erfolgende effektive Trennung von Frischgas und Schmiermittel ermöglicht die Rückführung von Schmiermittel, beispielsweise zu einer Frischöldosierpumpe oder in den Kraftstoff. Auch die Rückführung in einen Öltank zur Ablieferung als Altöl oder die Sammlung in einer bspw. keramischen Filterkartusche ist möglich.

Weitere vorteilhafte Einzelheiten ergeben sich aus Unteransprüchen, den Zeichnungen und der zugehörigen Beschreibung.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des Gegenstandes der Erfindung dargestellt. Es zeigen:

Fig. 1 einen erfindungsgemäßen Zweitaktmotor, in schematisierter Längsschnittdarstellung,

Fig. 2 den Kolben und den Kurbeltrieb des erfin­ dungsgemäßen Zweitaktmotors nach Fig. 1, in perspektivi­ scher Explosionsdarstellung,

Fig. 3 den Kolben und den Kurbeltrieb nach Fig. 2, in teilweise aufgebrochener Perspektivdarstellung,

Fig. 4 den Kolben und den Kurbeltrieb nach Fig. 3 mit abgenommenem Kolbenventil,

Fig. 5 einen Kolben und Kurbeltrieb mit einer abge­ wandelten Ausführungsform eines Einlaßventils für den Zweitaktmotor nach Fig. 1,

Fig. 6 den Zweitaktmotor nach Fig. 1, mit in unterer Totpunktlage befindlichem Kolben und geöffnetem Einlaß­ ventil,

Fig. 7 eine abgewandelte Ausführungsform eines mit einem Einlaßventil versehenen Kolbens, in schematisierter Darstellung,

Fig. 8 einen Zweitaktmotor in einer abgewandelten Ausführungsform, mit federnden Ventilanschlägen und in einer Längsschnittdarstellung,

Fig. 9 einen Zweitaktmotor in einer abgewandelten Ausführungsform, in schematisierter Längsschnittdarstel­ lung,

Fig. 10 den Zweitaktmotor mit seiner Abgasanlage und seinem Schmiersystem, in aufs Äußerste schematisierter Darstellung und

Fig. 11 einen Ausschnitt eines in der Abgasanlage des Verbrennungsmotors angeordneten Ölabscheiders, in schematisierter Perspektivdarstellung.

Beschreibung

In Fig. 1 ist ein Zweitaktmotor 1 veranschaulicht, der einen mit einem Zylinderkopf 2 versehenen Zylinder 3 und ein Kurbelgehäuse 4 aufweist. In dem geschlossen ausgebildeten Kurbelgehäuse 4 ist eine Kurbelwelle 5 gelagert, die über ein Pleuel 6 mit einem in dem Zylinder 3 abgedichtet und hin- und hergehend verschiebbar gelager­ ten Kolben 7 verbunden ist. Das Kurbelgehäuse 4 ist rela­ tiv eng gebaut und umschließt die Kurbelwelle 5 ohne unnötige Toträume. Die Kurbelwelle 5 kann, wie darge­ stellt, um eine Drehachse 8 drehbare und mit Gegengewich­ ten 9 versehene Kurbelarme 10 aufweisen, die untereinander durch einen Kurbelzapfen 11 verbunden sind. Alternativ können die Kurbelwangen als Scheiben ausgebildet sein, wodurch das Kurbelgehäuse 4 noch verengt wird und besser pumpend wirkt.

Für den Gaseinlaß ist das Kurbelgehäuse 5 mit einem Membranventil 12 versehen, an das beispielsweise ein Vergaser oder eine Luftzuführungsanlage mit Kraftstoffein­ spritzung angeschlossen ist. Das Membranventil 12 weist als Rückschlagklappen wirkende Federmembranen 13, 14 auf, die druckgesteuert eine Strömung in das Kurbelgehäuse 4 hinein, jedoch nicht aus diesem heraus zulassen.

Der Zweitaktmotor 1 ist ein gemischgespülter Motor, der zur Spülung ein Einlaßventil 16 aufweist, das an dem Kolben 7 bzw. dessen Kolbenboden 17 (siehe insbesondere Fig. 2) vorgesehen ist.

Das Einlaßventil 16 ist ein flacher Teller 18, der an seiner dem Kolbenboden 17 zugewandten Unterseite eine plan ausgebildete Sitzfläche 19 aufweist. Dieser ist eine ringförmige, an der arbeitsraumseitigen Stirnseite des Kolbens 7 angeordnete Sitzfläche 20 zugeordnet, die der flächigen Anlage des Tellers 18 dient. Die Sitzflächen 19, 20 sind plan ausgebildet. Der Teller 18 weist einen Durch­ messer auf, der nur geringfügig geringer ist als der Außendurchmesser des Kolbens 7. Beispielsweise hat er einen Durchmesser von 47 mm, während der Kolben 7 einen Durchmesser von 53 mm aufweist. Auf diese Weise bildet sein äußerer Rand 21 mit der Zylinderlauffläche einen engen Spalt 22.

Während der Teller 18 in Draufsicht im Wesentlichen kreisförmig ist, ist er an einer Seite mit einem geraden Randstück 23 versehen, das eine Sehne zu dem ansonsten kreisförmigen Rand 21 bildet. Der gerade Randabschnitt 23 dient, wie an späterer Stelle ersichtlich wird, der Ein­ stellung einer Kipplage des Tellers 18 beim Öffnen des Einlaßventils 16, wobei der Teller 18 ansonsten frei, d. h. ungeführt beweglich ist. Insbesondere ist keine gesonderte Seitenführung od. dgl. vorhanden. Lediglich zur Vorspannung des Einlaßventils 16 auf seine Schließposi­ tion hin sind zwei Zugfedern 24, 25 vorgesehen, die mit ihren Ösen 26 in entsprechende Öffnungen 27 eines Befesti­ gungswinkels 28 eingehängt sind. Der Befestigungswinkel 28 weist einen mittels zweier Niete 29 flach an der Unter­ seite des Tellers 18 befestigten laschenförmigen Abschnitt 30 auf, von dem sich zwei die Öffnung 27 aufweisende Schenkel im rechten Winkel nach unten weg erstrecken.

Mit ihren gegenüberliegenden Ösen 32 sind die Zug­ federn 24, 25 in entsprechende Schenkel 33 eines weiteren Blechwinkels 34 eingehängt, der durch Niete 35 mit dem Kolbenhemd verbunden ist.

Die Niete 29 durchgreifen den Teller 18 und den Schenkel 30 des Blechwinkels 28 sowie zusätzlich ein Federpaket 37, das, wie Fig. 1 zeigt, ein freies, sich parallel zu dem Teller 18 erstreckendes Ende 38 aufweist. Sein gegenüberliegendes Ende 39 ist durch die Niete 29 fest an dem Schenkel 30 des Blechwinkels 28 gehalten. Entsprechend ist das freie Ende 38 in einem Abstand von dem Teller 18 gehalten, der der Dicke des Schenkels 30 entspricht.

Das Federpaket 37 wird durch mehrere, beispielsweise drei, flach aufeinanderliegende Federbleche gebildet. Bedarfsweise können mehr oder weniger Federbleche vor­ gesehen werden.

Wie aus Fig. 1 hervorgeht, ist an dem Kurbelgehäuse 4 oder einem sonstigen Bereich des Motorgehäuses ein sich parallel zu der Bewegungsrichtung des Kolbens 7 erstrec­ kender Finger 41 angeordnet, dessen Stirnseite 42 flach und im Wesentlichen parallel zu dem Teller 18 ausgebildet ist. Der Finger 41 bildet ein ortsfestes Anschlagmittel für das Federpaket 37, das ein mit dem Kolben 7 verbunde­ nes Anschlagmittel bildet. Der Finger 41 ist ein starres Widerlager für das mit dem Federpaket 37 aufsetzende Einlaßventil 16. Das Ende 38 des Federpakets 37 ist ein Anschlagmittel, das zugleich ein Federmittel ist.

Der Bewegungshub des durch das Federpaket 37 gebilde­ ten Anschlag- und Federmittels ist durch den Zwischenraum zwischen dem Teller 18 und dem Ende 38 des Federpakets 37 begrenzt. Der Zwischenraum und somit der maximale Hub des Federpakets 37 beträgt weniger als 1 mm. Bedarfsweise kann er jedoch auch größer sein.

Im unteren Totpunkt im Umfangsbereich 23 des Tellers 18 benachbart ist in dem Zylinder 3 ein Auslaß-Schlitz 44 angeordnet, der zu einem Auspuff führt. Der Auslaß- Schlitz 44 ist relativ eng, wobei sein Durchlaß (ca. 100 mm²) nicht wesentlich größer ist als der von dem geöff­ neten Einlaßventil 16 definierte Durchlaß (75 bis 150 mm²).

An dem Auslaß-Schlitz 44 ist ein Auspuff 45 ange­ schlossen, der zu einem Ölabscheider 46 führt. Der Öl­ abscheider 46 dient der Trennung des tropfenförmig in dem Abgasstrom mitgeführten Öls von dem Abgas, das über einen Auspuff 47 ins Freie geleitet wird. Von dem Ölabscheider 46 führt eine Leitung 48 zu einem Ölsammler 49 und gegebe­ nenfalls einer Pumpe, die das Öl über eine weitere Leitung 50 zu dem Zweitaktmotor 1 zurückführt. Das Öl kann dort direkt den Schmierstellen oder dem Frischgasstrom zuge­ führt werden. Außerdem kann es in den Kraftstofftank gefördert werden.

Der in Fig. 10 lediglich schematisch angedeutete Ölabscheider 46 ist in Fig. 11 ausschnittsweise veran­ schaulicht. Er weist beispielsweise ein gelochtes Abgas­ rohr 52 auf, das gerade oder in Schlangen ein Gehäuse 53 durchquert. An dem gelochten Bereich des Abgasrohrs 52 ist dieses von Filtermanschetten 54 umgeben. Diese sind bei­ spielsweise aus einem hitzbeständigen porösen Material aufgebaut. Anstelle der Filtermanschetten 54, an denen das Abgas lediglich entlangströmt, können auch durchströmte Filtermanschetten oder Prallplatten angeordnet werden.

Der insoweit beschriebene Zweitaktmotor 1 arbeitet wie folgt:
Der in Fig. 1 veranschaulichte Zweitaktmotor 1 saugt bei seinem Aufwärtshub über das Membranventil 12 von einem nicht weiter dargestellten Vergaser her geliefertes Kraft­ stoff-Luftgemisch in das Kurbelgehäuse 4. Bewegt sich der Kolben 7 im weiteren wieder nach unten, wird das Gemisch in dem Kurbelgehäuse 4 verdichtet, wobei das Einlaßventil 16 jedoch unabhängig von dem Druck, der in dem oberhalb des Kolbens 7 definierten Arbeitsraum und in dem Kurbelge­ häuse 4 herrscht, durch den Zug der Zugfedern 24, 25 ge­ schlossen bleibt. Bewegt sich der Kolben 7 in Richtung auf seinen unteren Totpunkt zu, verlangsamt er seine Bewegung, wodurch auch der Teller 18 des Einlaßventils 16 abge­ bremst wird. Seine Massenträgheit verhindert zusätzlich zu der Wirkung der Zugfedern 24, 25 ein Öffnen des Einlaß­ ventils 16.

Kurz bevor der Kolben 7 seinen unteren Totpunkt jedoch erreicht, setzt, wie in Fig. 6 veranschaulicht ist, das freie Ende 38 des fest mit dem Teller 18 verbundenen Federpakets 37 auf der Stirnfläche 42 des Fingers 41 auf. Das Federpaket 37 dämpft den Aufsetzvorgang des Tellers 18 auf dem Finger 41. Ist der Kolben 7 im unteren Totpunkt, ist der Teller 18 einen Spalt weit von der Planfläche 20 des Kolbens abgehoben. Der Teller 18 ist dabei um den geraden Randbereich 23 angekippt, wobei sich von dort ausgehend ein enger Spalt zwischen der Unterseite des Tellers 18 und der Stirnseite des Kolbens 7 bildet. Der Spalt weist seine größte Weite von etwa 1 bis 2 mm an der dem Auslaß-Schlitz 44 gegenüberliegenden Seite auf.

Ist das Einlaßventil 16 geöffnet, drückt das in dem Kurbelgehäuse 5 relativ hoch vorverdichtete Gemisch durch den engen Spalt und strömt, wie in Fig. 6 durch den Pfeil 56 angedeutet, in den Arbeitsraum ein. Durch die Leitwir­ kung der planen Unterscheite des Tellers 18 und der planen Fläche 20 des Kolbens 7 ist die Strömung zunächst radial nach außen gerichtet und trifft nahezu im rechten Winkel auf die Lauffläche. Hier muß die Frischgasströmung seit­ lich abknicken, wobei sie zunächst an der Zylinderwandung entlangläuft. Es bildet sich somit ein relativ dünner Frischgasmantel um das verbrannte Gas, wobei das verbrann­ te Gas dadurch mehr oder weniger aus dem Arbeitsraum verdrängt wird. Durch die direkte Anströmung der Lauf­ fläche und den starken Knick, den die Strömung hier machen muß, schlägt sich das von dem Frischgasstrom mitgeführte Öl an der Lauffläche nieder und gelangt somit nicht als Wolke in den Brennraum.

Durch das spezielle Spülverfahren, bei dem sich der Frischgasstrom halbschalig und dem Auslaß-Schlitz 44 gegenüberliegend als Mantel um das verbrannte Abgas legt und bei dem das Ausschieben des verbrannten Gases nicht durch Impulsübertragung von dem Frischgas auf das Abgas, sondern durch Druckerhöhung in dem Brennraum während des Spülvorgangs beruht, kann ein großer Teil des Abgases in dem Arbeitsraum erhalten werden, wobei im Bereich der an dem Zylinderkopf 2 angeordneten Zündkerze 2a Frischgas vorhanden ist. Auch im Teillastbereich beginnt der nun folgende Verdichtungstakt deshalb mit einer guten Zylin­ derfüllung, die allerdings zum großen Teil aus Abgas (Inertgas) besteht, was die Abgasemission sehr stark reduziert.

Das angewendete Spülverfahren ermöglicht außerdem den Betrieb des Motors bei unterschiedlichen Drehzahlen mit hohem Drehmoment, was eine gute Elastizität und eine gute Drehmomententwicklung unabhängig oder weniger abhängig von Resonanzerscheinungen im Ansaug- und Auspufftrakt ermög­ licht.

Der Niederschlag des Öls an der Lauffläche im Über­ strömbereich führt dazu, daß Überschußöl nicht ver­ brannt, sondern in mehr oder weniger großen Tropfen durch den Auslaßschlitz 44 aus dem Zweitaktmotor 1 entfernt wird. Die Tropfen sind so groß, so daß kein Ölnebel im Abgas vorhanden ist. Die im Abgas mitgeführten Tropfen können relativ leicht, beispielsweise in dem aus Fig. 11 ersichtlichen Ölabscheider oder an einfachen Prallplatten aus dem Abgasstrom, entfernt werden.

Die speziellen Verhältnisse werden durch die starke Strömungsumlenkung im Bereich des Einlaßventils 16 sowie den geringen Ventilhub der kleiner 3 mm, vorzugsweise 2 mm, jedenfalls aber nicht größer als der Abstand des Ventiltellerrands zu der Lauffläche ist. Dies gilt auch für abweichende Ausführungsformen, wie sie zunächst bei­ spielsweise aus Fig. 5 hervorgehen. Hier ist die freie Aufhängung des Tellers 18 durch die Aufhängung mit einem Biegefedergelenk 61 ersetzt, das beispielsweise durch eine Blattfeder 62 oder als eine auf Biegung beanspruchte Schraubenfeder 63 ausgebildet ist. Die in dem Kolbenboden vorgesehene Überströmöffnung kann, wie Fig. 2 und 5 zei­ gen, als kreisförmige Öffnung 66 oder, wie Fig. 4 ver­ anschaulicht, als von der Kreisform abweichende Öffnung 67 ausgebildet sein. Die Öffnung 67 nach Fig. 4 hat den Vorzug, daß sie die Strömung insbesondere an der dem Auslaß-Schlitz 44 gegenüberliegenden Seite fördert.

Das in Draufsicht rechteckige Federpaket 37 bewirkt nicht nur eine Dämpfung des Aufsetzens des Tellers 18 auf den Finger 41, sondern darüber hinaus ein zwangsweises Öffnen des Einlaßventils 16. Zwar kann das Öffnen des Einlaßventils 16 durch das Federn des Federpakets 37 kurzzeitig verzögert werden, jedoch öffnet das Einlaß­ ventil 16 spätestens dann, wenn das Federpaket 37 an dem Teller 18 seine Anlage findet. Dies verhindert einerseits eine Überlastung des Federpakets 37 und bewirkt anderer­ seits eine Zwangsöffnung des Einlaßventils 16. Das Steu­ erdiagramm kann sich jedoch in engen Grenzen an die Druck­ verhältnisse in dem Zweitaktmotor 1 anpassen.

Aus den Fig. 7 und 8 sind alternative Ausführungsbei­ spiele mit Kolben 7a, 7b veranschaulicht, deren Einlaß­ ventile 16a, 16b ein nichtkippend axial bewegtes Ventil­ verschlußglied 18a, 18b aufweisen. Den Ventilverschluß­ gliedern 18a, 18b ist in Abwandlung des Zweitaktmotors 1 nach Fig. 1, wie anhand des in Fig. 8 veranschaulichten Zweitaktmotors 1b ersichtlich ist, ein federnd ausgebilde­ tes Anschlagmittel 41b zugeordnet. Dies wird durch zwei einander gegenüberliegend angeordnete Blattfederpakete 137 erreicht, denen fest mit dem Ventilverschlußglied 18a, 18b verbundene Stößel 141 zugeordnet sind. Diese erstrec­ ken sich von dem Ventilverschlußglied 18a, 18b in Bewe­ gungsrichtung des Kolbens nach unten.

Die Ventilverschlußglieder 18a, 18b sind durch Druckfedern 124, 125 (Fig. 7) oder durch Zugfedern 24b, 25b (Fig. 8) auf ihre jeweilsige Schließstellung hin vorgespannt. Dabei ist es sowohl möglich, das kreisrund ausgebildete Ventilverschlußglied 18b frei, d. h. ohne wesentliche Axialführung zu lagern, als auch, wie Fig. 7 zeigt, eine Axialführung durch entsprechende Führungsflä­ chen 99 vorzusehen, die in der Überströmöffnung des Kol­ bens 7a ausgebildet sind.

Eine Hubbegrenzung für den Federhub der Federpakete 137 ist beispielsweise durch nicht weiter veranschaulichte feste Anschläge oder durch die Kurbelwelle 5 möglich, wobei die Federpakete 137 dann so angeordnet sind, daß sie mit den Kurbelwangen einen Spalt von etwa 1 mm ein­ schließen und kurzzeitig auf den Kurbelwangen aufsetzen können wenn sie durchfedern.

Schließlich ist in Fig. 9 ein weiterer Zweitaktmotor 1 dargestellt, der, soweit er mit dem Motor nach Fig. 1 übereinstimmt gleiche Bezugszeichen trägt, wobei die Beschreibung entsprechend gilt. Der Motor nach Fig. 9 weist als als Besonderheit eine Kraftstoffeinspritzanlage 150 auf. Diese führt Kraftstoff über Leitungen 151, 152 unter Druck einer oder mehreren Einspritzdüsen 153, 154 zu. Den Einspritzdüsen 153, 154 vorgelagert sind elek­ trisch gesteuerte Einspritzventile 156, 157 angeordnet, die von einem elektronischen Steuergerät 158 über Leitun­ gen 155 gesteuert sind, d. h. im richtigen Moment geöffnet und geschlossen werden. Die Spülung des Kurbelgehäuses 4 erfolgt mit reiner Luft. Die Einspritzdüse 154 ist in oder an dem Finger 41 angeordnet. Dieser trägt die Einspritzdü­ se 154, deren Düsenöffnung im unteren Totpunkt des Kolbens Kraftstoff in den Spalt wischen dem Teller 18 (Sitzfläche 19) und der Sitzfläche 20 abgibt. Dies kann mit der oder gegen die Strömungsrichtung erflogen. Der gemischgeschmier­ te Zweitaktmotor 1 kann im Schichtladebetrieb arbeiten.

Ein vorzugsweise als Zweitaktmotor 1 arbeitender Verbrennungsmotor weist einen mit einem Einlaßventil 16 versehenen Kolben 7 auf. Das Einlaßventil 16 öffnet durch Aufsetzen auf einem Anschlagmittel 41, 14b, wobei entweder an dem Ventilverschlußglied oder an dem Anschlagmittel ein Federmittel 37, 137 angeordnet ist, dessen Hub be­ grenzt ist.

Claims (25)

1. Verbrennungsmotor (1), insbesondere Zweitaktmotor,
mit wenigstens einem Zylinder (3) und einem darin mittels einer in einem Kurbelgehäuse (4) gelagerten Kur­ belwelle (5) und einem Pleuel (6) zwischen einem oberen Totpunkt und einem unteren Totpunkt hin- und hergehend bewegbaren Kolben (7),
mit einem an dem Kolbenboden vorgesehenen Einlaß­ ventil (16), das ein Ventilverschlußglied (18) aufweist, mit dem ein den Kolbenboden durchsetzender Kanal (66) verschließbar ist,
mit einem ersten Anschlagmittel (37), das an dem Ventilverschlußglied (18) angeordnet und mit diesem beweg­ bar ist, und
mit einem zweiten Anschlagmittel (41), das bezüglich des Kurbelgehäuses (4) ortsfest angeordneten ist und lediglich in einem Bereich um den unteren Totpunkt des Kolbens (7) mit dem ersten Anschlagmittel (37) derart in Anlage kommt, daß das Einlaßventil (16) öffnet,
wobei wenigstens eins der beiden Anschlagmittel (37, 41) mit einem Federmittel (37) versehen ist, das zwischen den Anschlagmitteln (37, 41) wirkt.

2. Verbrennungsmotor nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Federmittel (37) in einem Kraftweg angeordnet ist, der von dem Ventilverschlußglied (18) zu dem Kurbelgehäuse (4) verläuft, wenn die beiden Anschlag­ mittel (37, 41) miteinander in Anlage befindlich sind.

3. Verbrennungsmotor nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Federweg des Federmittels (37) kleiner ist als der Öffnungshub des Ventilverschlußglieds (18).

4. Verbrennungsmotor nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Federmittel (37) in das an dem Ventil­ verschlußglied (18) angeordnete Anschlagmittel (37) inte­ griert ist.

5. Verbrennungsmotor nach Anspruch 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Federmittel (37) eine an dem Ventilver­ schlußglied (18) angeordnete Blattfeder ist.

6. Verbrennungsmotor nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Federmittel (137) in das bezüglich des Kurbelgehäuses (4) ortsfest angeordnete Anschlagmittel (141) integriert ist.

7. Verbrennungsmotor nach Anspruch 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß zu dem Federmittel (137) wenigstens eine endseitig eingespannte Blattfeder gehört.

8. Verbrennungsmotor nach Anspruch 5 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Blattfeder ein Federpaket ist.

9. Verbrennungsmotor nach Anspruch 5 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Blattfeder (37, 137) ein Hubbe­ grenzungsmittel zugeordnet ist.

10. Verbrennungsmotor nach Anspruch 9, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der von dem Hubbegrenzungsmittel fest­ gelegte Maximalhub geringer ist als der Ventilhub.

11. Verbrennungsmotor nach Anspruch 9, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Hubbegrenzungsmittel eine Anschlag­ fläche an dem Ventilverschlußglied (18) oder dem Kurbelge­ häuse (4) oder eine an der Kurbelwelle (5) ausgebildete Fläche ist.

12. Verbrennungsmotor nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Ventilverschlußglied (18) außermit­ tig an einem seitliche Bewegungen zulassenden Federmittel (24, 25; 61) gelagert ist.

13. Verbrennungsmotor nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Ventilverschlußglied (18) eine plan ausgebildete Anlagefläche (19) aufweist, der eine eben­ falls plan ausgebildete, an dem Kolben (7) vorgesehene Ventilsitzfläche (20) zugeordnet ist.

14. Verbrennungsmotor nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Ventilverschlußglied (18) ein im wesentlichen runder Teller ist, der mit der Lauffläche des Zylinders einen engen Spalt (22) festlegt.

15. Verbrennungsmotor nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Spalt (22) zwischen der Lauf­ fläche und dem Ventilverschlußglied (18) zumindest nicht wesentlich größer ist, als der doppelte Ventilhub des Ventilverschlußgliedes (18)

16. Verbrennungsmotor nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Verhältnis zwischen dem Durchmesser des Ventilverschlußgliedes (18) und dem Durchmesser des Kolbens (7) größer als 0,8, vorzugsweise größer als 0,85 ist.

17. Verbrennungsmotor nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Ventilhub des Ventilverschlußglie­ des (18) kleiner als ein Zehntel des Kolbenhubs ist.

18. Verbrennungsmotor nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Ventilverschlußglied (18) durch ein Schließfedermittel (24, 25) auf seine Schließposition hin federnd vorgespannt ist.

19. Verbrennungsmotor nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß in dem Zylinder (3) wenigstens ein Auslaßschlitz (44) vorgesehen ist, dessen Durchlaß nicht wesentlich größer ist als der Durchlaß des vollständig geöffneten Einlaßventils (16).

20. Verbrennungsmotor nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Kurbelgehäuse (4) mit einem mem­ brangesteuerten Einlaßventil (12) versehen ist.

21. Verbrennungsmotor nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das zweite Anschlagmittel (41) eine Einspritzdüse (154) trägt.

22. Verbrennungsmotor nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß er einen mit einem Ölabscheider (46) versehenen Auspuff aufweist.

23. Verbrennungsmotor nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß der Ölabscheider (46) wenigstens eine Prallfläche und/oder eine porige Struktur (54) aufweist, durch die das Abgas geleitet wird oder an der das Abgas entlagströmt.

24. Verbrennungsmotor nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß der Ölabscheider (46) mit einer Ölsammeleinrichtung (49) und einer Schmiereinrichtung verbunden ist, die das abgeschiedene Öl dem Verbrennungs­ motor (1) zur Schmierung zuführt.

25. Verbrennungsmotor nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, daß die Schmiereinrichtung eine Öldosier­ einrichtung zur direkten Ölzuführung oder eine Einrichtung zur Beimischung des Öls zu dem Kraftstoff ist.