DE10064719A1 - Zweitaktmotor mit Ladungsschichtung - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Zweitaktmotor mit Ladungsschichtung für tragbare handgeführte Arbeitsgeräte. In einem Zylinder (2) ist ein Brennraum (3) ausgebildet, der von einem auf- und abgehenden Kolben (5) begrenzt ist, welcher über ein Pleuel (6) eine in einem Kurbelgehäuse (4) angeordnete Kurbelwelle (7) antreibt. Der Brennraum (3) weist einen Auslaß (10) für Abgase und einen Einlaß (11) für fettes Gemisch auf, wobei der Einlaß (11) das eine Ende eines Speicherkanals bildet, dessen anderes Ende im Kubelgehäuse mündet. Zwischen seinen Enden ist der Speicherkanal (14) mit einer Gemischbildungseinrichtung (8) verbunden. Das Kurbelgehäuse (4) hat ferner einen Lufteinlaß (16), über welchen reine Verbrennungsluft in das Kurbelgehäuse (4) eintritt. Über einen Überströmkanal (20) tritt Verbrennungsluft aus dem Kurbelgehäuse (4) in den Brennraum (3) über. Für einen konstruktiv einfachen Aufbau ist der Einlaß (11) des Speicherkanals (14) in dem Brennraum (3) in Hubrichtung (22) des Kolbens (5) oberhalb des Lufteinlasses (16) in das Kurbelgehäuse (4) vorgesehen, wobei zumindest ein Teil des Speicherkanals (14) als äußeres Bauteil (23) des Motors (1) ausgebildet ist.

Description

Die Erfindung betrifft einen Zweitaktmotor nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Ein derartiger Motor ist aus der US 4,253,433 bekannt. Der Gemischpfad des Vergasers mündet in einen Spei­ cherkanal, der etwa dem Auslaß gegenüberliegend in den Brennraum mündet und am anderen Ende zum Kurbelgehäuse offen ist. Das Kurbelgehäuse hat einen membrange­ steuerten Lufteinlaß, wobei der Speicherkanal derart gestaltet ist, daß nur ein geringer Anteil des ange­ saugten fetten Gemisches in das Kurbelgehäuse ein­ dringt. Der Speicherkanal ist als gekrümmter Kanal ausgebildet, der sich aus dem Bodenbereich des Kurbel­ gehäuses bis hoch zum Brennraum erstreckt. Ein derar­ tiger Kanal ist nicht druckgußfähig; er kann nur auf­ wendig gefertigt werden und ist daher für eine Serien­ fertigung nur bedingt geeignet.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Zweitaktmotor der gattungsgemäßen Art derart zu gestalten, daß der Speicherkanal für eine kostengünstige Serienfertigung des Motors einfach gestaltet ist.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß nach den kennzeich­ nenden Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.

Der Einlaß des Speicherkanals in den Brennraum liegt in Hubrichtung des Kolbens oberhalb des Lufteinlasses, weshalb die Zuführung von Gemisch und Luft in ein­ facher Weise über einen doppelflutigen Vergaser oder dgl. möglich ist. Ein Teil des Speicherkanals ist da­ bei als äußeres Bauteil des Motors ausgebildet, wo­ durch die verbleibenden Kanalabschnitte druckgußfähig gestaltet sein können, also im wesentlichen radial oder axial zur Zylinderachse verlaufen.

So ist der Einlaß des Speicherkanals in den Brennraum mit einem im wesentlichen geradlinigen, auch ange­ stellten Einlaßabschnitt im Zylinderanschlußstutzen ausgebildet, der an einen Zwischenabschnitt des Spei­ cherkanals anschließt, welcher in einem Vergaser­ flansch vorgesehen ist. Der Vergaserflansch ist zwi­ schen dem Zylinder und der Gemischbildungseinrichtung angeordnet und fest mit den Teilen verbunden. Der Zwischenabschnitt des Speicherkanals kann die Ver­ bindung mit einem äußeren Schlauch herstellen, der als äußerer Speicherkanal mit dem Kurbelgehäuse verbunden wird.

In einer anderen Ausführung kann der Zwischenabschnitt auch als Ringkanalabschnitt ausgebildet sein, der einen Anschluß des Schlauches unterhalb des Luftein­ lasses am Vergaserflansch ermöglicht. Die wirksame Länge des Schlauchabschnittes kann so deutlich redu­ ziert werden.

Es kann zweckmäßig sein, den Ringabschnitt als Ver­ bindung zwischen dem Einlaßabschnitt und einem Ge­ häusekanal vorzusehen, der als axialer Kanal in der Zylinderwand ausgebildet ist und in das Kurbelgehäuse mündet.

Der Ringkanalabschnitt ist vorzugsweise als Vollring ausgebildet und insbesondere aus zwei Ringnuten zu­ sammengesetzt, die in aufeinanderliegenden Stirn­ flächen ausgebildet sind.

Weitere Merkmale des Erfindung ergeben sich aus den weiteren Ansprüchen, der Beschreibung und der Zeich­ nung, in der nachfolgend im einzelnen beschriebene Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt sind. Es zeigen:

Fig. 1a bis 1f in schematischer Darstellung die Betriebsweise des erfindungsgemäßen Zweitaktmotors über einen Arbeitszyklus,

Fig. 2 eine Teilschnittdarstellung eines Zylinders mit einem äußeren Speicherkanal in einer ersten Ausführungsform,

Fig. 3 in perspektivischer Darstellung und Teilschnitt den Zylinder mit einem äußeren Speicherkanal gemäß Fig. 2,

Fig. 4 in schematischer Darstellung einen Schnitt durch einen Zweitaktmotor mit äußerem Speicher­ kanal in einer zweiten Ausführungsform,

Fig. 5 eine perspektivische Darstellung des Zylinders mit äußerem Speicherkanal und einem Ringkanal­ abschnitt gemäß Fig. 4.

Der in den Fig. 1a bis 1f schematisch gezeigte Zweitaktmotor 1 wird insbesondere als Antriebsmotor in tragbaren handgeführten Arbeitsgeräten eingesetzt, so zum Beispiel in Motorkettensägen, Freischneidegeräten, Blasgeräten, Trennschleifern oder dgl..

Der Zweitaktmotor besteht im wesentlichen aus einem Zylinder 2 und einem Brennraum 3, der von einem auf- und abgehenden Kolben 5 begrenzt ist. Der Kolben 5 treibt über ein Pleuel 6 eine in einem Kurbelgehäuse 4 drehbar gelagerte Kurbelwelle 7 an.

Im Brennraum 3 entstehende Abgase werden über einen vom Kolben 5 gesteuerten Auslaß 2 G abgeführt. Dem Aus­ laß 10 etwa gegenüberliegend ist in der Zylinderwand ein Einlaß 11 vorgesehen, der sich in einem Einlaßab­ schnitt 9 des Zylinderanschlußstutzens 12 fortsetzt. Der Einlaß 11 bildet das eine Ende 13 eines Frisch­ gemisch zuführenden Speicherkanals 14, dessen anderes Ende 15 im Kurbelgehäuse 4 mündet. Zwischen seinen En­ den 13 und 15 steht der Speicherkanal 14 zweckmäßig über ein Rückschlagventil 24 mit einer Gemisch­ bildungseinrichtung 8 in Verbindung, die vorzugsweise als Membranvergaser mit einem Venturi ausgebildet ist. Es kann auch vorteilhaft sein, die Gemischbildungs­ einrichtung 8 über eine Kolben/Schlitzsteuerung an den Speicherkanal 14 anzuschließen.

Das Kurbelgehäuse 4 weist ferner einen zweckmäßig schlitz- oder membranangesteuerten Lufteinlaß 16 auf, der mit einem Verbrennungszuführenden Luftkanal 17 in Verbindung steht. Ferner steht das Kurbelgehäuse 4 über einen überströmkanal 18 (Fig. 1c) mit dem Brenn­ raum 3 in Verbindung. Hierzu mündet der Überströmkanal 18 an einem Ende mit einem überströmfenster 19 (Fig. 1c) in den Brennraum 3 und ist an dem anderen Ende 20 mit dem Kurbelgehäuse 4 verbunden.

Der Zylinder 2 ist druckgußfähig; alle im Zylinder bzw. der Zylinderwand vorgesehenen Öffnungen und Ka­ näle können durch gerade Schieber ausgebildet werden. Der Auslaß 10, der Einlaßabschnitt 9 und der Luftkanal 17 sind im wesentlichen als zur Zylinderachse 21 ra­ dial ausgerichtet liegende Kanalabschnitte ausge­ bildet, die auch angestellt sein können. Der Einlaß 11 des Speicherkanals 14 in den Brennraum 3 liegt bei einer Schlitzsteuerung in Hubrichtung 22 des Kolbens 5 oberhalb des Lufteinlasses 16 in das Kurbelgehäuse 4. Der Speicherkanal ist dabei im wesentlichen als äuße­ res Bauteil 23 des Zweitaktmotors 1 ausgebildet. Bei einem membrangesteuerten Lufteinlaß 16 ist auch eine andere Lage vorteilhaft.

Der Auslaß 1ü, der Einlaß 11 und der Lufteinlaß 16 sind im Ausführungsbeispiel vom Kolben 5 gesteuert, also schlitzgesteuert. Die Verbindung zwischen der Ge­ mischbildungseinrichtung 8 und dem Speicherkanal 14 erfolgt über ein Rückschlagventil 24, welches als Mem­ branventil ausgeführt sein kann; eine Schlitzsteuerung kann vorteilhaft sein.

In Fig. 1a fährt der Kolben in Hubrichtung 22 nach oben, wobei der im Kurbelgehäuse 4 anstehende Unter­ druck ein Ansaugen eines fetten Kraftstoff/Luft-Ge­ misches durch das öffnende Rückschlagventil 24 be­ wirkt. Das fette Gemisch strömt in den Speicherkanal 14 ein, wobei das im Speicherkanal 14 ausgebildete Speichervolumen mindestens etwa 5% des Hubvolumens des Zweitaktmotors 1 beträgt. Die Ausbildung ist so vorgesehen, daß bei Nenndrehzahl und Vollast so viel Gemisch in den Speicherkanal 14 angesaugt wird, daß etwa 5 bis 35% des Gesamtgemisches in das Kurbel­ gehäuse 4 eintritt und so zur Schmierung der bewegten Teile beiträgt. Dieser Teilübertritt des angesaugten fetten Gemisches ist in Fig. 1a mit den Pfeilen 25 an­ gedeutet. Fährt der Kolben 5 in Hubrichtung 22 weiter in Richtung auf den oberen Totpunkt, so wird der Luft­ einlaß 16 geöffnet (Fig. 1b). Über den Luftkanal 17 strömt reine Verbrennungsluft 26 in das Kurbelgehäuse 4 ein. Der Lufteinlaß führt weder Öl noch Kraftstoff.

Der Auslaß 1 G ist geschlossen, und das im Brennraum 3 befindliche Gemisch wird verdichtet und nahe dem obe­ ren Totpunkt des Kolbens gezündet.

Der Kolben 5 durchfährt - wie Fig. 1c zeigt - den obe­ ren Totpunkt, wobei zunächst der Auslaß 10 geöffnet wird, so daß die Abgase 26 der Verbrennung abströmen können. Kurz nach oder auch gleichzeitig mit dem Aus­ laß 10 wird das Überströmfenster 19 geöffnet, weshalb das im Kurbelgehäuse 4 zwischengespeicherte Volumen an Verbrennungsluft 27 in den Brennraum 3 eintritt und die Abgase zum Auslaß 10 verdrängt. Nach weitgehender Entlastung des Brennraums wird der Einlaß 11 des Spei­ cherkanals 14 in den Brennraum 3 geöffnet. Aufgrund des in Hubrichtung 22 abwärts fahrenden Kolbens ist nahe des unteren Totpunktes (Fig. 1d) das Kurbelge­ häusevolumen stark komprimiert; bei Öffnung des Ein­ lasses 11 wird das im Speicherkanal 14 zwischenge­ speicherte fette Gemisch aufgrund des hohen Druckes im Kurbelgehäuse 4 in den Brennraum 3 verdrängt. Ein Rückströmen zur Gemischbildungseinrichtung 8 ist auf­ grund des geschlossenen Rückschlagventils 24 ver­ mieden.

Anteile der in den Brennraum 3 eingetretenen Verbren­ nungsluft 27 bilden im wesentlichen die Spülverluste; ferner wird das über den Einlaß 11 eintretende fette Gemisch von der zeitlich früher eingetretenen Verbren­ nungsluft gegenüber dem Auslaß 10 abgeschirmt. Auf­ grund der im Brennraum 3 vorherrschenden Strömungen wird die geschichtete Ladung stark verwirbelt und bildet bei weiterer Verdichtung durch den in Hubrichtung 22 aufwärts fahrenden Kolben 5 (Fig. 1e) ein homogenes Gemisch 28 aus. Bei dem in Hubrichtung 22 aufwärts­ fahrenden Kolben 5 erfolgt wieder zunächst ein An­ saugen und Vorlagern eines fetten Gemisches im Spei­ cherkanal 14, so wie dies anhand Fig. 1a erläutert wurde. Nahe OT (Fig. 1f) erfolgt dann die Zündung im Brennraum; der Arbeitszyklus beginnt von vorne.

Der Winkelquerschnitt Q_α des Einlasses des Speicher­ kanals beträgt zwischen 5% und 25% der Gesamtsumme der Winkelquerschnitte aller überströmer 18 und des Einlasses 11 des Speicherkanals 14, wobei für den Winkelquerschnitt gilt:

Wie in Fig. 2 dargestellt, ist der Einlaß 11 zusammen mit einem im wesentlichen geradlinigen Einlaßabschnitt 9 und dem Lufteinlaß 16 sowie einem Teilabschnitt des Luftkanals 17 im Zylinderanschlußstutzen 12 ausge­ bildet, dabei verjüngt sich der Einlaßabschnitt 9 zum Einlaßfenster 11 düsenartig und ist vorteilhaft verti­ kal zum Brennraumdach angestellt. Die Ausbildung des Einlaßabschnittes wird zweckmäßig durch ein Einsatz­ teil erzielt.

Zum Anschluß der Gemischbildungseinrichtung 8 an den Speicherkanal 14 ist ein Vergaserflansch 30 vorge­ sehen, der an der Gemischbildungseinrichtung 8 befestigt ist und neben einem Zwischenabschnitt 34 des Speicherkanals 14 einen Zuströmkanal 37 als Teil des Luftkanals 17 aufweist. An der Zuströmöffnung 38 ist eine Steuerklappe 29 angeordnet, die zweckmäßig zu­ sammen mit der Drosselklappe der Gemischbildungs­ einrichtung 8 verstellt werden kann. Dabei können die Drosselklappe der Gemischbildungseinrichtung 8 und die Steuerklappe 29 der Zuströmöffnung 38 unterschiedliche Stellkurven aufweisen. Die Steuerklappe 29 kann als Drosselklappe im Rohrabschnitt ausgeführt sein.

Der Zwischenabschnitt 34 des Speicherkanals 14 weist einen äußeren Anschluß auf, an dem ein Schlauchstück 44 (Fig. 1a) befestigt ist, welches am anderen Ende auf einen Anschluß des Kurbelgehäuses 4 gesteckt wird.

Ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in Fig. 4 und 5 dargestellt. Gleiche Teile sind mit glei­ chen Bezugszeichen versehen.

Um die Länge des äußeren Verbindungsschlauches 44 zu reduzieren, ist vorgesehen, den Einlaßabschnitt 9 über einen Ringkanal 40 mit dem Schlauchstück zu verbinden. Dabei umgibt, wie insbesondere Fig. 5 zeigt, der Ring­ kanal 40 den Luftkanal 17 im Zylinderanschlußstutzen 12. Der Ringkanal 40 ist dabei zweckmäßig aus zwei Ringnuten 41, 42 zusammengesetzt, wobei die Teilungs­ ebene 43 vorteilhaft der Dichtfläche zwischen der Stirnseite 45 des Zylinderanschlußstutzens 12 und der zugewandten Stirnseite 31 des Vergaserflansches 30 entspricht.

Vorteilhaft kann aufgrund der Gestaltung der Ringnut 40 der Speicherkanal 14 auch als Gehäusekanal 54 aus­ gebildet sein, wie in Fig. 4 angedeutet. Der Gehäuse­ kanal 54 kann als axialer Kanal gestaltet sein, der durch einen axial zu ziehenden Schieber bei einem in Druckguß gefertigten Zylinder abgebildet werden kann.

Claims (16)

1. Zweitaktmotor insbesondere als Antriebsmotor in einem tragbaren, handgeführten Arbeitsgerät wie einer Motorkettensäge, einem Freischneidegerät, einem Trennschleifer oder dgl., mit einem in einem Zylinder (2) ausgebildeten Brennraum (3), der von einem auf- und abgehenden Kolben (5) begrenzt ist, und der Kolben (5) über ein Pleuel (6) eine in einem Kurbelgehäuse (4) drehbar gelagerte Kurbel­ welle (7) antreibt, mit einem Abgase aus dem Brennraum (3) abführenden Auslaß (10) und einem dem Auslaß (10) etwa gegenüberliegenden Einlaß (11), der das eine Ende (13) eines frischgemisch­ zuführenden Speicherkanals (14) bildet, dessen an­ deres Ende (15) im Kurbelgehäuse (4) mündet, wobei der Speicherkanal (14) zwischen seinen Enden (13, 15) mit einer Gemischbildungseinrichtung (8) für ein Kraftstoff/Luft-Gemisch verbunden ist, und das Kurbelgehäuse (4) einen Lufteinlaß (16) für die Verbrennungsluft aufweist, welche zumindest über einen Überströmkanal (18) aus dem Kurbelgehäuse (4) in den Brennraum (3) übertritt, wobei der Überströmkanal (18) an einem Ende mit einem über­ strömfenster (19) in den Brennraum (3) mündet und an dem anderen Ende (20) mit dem Kurbelgehäuse (4) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Einlaß (11) des Speicherkanals (14) in den Brennraum (3) in Hub­ richtung (22) des Kolbens (5) oberhalb des Luft­ einlasses (16) in das Kurbelgehäuse (4) liegt, und daß zumindest ein Teil des Speicherkanals (14) als äußeres Bauteil (23) des Motors (1) ausgebildet ist.

2. Zweitaktmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Einlaß (11) zu­ sammen mit einem im wesentlichen geradlinigen Ein­ laßabschnitt (9) in einem Zylinderanschlußstutzen (12) ausgebildet ist.

3. Zweitaktmotor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Zwischenabschnitt (34) des Speicherkanals (14) in einem Vergaser­ flansch (30) ausgebildet ist, der zwischen dem Zy­ linder (2) und der Gemischbildungseinrichtung (8) angeordnet ist.

4. Zweitaktmotor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß im Vergaserflansch (30) ein Zuströmkanal (37) für Verbrennungsluft ausgebildet ist, der mit dem Lufteinlaß (16) ver­ bunden ist.

5. Zweitaktmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Teilabschnitt (34) des Speicherkanals (14) mit einem äußeren Schlauch (44) verbunden ist, der die Verbindung des Spei­ cherkanals (14) mit dem Kurbelgehäuse (4) her­ stellt.

6. Zweitaktmotor nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Zwischenabschnitt (34) als Teilringkanal, vorzugsweise als Vollring­ kanal (41) ausgebildet ist, der insbesondere den Luftzuführkanal (37) umgibt.

7. Zweitaktmotor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Ringkanal (40) aus zwei Ringnuten (41, 42) zusammengesetzt ist, die in aufeinanderliegenden Stirnflächen (31, 45) aus­ gebildet sind.

8. Zweitaktmotor nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß eine Ringnut (42) in einer Stirnfläche (31) des Vergaserflansches (3ü) vorgesehen ist.

9. Zweitaktmotor nach Ansprüch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß eine Ringnut (41) in einer Stirnfläche (45) des Zylinderanschluß­ stutzens (12) vorgesehen ist.

10. Zweitaktmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Vergaserflansch (30) an der Gemischbildungseinrichtung (8) be­ festigt ist und an der Zuströmöffnung (38) des Zu­ strömkanals (37) für Verbrennungsluft eine Steuer­ klappe (29) angeordnet ist.

11. Zweitaktmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Vergaserflansch (30) mit im wesentlichen parallel verlaufenden Strömungspfaden für das Gemisch und für Ver­ brennungsluft ausgebildet ist, und vorzugsweise die Gemischbildungseinrichtung (8) über ein im Vergaserflansch (30) angeordnetes Rückschlagventil (24) angebunden ist und der Strömungspfad der Verbrennungsluft eine Steuerklappe (29) aufweist.

12. Zweitaktmotor nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß als Gemischbildungs­ einrichtung (8) ein doppelflutiger Vergaser vorge­ sehen ist, dessen Luftpfad insbesondere eine Dros­ selklappe aufweist.

13. Zweitaktmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Volumen des Spei­ cherkanals (14) mindestens 5% des Hubvolumens des Zweitaktmotors (1) ist.

14. Zweitaktmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß bei Nenndrehzahl und Volllast etwa 5% bis 35% des Gesamtgemisches in das Kurbelgehäuse (4) eintreten und zur Schmierung beitragen.

15. Zweitaktmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Winkelquerschnitt des Überströmkanals etwa 5 bis 25% der Summe der Winkelquerschnitte aller Überströmkanäle (18) und des Speicherkanals (14) beträgt, wobei für den Winkelquerschnitt gilt:

16. Zweitaktmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerzeit des Speicherkanals (14) gleich oder später als die Steuerzeit des Überströmkanals (18) liegt.