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Diese Erfindung bezieht sich auf einen
Zwei-Takt-Verbrennungsmotor mit mehreren Zylindern, wobei in der Auspufföffnung des
Zylinders drehbar montierte Ventile vorgesehen sind, um die Leistung des
Motors zu regeln, gemäß dem Anspruch 1.
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Der Ausbildung der Montage dieser Ventile in der jeweiligen
Auspufföffnung und das Kuppeln derselben für die gemeinsame Betätigung
zeigt einige Herstellungsprobleme (US-A-4 391 234), insbesondere in
bezug auf die Herstellung von Bestandteilen in großer Menge.
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Weiters unterliegen Ventile, die in Auspufföffnungen vorgesehen
sind, einer aggressiven Umgebung und somit muß die Ausbildung solcher
Ventile diesem Faktor Rechnung tragen. Der Stand der Technik zeigt
keinen Motor mit einem Ventil, das solche Merkmale hat und auch das
deutsche Patent Nr. 38 33 846 bezieht sich nur auf die Anordnung von
einem verschwenkbar montierten Ventil auf der Ansaugseite des Motors,
wo die Umgebung viel weniger aggressiv ist als auf der Auspuffseite.
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Insbesondere ist festzuhalten, daß, wenn wie bei der vorliegenden
Erfindung die Ventillager an der Auspuff seite angeordnet sind, sie
höheren Temperaturen und Gasen mit höherer Geschwindigkeit ausgesetzt
sind als sie auf der Ansaugseite vorliegen. Dies führt unweigerlich zu
einer höheren Verschleißrate der Werkstoffe und zur Bildung von
unerwünschten Leckwegen. Die US-A-1 924 188 zeigt einen
Verbrennungsmotor mit solchen Auspuffventilen, die im Zylinderkopf angeordnet
sind.
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Somit ist es offensichtlich, daß sich bei Anwendung einer
Konstruktion des Standes der Technik, die eine zylindrische Laufbuchse in
einem Tragkörper mit parallelen, geraden Seiten angeordnet aufweist,
wobei klare Leckpfade durch den Körper offensichtlich sind, ein hohes
Ausmaß von Undichtigkeit ergäbe. Überdies gäbe es, da es nur eine
vergleichsweise kleine Berührungsfläche zwischen der Laufbuchse, dem
Motorblock und dem Auspuffkrümmer gibt, um den Wärmeübergang von der
Laufbuchse zu verringern, nur wenig Aussicht auf Kühlung der
Laufbuchse durch Ableiten von Wärme von der Laufbuchse durch Leitung. Dies
würde unvermeidlich zu Problemen bei der Ventilleistung und
möglicherweise zu Ventilversagen führen.
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Es ist auch festzuhalten, daß mit Rücksicht auf die Funktion des
Leistungsventils, das in der Auspuffmündung angeordnet ist, häufiger
Bewegungen unterliegt mit sich daraus ergebenden schlagartigen
Belastungen auf die Lager. Somit erfordert ein Ventil, das an der
Auspuffseite angeordnet ist, einen stärkeren und stabileren Träger für die
Buchse als im Stand der Technik geoffenbart.
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Weiters erfordert die Dichtung zwischen dem Auspuffkrümmer und
dem Motorblock Schutz vor hohen Spitzenbelastungen und dem Aussetzen
von zu heißen Gasen. In einer solchen Umgebung ist es für Dichtungen
wünschenswert, daß sie über ihre gesamte Fläche festgeklemmt sind.
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So ist ersichtlich, daß es viele Probleme gibt, wenn man eine
Ventilkonstruktion des Standes der Technik, die für die Verwendung an
der Ansaugseite eines Motors ausgelegt ist, an der Auspuffseite
anwendet.
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Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Motor
der obigen Gattung mit Befestigungsteilen für die Ventile in der
Auspufföffnung zur Verfügung zu stellen, die vergleichsweise einfach
herzustellen sind, der im Betrieb wirksam ist und bei dem Bestandteile
leicht ausgetauscht werden können.
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Im Hinblick auf diese Aufgaben wird ein
Zwei-Takt-Verbrennungsmotor zur Verfügung gestellt mit einem Zylinderblock mit einem oder
mehreren Zylindern und jeweils einer Auspufföffnung, die mit dem oder
jedem Zylinder in Verbindung steht, und einem Ventilteil, der jeder
Auspufföffnung zugeordnet ist, wobei die Ventilteile gegenüber dem
jeweiligen Auslaß um eine gemeinsame Achse, die sich in Längsrichtung
des Blocks erstreckt, verschwenkbar gelagert montiert sind, wobei sich
jede Auspufföffnung zu einer Fläche auf einer Seite des Zylinderblocks
erstreckt, und mit einem Auspuffkrümmer, der eine Gegenfläche hat, und
der mit aneinander anliegenden Flächen abnehmbar am Zylinderblock
befestigt ist, der dadurch gekennzeichnet ist, daß die Fläche des
Zylinderblocks mehrere, ausgerichtete Vertiefungen besitzt, wobei
wenigstens eine Vertiefung zwischen je zwei benachbarten
Auspufföffnungen ist, daß in jeder Vertiefung ein Lagerteil aufgenommen ist, daß
jeder Lagerteil eine durchgehende Öffnung hat, daß die Vertiefungen
und die Lagerteile so geformt sind, daß die Lagerteile durch den
Auspuffkrümmer in den Vertiefungen unbeweglich festgelegt sind, wobei
die Öffnungen der Lagerteile koaxial sind, wenn der Auspuffkrümmer am
Zylinderblock befestigt ist, und wobei die jeweiligen Flächen
aneinander anliegen, und daß die Ventilteile in den ausgerichteten
Öffnungen der Lagerteile drehbar aufgenommen sind. Vorzugsweise ist jeder
Lagerteil mit oberen und unteren, parallelen, ebenen Flächen in
unmittelbarer Berührung mit parallelen, ebenen Gegenflächen in jeder
Vertiefung versehen.
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Vorzugsweise weist die Grundfläche jeder Vertiefung einen ebenen
Flächenteil auf, der zur Fläche auf einer Seite des Zylinderblocks
parallel ausgerichtet ist, und auch die Lagerteile weisen ebene
Flächenteile
auf, die komplementär sind zu und anliegen an dem ebenen
Flächenteil an der Grundfläche jeder Vertiefung. Dieser ebene
Flächenteil an der Grundfläche der Ausnehmung bildet eine Bezugsfläche
bezüglich der Fläche des Zylinderblocks, an der der Lagerteil, der in
der Vertiefung aufgenommen ist, anliegen soll, um so eine Ausrichtung
der Öffnung in allen Lagerteilen zu erzielen. Die ebenen Flächenteile
vergrößern die Berührungsfläche zwischen dem Lagerteil und der
Vertiefung, um die Abstützung zu verbessern, um die Gasabdichtung durch
Vermeiden von Leckwegen zu verbessern und um, ganz wesentlich im
Auspuffbereich, die Wärmeübergangsfläche zwischen dem Lagerteil und
dem Zylinderblock zu vergrößern, um die wärmeleitung vom Lagerteil weg
zu verbessern.
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Zweckmäßigerweise sind Vertiefungen an beiden Enden des
Zylinderblocks beidseits der Auspufföffnungen der Zylinder mit einem
zusammenwirkenden Lagerteil vorgesehen. So kann jeder Ventilteil auf beiden
Seiten der Auspufföffnung, der er zugeordnet ist, drehbar gelagert
werden.
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Vorzugsweise erstreckt sich die Auspufföffnung zu einer ebenen
Fläche auf der einen Seite des Zylinderblocks und der Auspuffkrümmer
hat eine komplementäre ebene Fläche.
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Zweckmäßigerweise erstrecken sich die Vertiefungen, die zwischen
benachbarten Auspufföffnungen angeordnet sind, über den gesamten
Abstand zwischen den Öffnungen, so daß bei der Herstellung ein
geeignetes Schneidwerkzeug verwendet werden kann, um die Vertiefungen zu
bearbeiten und in einem kontinuierlichen Schnitt von einer
Auspufföffnung zur nächsten fortzuschreiten. Es ist weiters wünschenswert,
den Schnitt von wenigstens einer endständigen Auspufföffnung zur
benachbarten Endfläche des Zylinderblocks fortzusetzen. Vorzugsweise
erstreckt sich der Schnitt von beiden endständigen Auspufföffnungen zu
den jeweiligen Endflächen des Zylinderblocks.
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Die Möglichkeit, alle Vertiefungen in einem kontinuierlichen
Schritt des Schneidwerkzeuges zu bearbeiten, erleichtert das genaue
Bearbeiten der Vertiefungen bis zu einer vorgegebenen Tiefe unter der
ebenen Fläche auf der Seite des Blocks. Dies ist wichtig, um zu
gewährleisten, daß die Öffnungen oder Bohrungen in den Lagerteilen bei
der Montage der Lagerteile in den Vertiefungen und dem Festklemmen in
diesen durch den Auspuffkrümmer, ausgerichtet sind und daß das Ende
jedes Lagerteils mit der ebenen Fläche auf der Seite des Blocks
fluchtet.
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Zweckmäßigerweise kann jede Vertiefung so konstruiert sein, daß
sie einen sicheren Sitz für den Lagerteil an oder in der Nähe beider
Enden der Vertiefung gewährleistet mit einem hinterstochenen Bereich
dazwischen. Dies verringert die Bearbeitungszeit und die Probleme, die
mit der Ausrichtung langer, durchgehender Lagerflächen verbunden sind.
Vorzugsweise weist jeder Ventilteil einen Zapfen auf, der von beiden
Seiten desselben wegsteht, um in der Öffnung in den entsprechenden
Lagerteilen auf beiden Seiten der Auspufföffnung, in welcher der
Ventilteil aufgenommen ist, drehbar aufgenommen zu werden. Die jeweiligen
Zapfen, die von den jeweiligen Ventilen in gegenüberliegende Enden ein
und desselben Lagerteils wegstehen, sind verbunden, so daß sie sich
gemeinsam drehen. Vorzugsweise sind die Zapfen so verbunden, daß sie
bis zu einem gewissen Ausmaß eine Fehlausrichtung vertragen, ohne in
der Bohrung des Lagerteils zu klemmen.
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Die vorliegend vorgeschlagene Konstruktion vermeidet die
bisherige Praxis des Abbauens des Auspuffkrümmers an der Seite des
Zylinderkopfes und des Bohrens einer runden Öffnung durch die Länge
desselben mit ihrer Achse auf der Trennlinie zwischen dem Krümmer und dem
Zylinderblock. Diese bisherige Praxis zeigte verschiedene Nachteile.
Erstens wegen der Länge und des schmalen Durchmessers der Bohrung war
ein genaues Bearbeiten schwierig. Zweitens mußten Krümmer und Block
für das Bearbeiten zusammengebaut werden und drittens sind Blöcke und
Krümmer nicht austauschbar. Dieser dritte Nachteil ist für
Massenproduktion von Motoren völlig unannehmbar.
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Vieles der vorstehenen Beschreibung der Erfindung war auf der
Basis eines Mehrzylindermotors, jedoch versteht sich, daß sie auch auf
Ein-Zylinder-Motoren mit einer einzigen Auspufföffnung anwendbar ist.
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Die Erfindung wird aus der nachstehenden Beschreibung einer
praktischen, bevorzugten Anwendung der Erfindung, wie sie in den
angeschlossen Zeichnungen gezeigt ist, einfacher verstanden werden.
In den Zeichnungen:
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Figur 1 ist eine Querschnittansicht eines
Mehrzylinder-Zweitaktmotors mit einem Leistungsventil in Verbindung mit dem Auspuff
jedes Zylinders;
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Figur 2 ist eine vergrößerte Ansicht des Bereiches des Auspuffs
des in Figur 1 gezeigten Motors, wobei das Leistungsventil und das
Auspuffrohr abgenommen sind;
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Figur 3 ist eine Längsansicht des Motors, wobei die
Leistungsventile und die Lagerkästen angeordnet sind und der Auspuffkrümmer
abgenommen ist;
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Figur 4 ist eine Schrägansicht einer Vertiefung mit einem
Lagerblock.
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Bezugnehmend nun auf Figur 1 der Zeichnungen wird ein Motor mit
mehreren Zylindern gezeigt, der nach dem herkömmlichen Zwei-Takt-
System arbeitet mit einem Zylinderblock 9, darin einen Zylinder 11,
einen Kolben 10, der im Zylinder 11 arbeitet und durch eine
Pleuelstange 12 mit einer Kurbelwelle 13 gekuppelt ist. Ein Auspuff 14 in
der Wand des Zylinders 11 kommuniziert mit einer Auspufföffnung 15 in
einem Auspuffkrümmer 16, der seinerseits mit einem Auspuffrohr 17
kommuniziert. Im Zylinderblock 9 ist eine vergrößerte Ausnehmung 18
vorgesehen, die eine Verbindung zwischen dem Auspuff 14 und der
Auspufföffnung 15 im Krümmer 16 bildet, und innerhalb der Ausnehmung 18
ist ein Ventil 19 angeordnet, das allgemein als Leistungsventil
bezeichnet wird.
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Das Leistungsventil 19 ist um die Achse 21, die sich in
Längsrichtung des Motorblacks 9 erstreckt, verdrehbar, so daß eine vordere
Kante 22 des Leistungsventils 19 gehoben oder abgesenkt werden kann,
und so die wirksame Höhe der oberen oder vorderen Kante des Auspuffs
14 einstellt. Die allgemeine Konstruktion, Funktion und Betrieb des
Leistungsventils 19 ist im Stand der Technik von Zwei-Takt-Motoren gut
bekannt und braucht hier nicht in mehr Einzelheiten beschrieben
werden. Überdies ist in dem US-Patent Nr. 4 920 932 ein ähnliches Ventil
geoffenbart, das für die Steuerung des Verbrennungsprozesses im
Motorzylinder für das Management der Emissionen im Auspuffgas verwendet
wird.
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Wie in Figuren 2 und 3 ersichtlich, ist ein Lagerteil 24 auf
beiden Seiten jeder Auspuffausnehmung 18 angeordnet, wobei jeder
Lagerteil 24 eine zylindrische Durchgangsbohrung 25 hat, und wobei die
Bohrungen 25 aller Lagerteile achsial ausgerichtet sind. Jedes
Leistungsventil 19 hat einen Zapfen oder Welle 30 auf seinen
gegenüberliegenden Seiten, die koaxial angeordnet sind, um die gemeinsame
Drehachse 21 der jeweiligen Leistungsventile 19 zu bilden. Jeder
Zapfen 30 ist in der Bohrung 25 eines entsprechenden Lagerteils 24 an
beiden Seiten des Auspuffs 14 aufgenommen. Die Zapfen 30 des
jeweiligen Auspuffventils 19 benachbarter Auspuffe 14 sind in
gegenüberliegenden Enden der Bohrungen 25 desselben Lagerteiles 24 aufgenommen und
zur gemeinsamen Drehung gekuppelt, z.B. durch Verbindung unter
Verwendung des Zungen-Schlitz-Prinzips. Die Konstruktion der Kupplung
wird ausgewählt, um kleinere Fehlausrichtungen der entsprechenden
Zapfen 30 auf Grund von Herstellungstoleranzen aufzufangen.
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Wie in Figur 3 gezeigt, ist der Zapfen 30 des Leistungsventils
19, das am linken Ende des Zylinderblocks angeordnet ist, länger als
der Zapfen auf der gegenüberliegenden Seite dieses besonderen
Leistungsventils 19 und der anderen Ventile. Der Zapfen 30 hat an seinem
Ende einen nach einem Durchmesser ausgerichteten Schlitz 32, der
ausgebildet ist, um eine komplementäre Zunge der Antriebswelle eines
Motors aufzunehmen, der vorgesehen ist, um die Drehung der
Leistungsventile gleichzeitig unter der Steuerung eines geeigneten,
Programmierten ECU aufzunehmen. Der Motor und seine Antriebswelle sind nicht
gezeigt, da sie nicht direkt auf die vorliegende Erfindung Bezug haben
und können jede beliebige Konstruktion haben.
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Wie ebenfalls in Figur 3 bei A ersichtlich, ist der Lagerteil 24
an dieser Stelle zusammen mit den Zapfen 30 der entsprechenden
Leistungsventile 19 auf beiden Seiten desselben entfernt. So sind dort
zwei beabstandete Sitze 27 freigelegt, die im Zylinderblock 9
vorgesehen sind, auf welchen der Lagerteil 24 angeordnet ist. Das
Vorsehen von beabstandeten Sitzen 27 verringert die Bearbeitungszeit und
erlaubt mehr Toleranzen beim Bearbeiten.
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Bezugnehmend nun auf Figur 4 hat jeder Lagerteil 24 obere und
untere parallele Flächen 35 und 36 und eine äußere ebene Fläche 37 in
rechtem Winkel zu den oberen und unteren parallelen ebenen Flächen 35
und 36. Im zusammengebauten Zustand stehen die Flächen 35 und 36 des
Lagerteils 24 in unmittelbarem Kontakt mit den komplementären Flächen
41 und 42 in einem Sitz 27 im Zylinderblock 9, um erhebliche
Berührungsflächen zwischen diesen zu gewährleisten. Dieser direkte Kontakt
trägt zur wirksamen Wärmeübertragung vom Leistungsventil durch den
Lagerteil zu der Kühlflüssigkeit bei, die durch Kühlkanäle 45 und 46
im Zylinderblock zirkuliert.
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Die innere Endfläche des Lagerteils 24 hat einen mittleren,
flachen Abschnitt 38, der parallel zur Außenfläche 37 und normal zu
den oberen und unteren parallelen Flächen 35 und 36 ist. Der flache
Abschnitt 38 jedes Lagerteils 24 liegt an einem komplementären, ebenen
Abschnitt 43, der im Sitz 27 vorgesehen ist, an, wodurch die
Ausrichtung der Bohrung 25 der Lagerteile 24 gewährleistet ist. Der flache
Abschnitt 38 geht durch gebogene, innere Endflächen 39, die einen
Radius haben, der hinreichend kleiner ist als der Radius der gebogenen
Sitzflächen 47 des Sitzes 27, glatt in die Flächen 35 und 36 über, so
daß zwischen den Flächen 35 und 36 und den Flächen 47 keine Berührung
vorliegt. Die Außenabmessung über den Lagerteil zwischen den Flächen
37 und 38 ist so, daß die Fläche 37 des Lagerteils, wenn der Lagerteil
in den Sitzen 30 aufgenommen ist, im wesentlichen mit der Fläche 40
des Zylinderblocks fluchtet. Somit werden die Lagerteile 24, wenn der
Gußkrümmer 16, der eine ebene, zur Fläche 40 parallele Fläche 44 hat,
am Zylinderblock montiert, und an diesem durch geeignete Befestigungs
bolzen befestigt wird, zwischen den jeweiligen Sitzen 30 durch den
Auspuffkrümmer 16 festgeklemmt, wie dies klar aus Figur 2 der
Zeichnung ersichtlich ist. Eine herkömmliche Dichtung kann zwischen dem
Krümmer und dem Zylinderblock in herkömmlicher Weise verwendet werden.
Die Dichtung ist vorteilhaft, um eine wirksame Dichtung zwischen dem
Krümmer und dem Zylinderblock zu gewährleisten, indem sie
Herstellungstoleranzen aufnimmt.
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Es ist ersichtlich, daß es die obige Konstruktion erlaubt, daß
das Bearbeiten des Zylinderblocks zum Aufnehmen der Drehlager für die
jeweiligen Leistungsventile unabhängig vom Bearbeiten des
Auspuffkrümmers ist, was für die Massenherstellung vorteilhaft ist. Das
Bearbeiten der Sitze für die Lagerteile im Zylinderblock kann durch
einen Einstichvorgang mit einem Werkzeug erfolgen, welches ein Profil
entsprechend dem des Teils des Lagerteils, der darin aufzunehmen ist,
hat. Alternativ können die Sitze durch ein rotierendes Schneidwerkzeug
mit dem geeigneten Profil bearbeitet werden, das sich um eine Achse
dreht, die parallel zur Fläche 40 des Zylinders ist.