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1 *DE A * (19) Bundesrepublik Deutschland Deutsches Patent- und Markenamt (10) DE A (12) Offenlegungsschrift (21) Aktenzeichen: (22) Anmeldetag: (43) Offenlegungstag: (71) Anmelder: Schradin, Michael, Reinheim, DE (51) Int Cl. 8 : F02B 25/18 ( ) (72) Erfinder: gleich Anmelder Die folgenden Angaben sind den vom Anmelder eingereichten Unterlagen entnommen Der Inhalt dieser Schrift weicht von den am Anmeldetag eingereichten Unterlagen ab (54) Bezeichnung: Mittelstromspülung, Spülsystem für Zweitaktmotoren zur Vermeidung von Spülverlusten, Verringerung des Verbrauchs und Verbesserung der Abgase (57) Zusammenfassung: Technische Aufgabe der Erfindung: Es soll vermieden werden, dass beim Spülvorgang eines Zweitaktmotors Frischgas in den Auspuff entweichen kann und so der Verbrauch ansteigt. Ebenso soll vermieden werden, dass Altgas und Frischgas sich in einer Weise vermischen können, die das zündungsfähige Gasgemisch verschlechtert und zu einem unrunden, stotternden Motorlauf in niedrigen Drehzahlen führt (Knattern, Schieberuckeln). Des Weiteren sollen die Abgase dahingehend verbessert werden, dass der Zweitaktmotor nicht mehr raucht und "stinkt" sowie dass die Zusammensetzung seiner Abgase weniger schädlich ist. Die vorliegende Erfindung stellt ein neuartiges Spülsystem vor, das dem Schnürlesystem und anderen Umkehrspülungen dahingehend überlegen ist, dass es einen geringeren Verbrauch ermöglicht, sauberere Abgase erzeugt und eine Vermischung von Frisch- und Altgas weitgehend vermeidet. Dabei ist dieses neue Spülsystem gleich in seiner einfachen Form sogar kostengünstiger zu produzieren als ein Dreikanal-Spülsystem, das es möglich ist, mit nur einem einzigen Spülfenster im Zylinder (Überstromkanal) auszukommen. Lösung der technischen Aufgabe: Die vorliegende Erfindung löst die genannten Probleme dadurch, dass sie den Einlasskanal räumlich weiter vom Auslasskanal getrennt anbringt und so gestaltet, dass der Zylinder quasi von oben nach unten ausgespült wird. Dabei werden auf Frischgase von Abgasen so getrennt, dass kaum eine Vermischung stattfinden kann. Dies wird... 1/14

2 Beschreibung Technisches Gebiet der Erfindung: [0001] Der vorliegende Erfindungsvorschlag fällt in das Gebiet der Brennkraftmaschinen u. hier speziell der Zweitaktmotoren und deren Spülsysteme. Technischer Stand/Darstellung des Bekannten: [0002] Zweitakt-Verbrennungsmotoren haben einen großen Vorteil gegenüber anderen Verbrennungsmotoren hinsichtlich ihres geringen Gewichtes, ihrer hohen Leistungsfähigkeit und ihrer geringen Herstellungskosten. [0003] Dem gegenüber stehen die Nachteile des höheren Treibstoffverbrauches und der unsauberen Abgase. Der hohe Treibstoffverbrauch und auch die ungünstigen Abgase beim Zweitaktmotor haben ihre Ursache in dem Verlust von unverbranntem Frischgas in den Auspuff während des Spülvorganges. [0004] Ebenso tritt eine Vermischung von Alt- und Frischgas auf, was den Wirkungsgrad verschlechtert und dazu führt, dass der Zweitakter in den unteren Drehzahlen unrund und mit Fehlzündungen läuft, was auch zum so genannten Schieberuckeln bei Kraftfahrzeugen führt. [0005] Zur Lösung dieser Probleme wurden schon verschiedene Konstruktionen ersonnen. Der Zweitakt Gegenkolbenmotor (Junkers) vermeidet beispielsweise die oben genannten Nachteile in hohem Maße, baut jedoch sehr hoch, ist schwer, mechanisch aufwendig und von geringer Lebensdauer (überhitzter Auslasskolben). Dadurch verliert er den Gewichtsund Kostenvorteil. [0006] Doppelkolben Zweitakter mit U-Zylinder Form (euch, Triumph) ermöglichten auch einen geringeren Verbraucht, waren jedoch ebenso mechanisch aufwendig u. durch den lang gezogenen Brennraum würde der Verbrennungsvorgang verschlechtert. [0007] Lediglich bei langsam laufenden Schiff-Großdieselmotoren konnten effiziente Zweitaktmotoren verwirklicht werden, die jedoch auch mechanisch aufwendig u. kostspielig sind. [0008] Das einzige System, dass gegenüber älteren Spülsystemen (Querstromspülung, Ringspülung, Kreuzstromspülung, Man-Umkehrspülung, eine Verbesserung in Sachen Verbrauch u. Abgase erzielte, war und ist die Umkehrspülung, auch Schnürlespülung genannt. Bei ihr zielt ein linker u. rechter Einlasskanal in die Gegenrichtung des Auslasskanals, was einen stabilen Spülstrom erzeugt, der sich an der Zylinderwand gegenüber des Auslasses aufrichtet und im Zylinderkopf in Richtung Auslass wieder umgelenkt (Umgekehrt) wird. [0009] Diese Spülung würde später durch einen dritten (vierten, fünften...) Einlasskanal gegenüber des Auslasses erweitert, der dabei hilft, das Frischgas der beiden eben erwähnten Einlasskanäle aufzurichten. [0010] Doch auch bei dem Spülsystem nach Schnürle und moderneren Dreikanal u. Mehrkanal-Umkehrspülsysteme ist der Verbrauch höher und die Abgase schlechter, als dies bei vielen vergleichbaren Viertaktmotoren der Fall ist. Zu lösendes technisches Problem: [0011] Um den Lösungsweg des hier vorgestellten, neuen Spülsystems (im Folgenden Mittelstrom-Spülung" genannt) gut nachvollziehen zu können, ist es notwendig, zunächst die komplexen Schwingungsvorgänge in einem herkömmlichen Zweitaktmotor mit Kurbelkastenpumpe und Umkehrspülung darzustellen: Gehen wir davon aus, dass der Motor gerade gezündet hat und das expandierende Gas den Kolben nach unten treibt. Nach kurzer Zeit erreicht der Kolben nun den Auslasskanal, was zu einer schlagartigen Entspannung des Drucks führt. Das Abgas strömt nun mit Schallgeschwindigkeit aus und der Kolben bewegt sich weiter nach unten. Ist der Auslasskanal nun etwa 25% offen, öffnen sich ebenfalls die beiden seitlich angeordneten Überströmkanale. [0012] Da sich beim Herunterbewegen des Kolbens im Kurbelgehäuse ein Überdruck aufgebaut hatte, könnten die Frischgase nun durch die Einlasskanäle in den Zylinder eintreten. Dieser Druck beträgt jedoch nur ca. 0,3 0,4 Bar. Darum schlagen die Abgase zunächst in den Kurbelraum zurück, um bei weiterem Druckabbau im Zylinder nun mit dem Frischgas zusammen doch in selbigen verzögert einzutreten. Bei niedrigen Drehzahlen ist die Vermischung von Frisch- und Altgas jedoch so stark, dass nur bei jeder zweiten oder dritten Kurbelwellenumdrehung ein zündfähiges Gemisch entsteht. Dies hört man gut daran, das Zweitakter im Lehrlauf stottern und bei niedrigen Drehzahlen knattern. Nun treten wie gesagt die Frischgase in den Zylinder ein, bilden aufgrund der schräg nach hinten gegenüber dem Auslass gerichteten Form einen Frischgasstrahl, der an der Zylinderwand anliegt, aufsteigt und auf seinem Weg über den Zylinderkopf wieder zurück zum Auslasskanal das Altgas vor sich hertreibt und so ausspült. [0013] Da jedoch aufgrund des immer schwächer werdenden Drucks aus dem Kurbelraum die Spülgase immer langsamer eintreten, verliert der Spülstrom seine vertikale Richtung und bewegt sich immer mehr in Richtung Vertikale um zuletzt ganz in Richtung Auslasskanal zu strömen und dort mit herauszuströmen. Auch wenn der Auslasskanal immer noch offen 2/14

3 ist, während der Einlasskanal schon geschlossen ist, kann in der letzten Phase der Spülung Frischgas zusammen mit dem Altgas den Zylinder verlassen. Dieses entweicht dann ebenso unverbrannt aus dem Auspuff, erhöht so den Verbrauch und verschlechtert die Abgase. [0014] Durch günstige Auspuffabstimmungen (Resonanzsysteme...) kann bei bestimmten Drehzahlen ein solcher Verlust zwar weitgehend vermieden und sogar durch Zurückschieben von Frischgasen eine Aufladung des Motors erreicht werden. Dies funktioniert jedoch nur in bestimmten Drehzahlbereichen und auch dort nicht sehr ökonomisch. Mittel zur Lösung der gestellten Erfindungsaufgabe: [0015] 1 Bei der vorliegenden Erfindung wurde nun ein Spülsystem verwirklicht, dass eine weitgehende Trennung von Frisch- und Abgas beim Spülvorgang eines Zweitaktmotors ermöglicht. [0016] Hierzu werden die Einlasskanäle nicht wie üblich auf der Ebene der Kolbenoberkante im unteren Totpunkt stehend angebracht, sondern etwa in der Mitte der Zylinder-Laufbuchse zwischen oberem und unterem Totpunkt (Abb. 1 Nr. 1). Dabei sind sie so geformt, dass sie schräg nach oben in Richtung Zylinderkopf-Mitte strahlen. [0017] Wenn der Kolben (Abb. 1 Nr. 5) nun nach der Zündung in Richtung unterem Totpunkt wandert, öffnet er also auf seinem halbem Weg nach unten bereits den Überströmkanal. Man mag nun denken, dass sofort das Verbrennungsgas über den Frischgaskanal (Abb. 1 Nr. 2) in den Kurbelraum eindringen würde. Doch dies ist nicht der Fall, da die Zuleitung des Überströmkanals wieder an einem Punkt kurz unterhalb des Auslassfensters gegenüber selbigem endet und dort von der Kolben-Unterseite abgedichtet wird. (Abb. 1 Nr. 3) [0018] Im Kolben befinden sich jedoch nun seinerseits Spülfenster (Abb. 1 Nr. 4). Hat nun der Kolben den Auslasskanal um ca. 25% geöffnet, öffnen dieses Fenster den Zugang zum Frischgaskanal des Überstromfensters und das Frischgas aus dem Kurbelgehäuse kann durch den Kolben über den Spülkanal und den Einlasskanal in den Zylinder (Abb. 1 Nr. 6) eintreten. [0019] Das so eintretende Frischgas ist räumlich sehr viel weiter vom Auslasskanal (Abb. 1 Nr. 7) entfernt, als dies bei anderen Spülsystemen der Fall ist. Außerdem spült es durch seine konzentrierte Anwesenheit im oberen Zylinderdrittel den Zylinder quasi von oben nach unten aus (Abb. 2), was ähnlich einer Gleichstromspülung zu einem effektiven Spülvorgang führt. [0020] In Abb. 2 ist gut zu sehen, wie das Frischgas von oben nach unten wandert und bis zum Verschluss des Auslassfensters so reflektiert wird, dass kein Frischgas entweichen kann. Trotz des von Position A bis Position E immer niedriger ausfallende Spülstroms ist dieser beim Verschluss des Auslassfensters (AG) immer noch vom Auslass so weit entfernt, dass eine Kurzschlussspülung vermieden wird. [0021] Ebenso ist in Abb. 2 zu sehen, wie das durch den Kolben geleitete Frischgas dafür sorgt, dass die Kolben-Unterseite gut gekühlt wird (Abb. 2 KK). Auf diese Weise treten weniger thermische Verspannungen auf, was die Lebensdauer und Leistungsfähigkeit des Motors erhöht und den Motor mit einem engen Spaltmaß produzierbar macht. [0022] Testläufe mit Mittelstrom-Versuchsmotoren haben ergeben, dass ein Zweitaktmotor dieser Bauart im Lehrlauf nicht stottert und die Abgase kaum qualmen". Dies deutet auf eine sehr saubere Verbrennung ohne Verlust von Frischgasen und ohne Vermischung von Frisch- und Altgas hin. [0023] Dazu hilft sicherlich auf ein Phänomen, dass ich Rückschlag-Effekt" nennen möchte: Beim öffnen des Überströmkanals (Abb. 1, Nr. 1) in der Mitte des Zylinders durch den Kolben dringt heißes und druckreiches Brennggas in den Frischgaskanal (Abb. 1, Nr. 2) ein. Diese Druckwelle" wird jedoch von der noch nicht offenen Kolben-Unterseite geblockt und von dort aus in den Zylinder zurück reflektiert und erzeugt dabei eine Unterdruckwelle. [0024] Öffnet nun das Frischgasfenster im Kolben (Abb. 1, Nr. 4) mit dem unteren Überströmkanal (Abb. 1, Nr. 3) bei 25% Auslass-offen den Durchlass für das Frischgas, wird selbiges von dieser Unterdruckwelle beschleunigt herausgerissen. Sie ist wie gesagt die Folge des zuvor in den Frischgaskanal eingedrungenen und wieder reflektierten Brenngases. [0025] Dieses beschleunigte herausreißen" der Frischgase aus dem Kurbelraum führt dazu, dass ihre Spülgeschwindigkeit gegenüber herkömmlichen Zweitaktmotoren mit Umkehrspülung erhöht wird. [0026] Dabei bewirkt die auf die Gase einwirkende, nun stärke Fliehkraft, dass die Gase längerfristig in steilem Winkel aufsteigen, länger durch die wirkenden Massenkräfte im Zylinderkopf verweilen und damit eine neutrale und trennende Unterdruckzone zwischen frischem Spülgas und altem Brenngas entsteht. [0027] Dieser Spüleffekt kann noch dadurch verstärkt werden, dass man dem Frischgaskanal eine von unten nach oben sich öffnende konische Form gibt, welche, ähnlich wie der Diffusor und der Reflek- 3/14

4 tor in einer Zweitakt-Auspuffanlage eine beschleunigende Unterdruckwelle erzeugt. [0028] Da das Durchlaufen des im Vergleich zum herkömmlichen Dreikanal-Zweitakter längeren Frischgasweges (Frischgaskanal geht bis zur Mitte des Zylinders hoch) eine minimale Zeitverzögerung mit sich bringt, strömt auch noch Frischgas aus diesem Kanal in den Zylinder, wenn der Auslasskanal gerade schließt. [0029] Auf diese Weise entsteht zusätzlich als Nebeneffekt ein leicht asymmetrisches Steuerdiagramm, was sich zusätzlich günstig auf Verbrauch u. Wirkungsgrad auswirkt. [0030] Auch beim normalen umkehrgespülten Zweitaktmotor tritt durch das Eindringen von Brenngas im Kurbelraum eine leichte Zeitverzögerung ein. Diese bedingt jedoch zum einen eine ungute Vermischung zwischen Alt- und Frischgas und zum anderen kann sie nur bedingt zur beschleunigten Spülung genutzt werden. Es entsteht auch kein Asymmetrisches Steuerdiagramm. [0031] Abb. 11 bis Abb. 13 zeigen verschiedene denkbare Formen von Einlasskanälen, die alle in Kombination mit Mittelstrom-Spülung ausführbar sind. [0032] Da Ein- und Auslasskanäle nicht wie üblich auf einer Ebene ausgeführt werden, können selbige bis über die Mitte des Zylinders weg eingearbeitet werden. Dies ermöglicht große Querschnitte und damit hohe mögliche Literleistungen bei geringem Gewicht (Abb. 11 u. Fig. 14) [0033] In Abb. 10 wird noch zusätzlich dargestellt, dass man die Höhe des Überströmkanals in der Praxis noch variieren kann und zwar zwischen 15 und +35 Prozent. Abstimmungsuntersuchungen müssen zeigen, welche Hohe sich als ideal erweist. [0034] In dieser Abbildung ist auch zu ersehen, das sowohl die Auslass, als auch die Einlasskanäle nicht nur aus einer Öffnung, sondern auch aus zwei, drei und mehr solchen bestehen können. Dies ist auch von der Frage der gewünschten Maximalleistung abhängig. [0035] Am sparsamsten und kostengünstigsten produzierbar wird jedoch ein Mittelstrom-Zweitaktmotor mit lediglich einer Auslassöffnung, einem oberen Überstromkanal, einem unteren Überstromkanal und einem Frischgaskanal im Kolben sein. Lösung der Abdichtungsfrage: [0036] Nicht erst bei den Forschungsarbeiten zum Thema Wankelmotor stellte sich heraus, dass ein guter Motor nur durch die Realisierung einer funktionsfähigen und standfesten Gasdichtung zu realisieren ist. [0037] Das Prinzip der Kolbenringe ist beim herkömmlichen Zweitakter millionenfach bewährt und braucht nicht weiter erläutert werden. [0038] Da jedoch bei einem Motor mit Mittelstrom-Spülung bei etwa halben Hubweg des Kolbens schon der Einlasskanal vor dem Kolben geöffnet wird stellt sich die Frage, ob das in den Frischgaskanal (Abb. 1 Nr. 2) eindringende und unter hohem Druck stehende Brenngas nicht bis in den Kurbelraum vordringen kann. Abb. 7 x stellt den möglichen Fluchtweg eines solchen Gas- und Druckverlustes grafisch dar. [0039] Ebenso ist zu beachten, dass durch die Kolbenseitenkräfte (FS), welche beim Arbeitshub (Abb. 5) und beim Verdichtungshub (Abb. 6) wirken der Kolben so auf jeweils eine Seite gedrückt wird, dass auf der Anderen ein erhöhtes Spaltspiel entsteht, wodurch Undichtigkeiten entstehen könnten (Abb. 7) [0040] Beim Arbeitshub (F) drückt die Seitenkraft (FS) mit der Energie (P) so gegen den unteren und oberen Überstromkanal (Abb. 1 Nr ), dass diese ohne zusätzliche Maßnahmen dadurch Gasdicht sind. (Abb. 3) [0041] Jedoch beim Verdichtungshub wirkt die Kraft (FS) in Richtung Auslass (Abb. 6) und erhöht so den Spalt zwischen Kolben u. Zylinder auf der Seite der Überstromkanäle. [0042] Da durch die gute Kolben-Innenkühlung sehr geringe Spaltmaße eingehalten werden können gewährt hier der vorhandene Ölfilm gegebenenfalls genügend Dichtwirkung, um ein Durchdrücken" des im Zylinder nun immer stärker werdenden Verdichtungsdruckes zu unterbinden. [0043] In dem Moment, wenn der Kolben mit seinen Kolbenringen den oberen Überstromkanal passiert hat, ist die Dichtwirkung ohnehin in traditionell bewährter Weise gewährleistet. [0044] Bei Motoren mit höherem Spaltmaß kann es jedoch hilfreich sein, die Kolbenunterkante mit einem zusätzlichen Dichtring gegen durchblasen von Verdichtetem Frischgas in den Kurbelraum beim Verdichtungsprozess zu sichern (Abb. 7 KU). [0045] Um auch den Umweg über das Kolben-Frischgasfenster in den Kurbelraum in solchen Fällen definitiv zu unterbinden, kann noch ein zusätzlicher mittlerer Kolbenring angebracht werden (Abb. 8 KM). 4/14

5 [0046] Sämtliche erfolgreich laufenden Versuchsmotoren dieser Bauart sind jedoch bisher trotz hoher Spaltmaße ohne eine dieser Maßnahmen ausgekommen. [0047] Aus dem Bau von Zweitakt-Modellmotoren ist bekannt, dass man durch eine konische Zylinderform bei bestimmten Materialpaarungen (z. B. ABC Laufgarnitur = Aluminium, Messing, Chrom) sogar ganz ohne Kolbenringe auskommen kann. [0048] Diese Erkenntnisse könnten auch bei der Abdichtung des Mittelstrom-Zweitaktmotors von Nutzen sein. [0049] Einige mögliche Zylinderformen, die gegebenenfalls eine Abdichtung verbessern könnten sind in Abb. 9 A J dargestellt (übertrieben gezeichnet). Erzielbare Verbesserungen: [0050] Die mit der vorliegenden Erfindung erzielbaren Verbesserungen beziehen sich auf aktuell gebräuchliche Zweitaktmotoren mit Umkehrspülung verschiedener Art. Früher gebräuchliche Spülsystem wie Ringspülung, Querstromspülung, Kreuzstromspülung, Fontänenspülung, Kopf-Umkehrspülung und Ähnliche werden nicht zum Vergleich herangezogen, da die gängige Umkehrspülung ihnen in vielerlei Hinsicht überlegen ist. [0051] Ebenso dienen Zweitakt-Großdieselmotoren (aus Schiffantrieben) mit Gleichstromspülung und Einlassventilen nicht als Vergleich, da sie eine Klasse für sich darstellen. [0052] Doch nun die zu erreichenden Verbesserungen: Geringerer Kraftstoffverbrauch durch Verringerung der Spülverluste Sauberere, weniger schädliche und weniger qualmende" Abgase, da kaum Frischgas zum Auspuff entweichen kann und die Vermischung von Frisch- und Altgas beim Spülvorgang unterbunden wird. Mehr wirksamer Arbeitshub wird gewonnen, wodurch Wirkungsgrad und Leistungsfähigkeit steigen. Dies wird möglich dadurch, dass durch die Anbringung von Ein- und Auslassfenstern auf verschiedenen Höhen diese Ringförmig bis über die Zylindermitte hin weg eingearbeitet werden können. Dadurch haben sie einen großen Querschnitt, auch wenn sie niedrig ausgeführt werden. Höhere Maximalleistungen bei gleichzeitig geringem Verbrauch werden realisierbar. Dies wird durch die beschriebenen im Umfang sehr großzügig gestaltbaren Ein- und Auslasskanäle möglich. Altgas und Frischgas werden stärker voneinander getrennt. Dies geschieht zum einen durch die räumliche Distanz zwischen Einlass- u. Auslasskanal u. zum anderen durch die Hohe Einströmgeschwindigkeit des Frischgases, was sein verlängertes Verbleiben in Zylinderkopfhöhe bewirkt, während das Altgas durch den Saugeffekt der Auspuffanlage (Diffusor/Gegenkonus) schon weit aus dem Zylinder entwichen ist. Erweiterter nutzbarer Drehzahlbereich, da der Motor weniger abhängig von speziell abgestimmten Resonanzvorgängen ist, die oft nur bei einem bestimmten Drehzahlbereich optimal wirken. Weniger Verschleiß von Kolben u. Zylinder, dadurch bessere Haltbarkeit des Motors. Dies wird dadurch erreicht, dass der Kolben von unten durch die Frischgase die komplett durch ihn hindurch strömen sehr gut gekühlt wird. Geringere Produktionskosten, da mechanisch einfacher zu fertigen (bei Mittelstrommotoren mit jeweils nur einem Auslass- uns Spülkanal liegen diese auf einer Ebene und nicht auf Dreien (Umkehrspülung), was das Einfräsen beschleunigt u. verbilligt. Geringe Spaltmaße zwischen Kolben u. Zylinder möglich, dadurch hohe Leistungsausbeute. Dies wird ebenfalls durch die gute Kolbenkühlung möglich. Kein Verzug der Laufbuchse, da die Auslassebene nicht auf der einen Seite thermisch belastet und auf der anderen Seite gekühlt wird, wie bei anderen Spülsystemen. Kein Verzug des Kolbens, daher weniger Neigung zum Klemmen, da dieser gleichmäßig von Unten gekühlt wird. Keine Restgasnester" verbleiben im Zylinder beim Spülvorgang, da dieser quasi von oben nach unten ausgespült wird, was eine effektive u. saubere Verbrennung gewährleistet und zur Kühlung des Motors beiträgt. Hoher Wirkungsgrad und saubere Verbrennung durch sehr gute Verwirbelung der Spülgase. Sie treffen mit hoher Geschwindigkeit auf den halbrunden Zylinderkopf u. werden dort nach der Umkehrung in eine Drehbewegung versetzt. Beschleunigung des Eintretens von Frischgas durch den Rückschlags"-Effekt (Energie des Altgases wird genutzt, um den Spülvorgang zu beschleunigen. Leicht asymmetrisches Steuerdiagramm durch ein Nachströmen der Gase auch dann noch, wenn der Auslass schon geschlossen ist. Kein Verkoken der Einlasskanäle mehr, da diese durch das Brenngas ständig intensiv frei gebrannt werden. Tauglichkeit für Direkteinspritzung [0053] Auch ohne Zuhilfenahme von elektronischen oder mechanischen Optimierungssystemen liefert ein Mittelstrom-gespülter Zweitaktmotor schon sehr gute Verbrauchs- und Abgaswerte. 5/14

6 [0054] Diese positiven Eigenschaften können durch Einsatz eines Direkt-Einspritzungssystems noch gesteigert werden. Durch seine saubere Trennung von Frisch- und Altgas ist ebenso der Einsatz eines geregelten Dreiweg-Katalysators machbar. [0055] Die Einspritzdüse kann in der Mitte des oberen Überströmkanals so angeordnet werden, dass sie schräg nach oben, in Richtung der Zündkerze strahlt. [0056] Der Motor saugt dabei über den Kurbelraum nicht mehr Gasgemisch, sondern nur noch Spülluft an, welche mit geringen Mengen von Schmieröl angereichert sind. [0057] Beim Spülvorgang kann nun die Spülluft das Altgas vollständig heraus-blasen und wenn der Kolben das Auslassfenster verschließt, befindet sich nahezu nur Luft im Zylinder. Nun dauert es aber noch eine gewisse Zeit, bis er auch den oberen Überströmkanal verschließt. Diese Zeit gibt der Einspritzdüse die Gelegenheit, in aller Ruhe einen scharf konzentrierten Benzinstrahl in Richtung Zündkerze zu spritzen. Hierbei wird er von der immer noch nachströmenden Frischluft unterstützt. [0058] Durch die lange Zeit zwischen Einspritzvorgang und Zündung kann sich die Spülluft mit dem eingespritzten Treibstoff im Bereich der Zündkerze gut vermischen. [0059] Bei dem ganzen Vorgang wird eine Art von Schichtladung praktiziert, welche wiederum gut zur Reduzierung des Verbrauchs und schädlicher Abgase ist: Während sich im Bereich der Zündkerze ein fettes Gemisch angesiedelt hat welches von ihr gut gezündet werden kann, ist das Gemisch in Richtung Zylinderumfang relativ mager. Es kann erst von bereits gezündetem, fettem Gemisch entflammt werden. [0060] Dadurch, dass die Einspritzdüse optimal im mittleren Zylinderbereich und dort im Überströmkanal platziert werden kann, sind keine sehr hohen Einspritzdrücke und auch keine besonders schnellen Einspritzzeiten notwendig. Dies reduziert wiederum die Kosten für die Einspritz-Hardware und verlängert deren Haltbarkeitsdauer. [0061] Es bleibt noch zu bemerken, dass sich durch die Mittelstrom-Einspritzung eine besondere Eignung für Wasserstoff als Treibstoff ergibt. Der Zweitakter hat ohnehin einen Vorteil gegenüber dem Viertakter in Sachen Wasserstoff, da er keine heißen Auslassventile besitzt, an dem die gefürchtete Frühzündung des Wasserstoffs einsetzen könnte. Die fehlenden Ventile verhindern auch ein Rückzünden in Richtung Frischgas-Einlass. [0062] Außerdem bewirkt die erreichte starke Trennung von Frischgas und heißem Brenngas ebenso jeglicher ungünstigen Frühzündung entgegen. [0063] Durch eine gasförmige oder Tropfenförmige Einspritzung in den oberen Überströmkanal zu einem Zeitpunkt, wenn schon die Spülluft komplett eingespült, der Auslass verschlossen und der Kolben noch nicht hoch verdichtet hat, tritt keine negative Verdünnung der Spülluft ein und es entsteht ein gut zündfähiges Gemisch aus Luft und Wasserstoff. Ausführungsbeispiel [0064] Gegeben sei ein Zweitaktmotor von 246 ccm Hubraum und einem Bohrungs-Hubverhältnis von 52 mm (Hub) zu 58 mm (Bohrung). [0065] Die Kolbenlänge beträgt 62 mm. Der Auslasskanal hat eine Breite von 40 mm und eine Höhe von 15 mm. [0066] Gegenüber dem Auslasskanal befindet sich auf der Höhe von 29 mm der obere Einlasskanal. Er hat ebenfalls eine Breite von 40 mm aber nur eine Höhe von 11 mm. [0067] Auf der dem Auslass gegenüber liegenden Seite des Kolbens ist ein Durchlasskanal der gleichen Dimensionen (35 11 mm) 22 mm unterhalb der Kolben-Oberseite eingearbeitet. [0068] Er ist im unteren Totpunkt des Kolbens deckungsgleich mit dem unteren Überströmkanal und bildet so mit beiden Überströmkanälen die Durchleitung des Frischgases aus dem Kurbelraum in den Brennraum. [0069] Beim Abwärtshub des Kolbens fangen Durchlasskanal und unterer Überströmkanal bei ca. 25% offenen Auslassfenster an, Frischgas in Richtung Brennraum durchzulassen (also bei 11 mm vor dem unteren Totpunkt). [0070] Da der Kolben durch das von unten ständig vorbeiziehende Frischgas gleichmäßig und gut von innen gekühlt wird, können die Spaltmaße zwischen Kolben u. Zylinder sehr gering gehalten werden, ohne Kolbenklemmen oder übermäßigen Verschleiß bei Betriebstemperatur zu riskieren. 3 5 Hundertstel Millimeter an Spiel erscheinen realistisch. [0071] Der Kolben selber wird mit zwei oberen Kolbenringen für die Kompression ausgerüstet; ein unterer Kolbenring kann wegen geringer Spaltmaße entfallen. Der obere und untere Einlasskanal sind in einen relativ spitzen Winkel im Verhältnis zur Zylinderwand eingearbeitet, um dem Frischgas wenig Geschwindigkeit durch übermäßige Umlenkung zu nehmen und um den Frischgasstrahl eng an die innere 6/14

7 Zylinderwand anliegen zu lassen. Dies ergibt eine stabile Strömung und ein sauberes ausspülen des Zylinders von oben nach unten. [0072] Beim Kompressionsvorgang erreicht der Kolben erst nach verschließen des oberen Überströmkanals eine mit höherem Gasdruck belastete Phase, was ein sicheres Abdichten des Überströmkanals bis zu diesem Zeitpunkt gewährleistet. [0073] Das Ansaugen von Frischgas erfolgt über einen Membraneinlass im Kurbelraum. Dieser ist zuverlässig, kostengünstig und ermöglicht einen guten Füllungsgrad. Nach dem Zündungsvorgang bewirken die auftretenden Kolbenseitenkräfte ein starkes Anliegen des Kolbens auf der Zylinderseite mit den Überströmkanälen. Dies gewährleitstet die Gasdichtigkeit des Kolbens in Richtung Kurbelraum auch dann, wenn Brenngase in den oberen Überstromkanal eindringen und dort den oben beschriebenen Rückschlag-Effekt auslösen (Reflektionswelle). [0074] Die Materialpaarung von Kolben und Zylinder soll eine AAC Kombination sein: Kolben aus Aluminium, Laufbuchse aus Aluminium und Laufbuchse mit Chrom beschichtet. Diese Materialpaarung hat eine geringe thermische Ausdehnung, von allem im Verhältnis zueinander. Da der Kolben hier auch noch innen-gekühlt ist verbessert sich die geringe Ausdehnung noch weiter. Möglichkeiten der gewerblichen Anwendbarkeit [0075] Alle Bekannten Anwendungen, bei denen heutzutage kleine und mittelgroße Zweitaktmotoren mit Kurbelkastenspülung angewendet werden, können durch den Mittelstrom-gespülten Zweitaktmotor bei ökonomischem Vorteil ersetzt werden: Arbeitsmaschinen: (Motorsensen, Rasenmäher, Kettensägen, Antriebe für kleine U. leichte Arbeitsgeräte, Geräte, die auch in über- Kopf-Lage" sicher funktionieren müssen, Pumpen, Bohrgeräte, Generatoren...) Fahrzeuge: (Motorroller, Motorräder, Antriebe für leichte u. sparsame Kleinwägen, leichte Kleinlastwägen, leichte Schienenfahrzeuge, Außenbordmotoren für Schiffe, Inboard Motoren für Schiffe, Freizeitgeräte...) Flugzeuge: Antrieb für Ulta-light Flugzeuge, Antrieb für Drachenflieger, Antrieb für Gleitschirme, Antrieb für Zeppeline, Antrieb für kleine u. leichte Sportflugzeuge, Antrieb für zivile u. militärisch genutzte Drohnen. Freizeit: [0076] Antrieb für Modellflugzeuge, Antrieb für Modellautos, Antrieb für Modellschiffe Bezugszeichenliste Abb. 1: Motor/Teilebenennung 1 Oberer Überströmkanal 2 Frischgaskanal 3 Unterer Überströmkanal 4 Kolben-Frischgasfenster 5 Kolben 6 Brennraum 7 Auslasskanal 8 Einlasskanal 9 Pleuel 10 Kurbelwelle Abb. 2: Motor/Spülstrom in Zeitphasen KK = Kolbenkühlung AG = Abgas A E = Winkelphasen Kolben + Lage Spülstrom dabei Abb. 3 Kolben-Seitenkräfte bei Arbeitstakt F = Kraft vom Gasdruck FS = Seitenkraft Richtung P = Wirkende Seitenkraft Abb. 4 Kolben-Seitenkräfte Bei Verdichtungstakt F = Kraft vom Gasdruck FS = Seitenkraft Richtung P = Wirkende Seitenkraft Abb. 5 Kolbenspiel bei Arbeitstakt FS = Seitenkraft Richtung P = Wirkende Seitenkraft 7/14

8 Abb. 6 Kolbenspiel bei Verdichtungstakt FS = Seitenkraft Richtung P = Wirkende Seitenkraft Abb. 7 Fluchtwege Frischgas X = Fluchtweg KU = Kolbenring unten P = Wirkende Seitenkraft FS = Richtung Seitenkraft Abb. 8 2 zusätzliche Kolbenringe D = Wirkender Gasdruck X = Fluchtweg Frischgas oben X = Fluchtweg Frischgas unten KM = Kolbenring Mitte KU = Kolbenring unten Abb. 9 Gestaltungsmöglichkeiten Laufbuchse A = ganz zylindrisch B = oben konisch öffnend C = oben und unten konisch öffnend D = Mitte unten konisch schließend E = oben unten konisch schließend F = oben unten konisch öffnend G = oben Mitte konisch schließend H = oben konisch schließend I = oben konisch schließend, unten konisch schließend J = oben konisch schließend, Mitte-unten konisch schließend Abb. 10 Verschiedene Positionen und Anzahl der Spülkanäle Abb. 11 Spülkanäle in Querstrom Art Abb. 12 Spülkanäle in Schnürte-Umkehrspülungs-Art Abb. 13 Spülkanäle in Dreikanal u. Mehrkanal-Umkehrspülungs-Art Abb. 14 Auslasskanäle, bis über die Zylindermitte hinaus ausgeführt Patentansprüche 1. Hauptansprüche: 1. Zweitaktmotor mit Kolbensteuerung, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Einlasskanal des Zylinders (Überströmkanal) in der Mitte zwischen oberem und unterem Totpunkt des Kolbens in der Laufbuchse des Zylinders und gegenüber des Auslasses befindet. 2. Zweitaktmotor mit Kolbensteuerung, dadurch gekennzeichnet, dass auf der dem Gassauslass gegenüber liegenden Seite des Kolbens im Kolben ein Durchgangsfenster eingearbeitet ist, welches niedriger als die Auslassöffnung (Abgas) ausgeführt ist und dazu dient, Frischgas aus dem Kurbelraum durch den Kolben zum Überströmkanal zu befördern. 3. Zweitaktmotor mit Kolbensteuerung, dadurch gekennzeichnet, dass gegenüber des Durchgangsfensters im Kolben ein gleichgroßes Durchgangsfenster (unterer Überströmkanal) im unteren Drittel der Laufbuchse eingearbeitet ist, welches gleich groß wie das Kolbenfenster ist, zur Durchleitung des Frischgases zum Überströmkanal dient und durch seine Position die Steuerzeiten des Spülzeitpunktes bestimmt. 4. Zweitaktmotor mit Kolbensteuerung, dadurch gekennzeichnet, dass im die Laufbuchsen umgebenden Zylindermantel ein Verbindungskanal eingearbeitet ist, der den unteren vom Kolben kommenden Überströmkanal mit dem oberen in der Zylindermitte mündenden Überströmkanal verbindet, in seiner Form den Spülstrom schräg nach oben in Richtung Zylinderkopf richtet und keine direkte Verbindung zum Kurbelraum besitzt. 2. Zusätzliche Ansprüche: 5. Zweitaktmotor nach Anspruch 1.1, bei dem der obere Überströmkanal aus zwei drei und Mehr einzelnen Spülfenstern besteht. 6. Zweitaktmotor nach Anspruch 1.2, bei dem der Gasdurchlass im Kolben aus zwei, drei und mehr Spülfenstern besteht. 7. Zweitaktmotor nach Anspruch 1.3, bei dem der untere Überströmkanal aus zwei, drei und mehr Spülfenstern besteht. 8. Zweitaktmotor nach Anspruch 1.1, bei dem der obere, in der Laufbuchse eingearbeitete Überströmkanal bis zu 40% über oder unter dem Mittelpunkt der Laufbahnmitte (Mitte zwischen oberem und unterem Totpunkt) angeordnet ist. 9. Zweitaktmotor nach Anspruch 1.1, bei dem die Spülkanäle in der Mitte des Zylinders in der Art einer Schnürte-Umkehrspülung angeordnet sind. 10. Zweitaktmotor nach Anspruch 1.1, bei dem die Spülkanale in der Mitte des Zylinders in der Art einer Dreikanal (und Mehrkanal) Umkehrspülung angeord- 8/14

9 net sind. 11. Zweitaktmotor nach Anspruch 2.5 und 2.6, bei dem die Spülkanäle bis zu 40% über oder unter der Zylindermitte angeordnet sind. 12. Zweitaktmotor nach Anspruch 1.4, bei dem der Verbindungskanal zwischen unterem und oberen Spülkanal so geformt ist, dass er einem von unten nach oben sich öffnenden Konustrichter gleicht und auf diese Weise einen Resonanzeffekt erzeugt. Es folgen 5 Blatt Zeichnungen DE A /14

10 Anhängende Zeichnungen 10/14

11 11/14

12 12/14

13 13/14

14 14/14