CN101319630A - 内燃机及其运行方法 - Google Patents

Abstract

一种内燃机及其运行方法。内燃机包括其中构成燃烧室(3)的气缸(2)，该燃烧室由往复运动地支承的活塞(5)限制。设置至少一个溢流通道(14)，其在活塞(5)的至少一个位置上将曲轴箱(4)与燃烧室(3)连通。内燃机包括一个输送通道(13)，它通过输送通道入口(11)通到气缸孔(34)。输送通道(13)在活塞(5)的至少一个位置上通过至少一个活塞槽(22，42)与溢流通道(14)连通。为了实现内燃机的小的废气值，高度活塞槽(22，42)在活塞(5)的下死点处具有至溢流窗(15)的下棱边(27)的间距(a)，该间距小于至输送通道入口(11)的下棱边(26)的间距(b)。用于运行内燃机的方法规定，活塞槽(22，42)在活塞(5)的上行冲程中先与溢流窗(15)连通和然后与输送通道入口(11)连通。

Description

内燃机及其运行方法

技术领域

本发明涉及一种内燃机和一种用于运行内燃机的方法。

背景技术

由U2002/0043227A1已知一种内燃机，即一种二冲程发动机，它具有用于输送混合物的通道以及用于输送空气的单独的通道。空气道通到气缸孔和在活塞的上死点的区域中与溢流通道连接，在该溢流通道中预储备有扫气预储积空气。

已经表明，在这种扫气预储积发动机中燃烧室的扫气不仅用纯空气进行，而且在扫气过程中混合物也可以进入燃烧室，它然后通过出口逸出。这使得内燃机的废气值变差。

发明内容

本发明的任务是，提供一种这种类型的内燃机，它具有改善的废气值。本发明的另一个任务在于提供一种用于运行内燃机的方法，通过该方法可以实现低的废气值。

关于内燃机，该任务通过一种内燃机解决，它包括其中构成燃烧室的气缸，该燃烧室由往复运动地支承的活塞限制，其中活塞转动地驱动可转动地支承在曲轴箱中的曲轴，包括至少一个溢流通道，该溢流通道在活塞的至少一个位置上将曲轴箱与燃烧室连通，其中该溢流通道在其长度的至少一个部分上与气缸内腔分开和通过至少一个溢流窗通到燃烧室，包括一个输送通道，它通过输送通道入口通到气缸孔，其中输送通道在活塞的至少一个位置上通过至少一个活塞槽与溢流通道连通，其特征在于，活塞槽在活塞的下死点处具有至溢流窗的下棱边的平行于气缸纵轴线测量的间距，该间距小于平行于气缸纵轴线测量的至输送通道入口的下棱边的间距。

关于方法，该任务通过一种用于运行内燃机的方法解决，其中内燃机包括其中构成燃烧室的气缸，该燃烧室由往复运动地支承的活塞限制，其中活塞转动地驱动可转动地支承在曲轴箱中的曲轴，包括至少一个溢流通道，该溢流通道在活塞的至少一个位置上将曲轴箱与燃烧室连通，其中该溢流通道在其长度的至少一个部分上与气缸内腔分开和通过至少一个溢流窗通到燃烧室，包括一个输送通道，它通过输送通道入口通到气缸孔，其中输送通道在活塞的至少一个位置上通过至少一个活塞槽与至少一个溢流通道连通，其特征在于，活塞槽在活塞的上行冲程中先与溢流窗连通和然后与输送通道入口连通。

已经证明在这种内燃机中的一部分扫气损失是由于在活塞的下行冲程中燃油/空气-混合物从溢流通道流入活塞槽中产生的。该混合物可以进入到输送在很大程度上无燃油的燃烧空气的输送通道中和导致输送通道被燃油脏污。在活塞的上行冲程中该燃油与扫气预储积空气一起吸入溢流通道。由此在溢流通道中预储积的扫气预储积空气同样含有燃油。

已经证明输送通道被燃油的这种脏污可以这样地减小和在很大程度上避免，即活塞槽在活塞的下死点处至溢流窗的下棱边之间具有平行于气缸纵轴线测量的间距，该间距小于平行于气缸纵轴线测量的至输送通道入口的下棱边的间距。通过内燃机的这样的构造，在活塞的上行冲程中活塞槽先与溢流通道连通。在活塞的下行冲程中进入到活塞槽中的燃油/空气-混合物可以由此在活塞的上行冲程中，此时在曲轴箱中形成负压，通过溢流通道吸入曲轴箱。由此在很大程度上避免燃油/空气-混合物流入输送通道。通过输送通道输送的扫气预储积空气在很大程度上是无燃油的和没有被来自活塞槽的燃油/空气-混合物脏污。由此燃烧室可以用在很大程度上无燃油的燃油/空气-混合物扫气。扫气损失被减小和内燃机的废气值被改善。

间距此时总是各下棱边和活塞槽之间的最小的间距。该间距说明在使溢流窗或输送通道与活塞槽连通前必须走过活塞的哪个行程。此处最小的平行于气缸纵轴线测量的间距是决定性的。

有利地，活塞槽至输送通道入口的下棱边的间距和活塞槽至溢流窗的下棱边的间距之间的差为活塞行程的5％至50％。有利地该差为活塞行程的20％至35％。由此保证，在活塞槽朝着输送通道打开之前，活塞槽足够长地与溢流通道连通。由此在输送通道朝活塞槽打开之前，来自活塞槽的混合物可以在很大程度上流入溢流通道。

规定活塞槽在活塞的冲程中越过溢流窗的区域中比在活塞的冲程中越过输送通道入口的区域中具有更大的轴向长度。由此溢流通道比输送通道更长地朝着活塞槽打开。

有利地，溢流窗和输送通道入口在气缸周向上相互间具有间距。溢流窗和输送通道入口在气缸周向没有重叠部分。由此输送通道入口和溢流窗由活塞周面的不同的区域控制。由此可以实现通道与活塞槽的连接的不同的控制时间。这种情况在溢流窗在气缸周向上与输送通道入口处于重叠的内燃机中是不可能的，因为溢流窗必须布置在输送通道的与燃烧室面对的一侧上。

为了达到内燃机的尽可能小的结构高度，规定溢流窗和输送通道入口在气缸纵轴线的方向上具有重叠部分。尤其是规定，限制燃烧室的活塞顶面构造成平的和垂直于气缸纵轴线分布。重叠部分有利地为小于活塞行程的5％。

内燃机尤其是混合润滑的内燃机，它具有用于将燃油输送到曲轴箱中的装置。在混合润滑的内燃机中，燃油/空气-混合物通过溢流通道从曲轴箱进入燃烧室。此处在溢流通道中预存储空气是符合目的的，以便实现小的废气值。有利地，气缸具有从燃烧室出来的出口和中央平面，后者包含气缸纵轴线并且分割出口。有利地，在中央平面的每侧只布置一个溢流通道。内燃机由此总共具有两个溢流通道，它们有利地与中央平面对称地布置。规定在中央平面的每侧具有通到气缸孔的输送通道入口，并且输送通道分成两个分支道，它们分别通到一个输送通道入口。由于每个溢流通道由输送通道的一个分支道供给扫气预储积空气，因此可以实现溢流通道的良好的和完全的扫气。通过将输送通道分成两个分支道得到一种简单的设计结构。

有利地，活塞具有活塞销孔。活塞销孔此时尤其是位于活塞槽的外部。由此在活塞槽中得到良好的流动状态。活塞槽的容积可以较小。

对于一种用于运行内燃机的方法，其中内燃机包括其中构成燃烧室的气缸，该燃烧室由往复运动地支承的活塞限制，其中活塞转动地驱动可转动地支承在曲轴箱中的曲轴，包括至少一个溢流通道，该溢流通道在活塞的至少一个位置上将曲轴箱与燃烧室连通，其中该溢流通道在其长度的至少一个部分上与气缸内腔分开和通过至少一个溢流窗通到燃烧室，包括一个输送通道，它通过输送通道入口通到气缸孔，其中输送通道在活塞的至少一个位置上通过至少一个活塞槽与至少一个溢流通道连通，规定活塞槽在活塞的上行冲程中先与溢流窗连通和然后与输送通道入口由于活塞槽首先通过溢流通道与曲轴箱连接和燃油/空气-混合物从活塞槽吸入到曲轴箱中和在活塞的进一步的上行冲程中活塞槽与输送通道连接，因此燃烧空气，尤其是在很大程度上无燃油的燃烧空气，可以通过活塞槽从输送通道吸入溢流通道和进入曲轴箱。由于燃油/空气-混合物从活塞槽基本上吸入到溢流通道中，因此输送通道没有被活塞槽的燃油脏污。活塞槽中的主要压力由于活塞槽朝溢流通道打开而已经降低。在活塞槽中只具有小的压力，从而燃油/空气-混合物不会从活塞槽流回到输送通道中。由此产生低的内燃机废气值。

有利地，输送通道入口比溢流窗延迟10°曲轴转角至50°曲轴转角地与活塞槽连通。规定在输送通道入口与活塞槽连接之后通过活塞槽将燃烧空气从输送通道吸入溢流通道。从输送通道吸入的燃烧空气用作在溢流通道中的扫气预储积空气。该扫气预储积空气在活塞的下行冲程中在进入燃烧室时将废气与从曲轴箱后流入的新鲜混合物分开。由此防止来自曲轴箱的新鲜混合物可以直接地流到出口。

有利地，溢流窗在活塞的上行冲程中比输送通道入口更长地打开。尤其是将燃油/空气-混合物输送到内燃机的曲轴箱中。在这种混合润滑的内燃机中，将从曲轴箱流入燃烧室的燃油/空气-混合物与燃烧室中的废气通过扫气预储积空气分开是有利的。

附图说明

以下对照附图描述本发明的实施例。

图1是内燃机的纵剖面的示意视图，

图2是通过图1的内燃机的示意剖面图，

图3至图8是图1和2的活塞和气缸在不同的活塞位置上的展开图，

图9是活塞的一个实施例的展开图。

具体实施方式

在图1中示出的内燃机是一种混合物润滑的二冲程发动机1。二冲程发动机1尤其是用于驱动手动控制的工作器具如机动锯，切断机，清除切割机或类似物的工具。二冲程发动机1具有气缸2，它的气缸孔34限制燃烧室3。燃烧室3布置在气缸2的气缸内腔32中。从燃烧室3中引出出口9。活塞5往复运动地支承在气缸2中，它的活塞顶面36限制燃烧室3。活塞顶面36是平的和垂直于气缸纵轴线23。活塞5通过连杆6驱动可转动地支承在曲轴箱4中的曲轴7。曲轴7转动轴线8被转动地驱动。在图1中示出了在下死点的活塞5。它对应于180°的曲轴转角α。

二冲程发动机1具有作为燃油供给装置的化油器16。化油器16通过混合物通道12与二冲程发动机1连接和通过由活塞5缝式配气的混合物入口10通到曲轴箱4中。在化油器16中可转动地支承节气门17和位于节气门17上游的阻风门18。化油器16与空气滤清器21连接，通过它吸入燃烧空气。

二冲程发动机1具有输送通道13，用于输送贫燃油的或在很大程度上无燃油的燃烧空气。输送通道13通过输送通道入口11通到气缸孔34。如在图2的剖视图所示，输送通道13在气缸2的区域中分成两个分支道13′，13″，它们方便通过输送通道入口11通到气缸孔34。

在化油器16上保持输送通道部段20，其中可转动地支承控制阀门19。控制阀门19控制通过输送通道13输送的燃烧空气量。控制阀门19的位置有利地与在混合物通道中的节气门17的位置耦联。

如图1和2所示，二冲程发动机1具有两个溢流通道14，它们在图1示出的活塞5下死点的区域中将曲轴箱4与燃烧室3连通。溢流通道14通过由活塞5缝口式控制的溢流窗15通到燃烧室3。溢流通道14在溢流窗15和它们进入曲轴箱4的入口之间通过在图2中示出的气缸内腔32的壁部段37分开。

活塞5具有活塞槽22，它在活塞5的上死点的区域中将输送通道入口11与溢流窗15连通。如图2所示，二冲程发动机1具有中央平面33。中央平面33将出口9从中心分开和包含气缸纵轴线23。两个溢流通道14与中央平面33对称地布置。相应地，活塞5具有两个与中央平面33对称布置的活塞槽22。活塞槽22在输送通道13的各分支道13′，13″之间与溢流通道14的溢流窗15建立连接。活塞5具有用于与连杆6连接的活塞销孔35，它在图1的实施例中布置在活塞槽22中。

在图1示出的活塞5的下死点上输送通道入口11被活塞5封闭。溢流窗15朝着燃烧室3打开。在活塞5上下运动时越过溢流窗15的区域中，活塞槽22具有控制棱边25。控制棱边25在该区域中是活塞槽22的上棱边，亦即是位于面对燃烧室3的棱边。在活塞5往复运动时越过输送通道入口11的区域中，活塞槽22具有控制棱边24，它同样在该区域中是活塞槽22的上棱边。两个控制棱边24和25具有平行于气缸纵轴线23测量的间距g。此时控制棱边24布置得更靠近曲轴箱4和控制棱边25布置得更靠近燃烧室3。

以下对照图1并且连接图3至8描述二冲程发动机1的运行。在图3中活塞5如也在图1中一样在下死点处示出。从燃烧室3出来的出口9被活塞5在很大程度上打开。两个溢流窗15也朝着燃烧室3敞开。溢流窗15具有与曲轴箱4面对的下棱边27，它在活塞5的下死点处与控制棱边25之间具有间距a。输送通道入口11具有下棱边26，它面对曲轴箱4设置和与控制棱边24之间具有间距b。如图3所示，间距a大大地小于间距b。距离a和b之间的差值有利地为活塞行程h的5％至50％。间距b和a的差值尤其为活塞行程h的20％至35％。活塞行程h此时是活塞顶面36在图3中示出的下死点至活塞顶面36在图8中示出的活塞的上死点5的间距。在图3中用虚线示出了活塞顶面36在上死点的位置。各间距此时分别给出了最小的平行于气缸纵轴线23测量的间距，亦即对于控制时间起决定性作用的间距。

输送通道入口11具有上棱边30，它面对燃烧室3设置和布置在溢流窗15的下棱边27的上方。输送通道入口11和溢流窗15由此具有重叠部分c。溢流窗15的下棱边27由此比输送通道入口11的上棱边30更靠近曲轴箱。重叠部分c很小和有利地为小于活塞行程h的5％。

如图3所示，输送通道入口11和所配属的溢流窗15在气缸周向上看并排地布置。此处没有重叠部分。在输送通道入口11和溢流窗15之间具有在气缸周向上的间距f。间距f此时可以很小。

如果活塞5从图3示出的在下死点处的位置沿箭头28的方向朝燃烧室3运动，即活塞5实施上行冲程，那么首先溢流窗15和出口9被封闭。在图4中示出了溢流窗15被封闭时的活塞5。这可以例如在230°至240°的曲轴转角α下实现。

在进一步的上行冲程中，出口9同样被完全地封闭。接着控制棱边25在溢流窗15的区域中与溢流窗15的下棱边27重叠。这种情况在图5中示出。这可以例如250°至260°的曲轴转角α下实现。在该时间点活塞槽22各与一个溢流窗15连接。在活塞5上行冲程中在曲轴箱4中形成负压。由于该负压，在活塞槽22与溢流通道14连接时燃油/空气-混合物从活塞槽22被吸入到溢流通道14中和必要时吸入到曲轴箱4中。在活塞5的继续的下行冲程中，溢流窗15被完全地打开。输送通道入口11开始时仍然被封闭。

图6示出了在打开输送通道入口11时的活塞5。在图6示出的活塞位置上，例如在285°至295°的曲轴转角α下，控制棱边24与输送通道入口11的下棱边26进入重叠。由此每个输送通道入口11与一个活塞槽22连接。由此在很大程度上无燃油的燃烧空气可以从输送通道13通过输送通道入口11流入活塞槽22和从那里通过溢流窗15流入溢流通道14。这种流入是由于活塞5的上行运动在曲轴箱4中产生的负压实现的。

在图7中示出了在输送通道入口11和溢流窗15之间的连接。此外在图7示出的活塞5的位置上，混合物入口10朝着曲轴箱4敞开。这可以例如在295°至305°的曲轴转角α下实现。

图8示出了在上死点的活塞5。输送通道入口11和溢流窗15布置在活塞槽22的下部区域中。如图8所示，活塞槽22在其下侧上具有斜面31，它将输送通道入口11的下棱边26与溢流窗15的下棱边27连接和由此产生良好的流动导向。

在活塞5的下行冲程期间首先混合物入口10被封闭。接着输送通道入口11被活塞5的活塞裙封闭。但是还可以有燃油/空气-混合物从溢流通道15流入活塞槽22中。接着溢流通道15也被活塞槽22分开。由此燃油/空气-混合物被设置在活塞槽22中，该混合物在活塞的随后的上行冲程中被吸入到溢流通道14中。

如图3至8所示，溢流窗15比输送通道入口11更长地长度r与活塞槽22连接。这是由于在溢流窗15和输送通道入口11的区域中活塞槽22的不同的轴向长度产生的。如图3所示，活塞槽22在控制输送通道入口11的区域中具有轴向长度e。活塞槽22在控制与溢流窗15的连接的区域中具有有效轴向长度d，它大大地大于在输送通道入口11的区域中的轴向长度e。有效轴向长度此时的是其中也实际地布置所配属的窗的区域的长度。如图8所示，在斜面31的区域中没有布置溢流窗。有效轴向长度因此不是在在斜面31的区域中测量，而是在相邻的区域中测量，在活塞的上死点5的区域中溢流窗15实际布置在该相邻的区域中。如图3所示，输送通道入口11的下棱边26与溢流窗15的下棱边27之间具有间距e。输送通道入口11的下棱边26此时比溢流窗15的下棱边27更靠近曲轴箱4布置。

在图9中示出另一个实施例。相同的附图标记此时表示相同的构件。在图9中示出的活塞与图1至8中的活塞的区别基本上在于活塞槽42的结构。在图9中示出的活塞5的情况下，活塞销孔35布置在活塞槽42的外部和上部。活塞销孔35通过连接条46与活塞槽42分开。通过将活塞销孔35布置在活塞槽42的外部，在活塞槽42中得到有利的流动状况。活塞槽42可以具有良好的可扫气轮廓。可以通过活塞槽42的相应的结构避免流动的紊乱。活塞槽42的控制棱边45在图9中虚线示出的活塞5下死点的区域中具有至溢流窗15的下棱边27的平行于气缸纵轴线23测量的间距a′。控制棱边45此时是活塞槽42的在活塞5的上行冲程期间首先越过溢流窗15的下棱边27的区域。输送通道入口11的下棱边26至活塞槽22的控制棱边44，亦即至活塞槽42的在活塞5往复运动时越过输送通道入口11的控制棱边，具有轴向间距b′，它大于间距a′。如图9所示，间距b′仅仅稍微大于间距a′。这意味着，在活塞槽42也朝着输送通道入口11打开之前，活塞槽42仅仅短时间地朝着溢流窗15打开。

在图1中，二冲程发动机1具有化油器和与其完全分开地引导的输送通道13。但是代替分开引导的输送通道13地，也可以规定，进气道在它的长度的至少一个部段上进行划分。尤其是为此在进气道的一个部段中设置分隔壁。可以规定，混合物通道12和输送通道13通到一个共同的化油器，它的节气门不仅控制混合物通道而且控制输送通道。

活塞槽22，42的容积选择得尽可能小已经证明是有利的。这可以尤其是将活塞销孔35布置在活塞槽42的外部时实现。为了实现对溢流通道14的足够的充填，活塞槽22，42具有可以良好扫气的轮廓，它有利地是流动优化的。

Claims (16)

1.内燃机，包括其中构成燃烧室(3)的气缸(2)，该燃烧室由往复运动地支承的活塞(5)限制，其中活塞(5)转动地驱动可转动地支承在曲轴箱(4)中的曲轴(7)，包括至少一个溢流通道(14)，该溢流通道在活塞(5)的至少一个位置上将曲轴箱(4)与燃烧室(3)连通，其中该溢流通道(14)在其长度的至少一个部分上与气缸内腔(32)分开和通过至少一个溢流窗(15)通到燃烧室(3)，包括一个输送通道(13)，它通过输送通道入口(11)通到气缸孔(34)，其中输送通道(13)在活塞(5)的至少一个位置上通过至少一个活塞槽(22，42)与溢流通道(14)连通，其特征在于，活塞槽(22，42)在活塞(5)的下死点处具有至溢流窗(15)的下棱边(27)的平行于气缸纵轴线(23)测量的间距(a，a′)，该间距小于平行于气缸纵轴线(23)测量的至输送通道入口(11)的下棱边(26)的间距(b，b′)。

2.按照权利要求1所述的内燃机，其特征在于，活塞槽(22，42)至输送通道入口(11)的下棱边(26)的间距(b，b′)和活塞槽(22，42)至溢流窗(15)的下棱边(27)的间距(a，a′)之间的差为活塞行程(h)的5％至50％。

3.按照权利要求2所述的内燃机，其特征在于，活塞槽(22，42)至输送通道入口(11)的下棱边(26)的间距(b，b′)和活塞槽(22，42)至溢流窗(15)的下棱边(27)的间距(a，a′)之间的差为活塞行程(h)的20％至35％。

4.按照权利要求1所述的内燃机，其特征在于，活塞槽(22，42)在在活塞(5)的冲程中越过溢流窗(15)的区域中比在在活塞(5)的冲程中越过输送通道入口(11)的区域中具有更大的轴向长度(d)。

5.按照权利要求1所述的内燃机，其特征在于，溢流窗(15)和输送通道入口(11)在气缸周向上相互间具有间距(f)。

6.按照权利要求1所述的内燃机，其特征在于，溢流窗(15)和输送通道入口(11)在气缸纵轴线(23)的方向上具有重叠部分(c)。

7.按照权利要求6所述的内燃机，其特征在于，重叠部分(c)小于活塞行程(h)的5％。

8.按照权利要求1所述的内燃机，其特征在于，内燃机是混合润滑的内燃机，它具有用于将燃油输送到曲轴箱(4)的装置。

9.按照权利要求1所述的内燃机，其特征在于，气缸(2)具有从燃烧室(3)出来的出口(9)和中央平面(33)，其中中央平面(33)包含气缸纵轴线(23)和分割出口(9)，和其中在中央平面(33)的每侧仅布置一个溢流通道(14)。

10.按照权利要求所述的内燃机9，其特征在于，在中央平面(33)的每侧上一个输送通道入口(11)通到气缸孔(34)，和输送通道(13)划分成两个分支道(13′，13″)，它们分别通到一个输送通道入口(11)。

11.按照权利要求1所述的内燃机，其特征在于，活塞(5)具有活塞销孔(35)，和活塞销孔(35)设置在活塞槽(42)的外部。

12.用于运行内燃机的方法，其中内燃机包括其中构成燃烧室(3)的气缸(2)，该燃烧室由往复运动地支承的活塞(5)限制，其中活塞(5)转动地驱动可转动地支承在曲轴箱(4)中的曲轴(7)，包括至少一个溢流通道(14)，该溢流通道在活塞(5)的至少一个位置上将曲轴箱(4)与燃烧室(3)连通，其中该溢流通道(14)在其长度的至少一个部分上与气缸内腔(32)分开和通过至少一个溢流窗(15)通到燃烧室(3)，包括一个输送通道(13)，它通过输送通道入口(11)通到气缸孔(34)，其中输送通道(13)在活塞(5)的至少一个位置上通过至少一个活塞槽(22，42)与至少一个溢流通道(14)连通，其特征在于，活塞槽(22，42)在活塞(5)的上行冲程中先与溢流窗(15)连通和然后与输送通道入口(11)连通。

13.按照权利要求12所述的方法，其特征在于，输送通道入口(11)比溢流窗(15)滞后10°曲轴转角(α)至50°曲轴转角(α)地与活塞槽(22)连通。

14.按照权利要求12所述的方法，其特征在于，在输送通道入口(11)与活塞槽(22，42)连通之后燃烧空气通过活塞槽(22，42)从输送通道(13)吸入到溢流通道(14)中。

15.按照权利要求12所述的方法，其特征在于，溢流窗(14)在活塞(5)的上行冲程中比输送通道入口(11)更长地打开。

16.按照权利要求12所述的方法，其特征在于，燃油/空气-混合物被输送到内燃机的曲轴箱(4)中。

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