DE102010045017B4

DE102010045017B4 - Zweitaktmotor

Info

Publication number: DE102010045017B4
Application number: DE102010045017.0A
Authority: DE
Inventors: Dipl.-Ing. Kunert Niels
Original assignee: Andreas Stihl AG and Co KG
Current assignee: Andreas Stihl AG and Co KG
Priority date: 2010-09-10
Filing date: 2010-09-10
Publication date: 2020-08-06
Anticipated expiration: 2030-09-11
Also published as: DE102010045017A1; CN102410074B; CN102410074A; US8881696B2; US20120060806A1

Abstract

Zweitaktmotor mit einem in einem Zylinder (2) ausgebildeten Brennraum (3), der von einem Kolben (5) begrenzt ist, wobei der Kolben (5) eine in einem Kurbelgehäuse (4) drehbar gelagerte Kurbelwelle (7) rotierend antreibt, wobei das Kurbelgehäuse (4) in mindestens einer Stellung des Kolbens (5) über mindestens einen Überströmkanal (18, 20) mit dem Brennraum (3) verbunden ist, mit einem Auslass (22) aus dem Brennraum (3), mit einem Luftkanal (9) und mit einem Gemischkanal (8), der mit einem Gemischeinlass (10) an der Zylinderbohrung (30) mündet und der vom Kolben (5) schlitzgesteuert ist, wobei der Überströmkanal (18, 20) im Bereich des oberen Totpunkts (OT) des Kolbens (5) über eine Kolbentasche (12) mit dem Luftkanal (9) verbunden ist, wobei die Kolbentasche (12) in mindestens einer Stellung des Kolbens (5) mit dem Gemischeinlass (10) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindung mindestens teilweise besteht, während die Kolbentasche (12) mit dem Überströmkanal (18, 20) verbunden ist.

Description

Die Erfindung betrifft einen Zweitaktmotor der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Gattung und ein handgeführtes Arbeitsgerät.
Aus der US 7 082 910 B2 ist ein Zweitaktmotor bekannt, der einen Luftkanal und einen Gemischkanal besitzt. Über den Luftkanal wird über eine Kolbentasche in den Überströmkanälen Spülvorlagenluft vorgelagert. Die Spülvorlagenluft soll das aus dem Kurbelgehäuse in den Brennraum überströmende Frischgemisch von den durch den Auslass ausströmenden Abgasen im Brennraum trennen, um so die Spülverluste zu verringern.
Aus der DE 698 20 443 T2 ist ein Zweitaktmotor bekannt, dessen Gemischkanal und Luftkanal mit geringem Abstand zueinander an der Zylinderbohrung münden. In einer Kolbenstellung nahe des oberen Totpunkts ist der Lufteinlass über die Kolbentasche mit Überströmkanälen verbunden. Bei weiterem Abwärtshub des Kolbens wird der Gemischeinlass mit der Kolbentasche verbunden. In dieser Kolbenstellung ist der Überströmkanal nicht mit der Kolbentasche verbunden, so dass die Kolbentasche in dieser Kolbenstellung funktionslos ist.
Aus der US 2008/0302334 A1 und der US 6 691 650 B2 gehen Zweitaktmotoren hervor, bei denen die Kolbentasche und der Gemischeinlass in keiner Kolbenstellung in Überdeckung zueinander liegen.
Es hat sich gezeigt, dass Zweitaktmotoren, die mit Spülvorlage arbeiten, bei absinkender Drehzahl unter Last ausgehen können.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Zweitaktmotor der gattungsgemäßen Art zu schaffen, der auch bei absinkender Drehzahl unter Last ein stabiles Laufverhalten besitzt. Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, ein handgeführtes Arbeitsgerät zu schaffen, dessen Zweitaktmotor ein stabiles Laufverhalten besitzt.
Diese Aufgabe wird durch einen Zweitaktmotor mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und durch ein handgeführtes Arbeitsgerät mit den Merkmalen des Anspruchs 19 gelöst.
Um geringe Abgaswerte zu erreichen, ist die Kraftstoffzufuhr zum Motor so weit wie möglich reduziert. Sinkt nun die Drehzahl bei Vollgas aufgrund zunehmender Last ab, so kann die zugeführte Kraftstoffmenge zu gering werden und der Motor geht aus. Um dies zu vermeiden, ist es wünschenswert, bei niedrigen Drehzahlen zusätzlichen Kraftstoff zuzuführen.
Um auf einfache Weise zusätzlichen Kraftstoff zuführen zu können, ist vorgesehen, dass die Kolbentasche, über die die Spülvorlagenluft in den Überströmkanal zugeführt wird, mit dem Gemischeinlass verbunden ist, in die Kolbentasche also Gemisch übertreten kann. Dadurch wird ein definiertes Anfetten des Gemischs erreicht.
Die Verbindung besteht mindestens teilweise während die Kolbentasche mit dem Überströmkanal verbunden ist. Über den Überströmkanal wird in der Kolbentasche beim Aufwärtshub des Kolbens ein Unterdruck erzeugt, der das Gemisch aus dem Gemischeinlass in die Kolbentasche ansaugt. Über die Dauer, während der die Kolbentasche sowohl mit dem Überströmkanal als auch mit dem Gemischeinlass verbunden ist, kann die in die Kolbentasche zugeführte Gemischmenge eingestellt werden. Vorteilhaft ist die Kolbentasche über etwa 5° Kurbelwellenwinkel bis etwa 25° Kurbelwellenwinkel gleichzeitig mit dem Gemischeinlass und dem Überströmkanal verbunden. Aufgrund dieser vergleichsweise kurzen Dauer wird nur eine geringe Gemischmenge in die Kolbentasche zugeführt. Die über die Steuerzeiten definierte Dauer ist dabei vorteilhaft so festgelegt, dass ein Gemischübertritt in die Kolbentasche und den Überströmkanal nur bei geringen Drehzahlen erfolgt. Bei höheren Drehzahlen, insbesondere bei Nenndrehzahl, ist die Zeit, während der die Verbindung vom Gemischeinlass zum Überströmkanal über die Kolbentasche besteht, so kurz, dass keine oder keine nennenswerte Gemischmenge in die Kolbentasche eintreten kann. Die Verbindung wirkt aufgrund der kurzen Steuerzeiten als dynamische Drosselstelle, die nur bei niedrigen Drehzahlen einen Gemischübertritt zulässt und bei hohen Drehzahlen, insbesondere auch bei Nenndrehzahl die Verbindung im Wesentlichen sperrt. Dadurch können die erreichten guten Abgaswerte bei Nenndrehzahl beibehalten werden und gleichzeitig kann ein übermäßiges Abmagern beim Absinken der Drehzahl unter Last vermieden werden. Vorteilhaft ist die Kolbentasche über etwa 10° Kurbelwellenwinkel bis etwa 20° Kurbelwellenwinkel gleichzeitig mit dem Gemischeinlass und mit dem Überströmkanal verbunden.
Vorteilhaft mündet der Luftkanal mit mindestens einem Lufteinlass an der Zylinderbohrung. Der Lufteinlass ist dabei vorteilhaft zur Kolbentasche verschlossen, während die Kolbentasche mit dem Gemischeinlass verbunden ist. Dadurch wird eine Verschmutzung des Luftkanals mit Kraftstoff aus dem Gemischkanal vermieden. Dadurch, dass die Kolbentasche zu unterschiedlichen Steuerzeiten mit dem Gemischeinlass und mit dem Lufteinlass verbunden ist, ist trotz der Verbindung der Kolbentasche mit dem Gemischkanal noch eine Vorlagerung von weitgehend kraftstofffreier Spülvorlagenluft in den Überströmkanal möglich. Die Kolbentasche ist insbesondere mit dem Gemischeinlass verbunden, während der Auslass aus dem Brennraum vom Kolben verschlossen ist.
Eine einfache Gestaltung ergibt sich, wenn die Verbindung mindestens teilweise von einer Vertiefung im Kolben und/oder von einer Vertiefung in der Zylinderbohrung gebildet ist. Eine derartige Verbindung kann auf einfache Weise hergestellt werden und ist vom Kolben schlitzgesteuert, so dass die Steuerzeiten konstruktiv vorgegeben sind.
Die in Richtung der Zylinderlängsachse gemessene Höhe der Vertiefung ist vorteilhaft kleiner als die ebenfalls in Richtung der Zylinderlängsachse gemessene Höhe des Gemischeinlasses. Die Höhe der Vertiefung beträgt vorteilhaft etwa die Hälfte bis etwa ein Fünftel der Höhe des Gemischeinlasses.
Eine einfache Gestaltung ergibt sich, wenn die Verbindung durch eine Nase an der Kolbentasche gebildet ist, die seitlich in den Bereich des Gemischeinlasses ragt. Die Nase erstreckt sich dabei in Zylinderumfangsrichtung vorteilhaft über weniger als die Hälfte, insbesondere über weniger als ein Drittel der Breite des Gemischeinlasses. Über geeignete Wahl der Breite der Nase kann ebenso wie über die Wahl geeigneter Steuerzeiten die zugeführte Gemischmenge beeinflusst werden. Vorteilhaft entspricht die in radialer Richtung zur Zylinderlängsachse gemessene Tiefe der Nase mindestens der in Umfangsrichtung gemessenen Überdeckung der Nase mit dem Gemischeinlass. Der durch die Überdeckung und die Höhe der Nase definierte Öffnungsquerschnitt bestimmt dadurch die in die Kolbentasche zugeführte Gemischmasse und auch den Drehzahlbereich, in dem die Verbindung wirksam ist. Dadurch, dass die Tiefe der Nase genauso groß oder größer als die Überdeckung ist, ergibt sich ein gleicher oder größerer Strömungsquerschnitt wie im Verbindungsfenster. Der durch die Nase gebildete Verbindungskanal von Gemischeinlass und Kolbentasche besitzt den kleinsten Querschnitt an der Öffnung zum Gemischeinlass. Der weitere Kanalverlauf stellt keine weitere Drosselstelle mehr dar. Dadurch ist eine definierte Einstellung des gewünschten Querschnitts möglich.
Vorteilhaft besitzt der Zylinder eine Mittelebene, die den Auslass teilt und die die Zylinderlängsachse enthält. Dabei ist insbesondere auf jeder Seite der Mittelebene mindestens ein Überströmkanal und eine Kolbentasche angeordnet. Eine einfache Gestaltung ergibt sich, wenn zwei auf gegenüberliegenden Seiten der Mittelebene angeordnete Kolbentaschen über eine Verbindungsnut im Kolben miteinander verbunden sind. Die Verbindungsnut kann dabei als Vertiefung im Kolben ausgebildet sein und stellt die Verbindung zwischen den Kolbentaschen und dem Gemischeinlass her. Dadurch ergibt sich eine einfache Gestaltung.
Vorteilhaft sind der Luftkanal und der Gemischkanal über mindestens einen Teilabschnitt ihrer Länge in einem gemeinsamen Ansaugkanal geführt und über eine Trennwand voneinander getrennt. Durch die Führung von Luftkanal und Gemischkanal in einem gemeinsamen Ansaugkanal wird der benötigte Bauraum verringert, und es ergibt sich ein vereinfachter Aufbau. Insbesondere besitzt der Zweitaktmotor einen Vergaser, in dem eine Drosselklappe schwenkbar gelagert ist, wobei im Bereich der Drosselklappe eine Kraftstofföffnung in den Gemischkanal mündet. Für ein handgeführtes Arbeitsgerät mit einem Zweitaktmotor ist vorgesehen, dass die Kraftstofföffnung in üblicher Arbeitshaltung des Arbeitsgeräts bezogen auf die Wirkrichtung der Schwerkraft oberhalb des Luftkanals angeordnet ist. Für diese Anordnung des Zweitaktmotors in einem handgeführten Arbeitsgerät ist die vorgesehene Verbindung von Kolbentasche und Gemischeinlass besonders vorteilhaft.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand der Zeichnung erläutert. Es zeigen:

1 eine schematische Schnittdarstellung eines Zweitaktmotors,
2 eine schematische Schnittdarstellung durch den Zylinder des Zweitaktmotors aus 1 auf der Höhe der Linie II-II,
3 ein Diagramm, das schematisch die dem Zweitaktmotor zugeführte Kraftstoffmenge über der Drehzahl angibt,
4 eine schematische Darstellung der Steuerzeiten des Zweitaktmotors,
5 eine teilgeschnittene Seitenansicht auf den Zylinder eines Ausführungsbeispiels des Zweitaktmotors in Richtung des Pfeils V in 1 im unteren Totpunkt des Kolbens,
6 den Zylinder aus 5 bei Schließen des Auslasses,
7 den Zylinder aus 5 kurz vor dem Öffnen des Überströmkanals,
8 den Zylinder aus 5 beim Schließen der Verbindung zur Kolbentasche,
9 den Zylinder aus 5 im oberen Totpunkt des Kolbens und
10 eine schematische Schnittdarstellung durch den Zylinder aus 5 auf der Höhe der Linie X-X in 1,
11 eine schematische Schnittdarstellung durch ein weiteres Ausführungsbeispiel des Zylinders auf der Höhe der Linie X-X in 1,
12 eine schematische Darstellung eines handgeführten Arbeitsgeräts,
13 eine teilgeschnittene Darstellung des Zweitaktmotors des Arbeitsgeräts aus 11.

1 zeigt einen mit Spülvorlage arbeitenden Zweitaktmotor 1, der als Einzylindermotor ausgebildet ist und der vorteilhaft als Antriebsmotor in einem handgeführten Arbeitsgerät wie einer Motorsäge, einem Trennschleifer, einem Freischneider, einem Rasenmäher oder dgl. vorgesehen sein kann. Der Zweitaktmotor 1 besitzt einen Zylinder 2, in dem ein Brennraum 3 ausgebildet ist. Der Brennraum 3 wird von einem Kolben 5 begrenzt, der im Zylinder 2 hin- und hergehend gelagert ist und der über ein Pleuel 6 eine in einem Kurbelgehäuse 4 drehbar gelagerte Kurbelwelle 7 antreibt. An der Zylinderbohrung 30 des Zylinders 2 mündet ein Gemischkanal 8 mit einem Gemischeinlass 10, der vom Kolben 5 schlitzgesteuert ist. Der Zweitaktmotor 1 besitzt einen Luftkanal 9, der sich im Bereich des Zylinders 2 in die beiden Äste 9' und 9" (2) aufteilt. Jeder Ast 9', 9" des Luftkanals 9 mündet mit einem Lufteinlass 11 an der Zylinderbohrung 30. Aus dem Brennraum 3 führt ein Auslass 22. Der Zweitaktmotor 1 besitzt eine Mittelebene 29, die die Schnittebene in 1 ist und die in 2 gezeigt ist. Die Mittelebene 29 enthält die Zylinderlängsachse 24 und teilt den Auslass 22. Im Ausführungsbeispiel teilt die Mittelebene 29 auch den Gemischeinlass 10. Im Bereich des in 1 gezeigten unteren Totpunkts des Kolbens 5 ist der Innenraum des Kurbelgehäuses 4 über insgesamt vier Überströmkanäle 18, 20 mit dem Brennraum 3 verbunden. Dabei sind zwei einlassnahe Überströmkanäle 18 und zwei auslassnahe Überströmkanäle 20 vorgesehen. Die Überströmkanäle 18 münden mit Überströmfenstern 19 in den Brennraum 3 und die Überströmkanäle 20 mit Überströmfenstern 21. Alle Überströmfenster 19, 21 sind vom Kolben 5 schlitzgesteuert.
Der Luftkanal 9 und der Gemischkanal 8 sind mit einem Luftfilter 14 verbunden. Im Luftkanal 9 ist eine Luftklappe 17 zur Steuerung der zugeführten Luftmenge angeordnet. Der Gemischkanal 8 mündet über einen Vergaser 13 am Luftfilter 14, in dem eine Drosselklappe 15 und eine Chokeklappe 16 angeordnet sind. Die Bewegung der Luftklappe 17 ist vorteilhaft an die Bewegung der Drosselklappe 15 gekoppelt.
Der Kolben 5 besitzt auf jeder Seite der Mittelebene 29 eine Kolbentasche 12, die im Bereich des oberen Totpunkts OT (4) des Kolbens 5 eine Verbindung zwischen einem Lufteinlass 11 und den beiden auf dieser Seite der Mittelebene 29 angeordneten Überströmkanälen 18 und 20 herstellt. Dadurch wird in den Überströmkanälen 18 und 20 weitgehend kraftstofffreie Luft vorgelagert. Die beiden Kolbentaschen 12 sind über eine Verbindungsnut 23 miteinander verbunden, die als Vertiefung am Umfang des Kolbens 5 ausgebildet ist und die über eine konstruktiv vorgegebene Steuerzeit eine Verbindung zwischen den Kolbentaschen 12 und dem Gemischeinlass 10 herstellt. Über die Verbindungsnut 23 sind die beiden Kolbentaschen 12 miteinander verbunden.
Im Betrieb wird beim Aufwärtshub des Kolbens 5 Gemisch ins Kurbelgehäuse 4 angesaugt, sobald der Gemischeinlass 10 vom Kolben 5 geöffnet wird. Im Bereich des oberen Totpunkts des Kolbens 5 ist jeder Lufteinlass 11 über eine Kolbentasche 12 mit Überströmfenstem 19, 21 verbunden. Dadurch wird Spülvorlagenluft aus dem Luftkanal 9 in den Überströmkanälen 18 und 20 vorgelagert. Beim Abwärtshub des Kolbens 5 wird das Kraftstoff/Luft-Gemisch im Kurbelgehäuse 4 verdichtet. Sobald die Überströmfenster 19 und 21 vom Kolben 5 geöffnet werden, strömt zunächst die in den Überströmkanälen 18 und 20 vorgelagerte Spülvorlagenluft und anschließend Frischgemisch aus dem Kurbelgehäuse 4 in den Brennraum 3 ein. Bei Aufwärtshub des Kolbens 5 wird das Gemisch im Brennraum 3 verdichtet und im Bereich des oberen Totpunkts OT des Kolbens 5 von einer in den Figuren nicht gezeigten Zündkerze gezündet. Dadurch wird der Kolben 5 in Richtung auf das Kurbelgehäuse 4 beschleunigt. Sobald der Auslass 22 vom Kolben 5 geöffnet wird, strömen die Abgase aus dem Brennraum 3 über den Auslass 22 aus. Die restlichen Abgase werden von der einströmenden Spülvorlagenluft ausgespült, sobald die Überströmfenster 19 und 21 vom Kolben 5 geöffnet werden.
Es hat sich gezeigt, dass bei aus Vollgas unter Last sinkender Drehzahl n die in den Brennraum 3 überströmende Kraftstoffmenge zu gering sein kann, so dass der Zweitaktmotor 1 ausgehen kann. Um sicherzustellen, dass immer eine ausreichende Kraftstoffmenge im Brennraum 3 vorhanden ist, ist vorgesehen, Gemisch aus dem Gemischkanal 8 über die Kolbentasche 12 in die Überströmkanäle 18 und 20 einzubringen. Hierzu ist die Verbindungsnut 23 vorgesehen. Die Verbindungsnut 23 stellt eine Verbindung zwischen dem Gemischeinlass 10 und der Kolbentasche 12 her. Diese Verbindung besteht über etwa 5° Kurbelwellenwinkel α bis etwa 25° Kurbelwellenwinkel a, insbesondere über etwa 10° Kurbelwellenwinkel α bis etwa 20° Kurbelwellenwinkel a, während die Kolbentasche 12 schon zu den Überströmkanälen 18 und 20 geöffnet ist. Dadurch wird zusätzliches Gemisch aus dem Gemischkanal 8 über die Kolbentasche 12 in die Überströmkanäle 18 und 20 angesaugt. Anschließend kann in den Überströmkanälen Luft aus dem Lufteinlass 11 vorgelagert werden. Dabei kann das Gemisch in die Überströmkanäle 18, 20 übertreten, während die Kolbentasche 12 zum Gemischeinlass 10 bereits geschlossen ist.
In 3 ist schematisch die zugeführte Kraftstoffmenge bei einem Zweitaktmotor 1 ohne die Verbindungsnut 23 von einer gestrichelt gezeigten Kurve 27 gezeigt. Wie die Kurve 27 zeigt, steigt die zugeführte Kraftstoffmenge x bei steigender Drehzahl n im Wesentlichen an. Die Kurve 28 zeigt die zugeführte Kraftstoffmenge x bei einem Zweitaktmotor 1 mit Verbindungsnut 23. Hier steigt die zugeführte Kraftstoffmenge x zunächst an, sinkt aber dann unterhalb einer Drehzahl n₁ wieder ab. Oberhalb der Drehzahl n₁ fällt die Kurve 28 mit der Kurve 27 zusammen. Hier ergibt sich ein Anstieg der zugeführten Kraftstoffmenge x. Die Nenndrehzahl nnenn des Zweitaktmotors 1 liegt oberhalb der Drehzahl n₁. Die Drehzahl n₁ kann je nach Zweitaktmotor 1 beispielsweise bei etwa 8.000 bis etwa 10.000 Umdrehungen pro Minute liegen. Wie 3 zeigt, führt die Verbindungsnut 23 unterhalb der Drehzahl n₁ zu einer Erhöhung der zugeführten Kraftstoffmenge x. Oberhalb der Drehzahl n₁ ist die Verbindungsnut 23 ohne Auswirkung auf die zugeführte Kraftstoffmenge x. Die Verbindungsnut 23 ist so dimensioniert, dass die Verbindung bei Drehzahlen oberhalb der Drehzahl n₁ nicht mehr wirksam ist. Bei hohen Drehzahlen n ist die dynamische Drosselung so groß, dass kein Ansaugen von Gemisch in die Kolbentasche 12 mehr möglich ist.
4 verdeutlicht die Steuerzeiten des Zweitaktmotors 1. Ausgehend vom oberen Totpunkt OT schließt zunächst der Gemischeinlass 10 zum Zeitpunkt ES. Anschließend öffnet die Verbindung zwischen dem Gemischeinlass 10 und der Kolbentasche 12 und den Überströmkanälen 18, 20 zum Zeitpunkt VÖ, da die Verbindungsnut 23 in den Bereich des Gemischeinlasses 10 kommt. Zu diesem Zeitpunkt ist die Kolbentasche 12 auch zu den Überströmfenstem 19 und 21 geöffnet. Zum Zeitpunkt VS schließt die Verbindung zwischen den Überströmkanälen 18, 20 und dem Gemischkanal 8 über die Kolbentasche 12 wieder, insbesondere dadurch, dass die Überströmfenster 19 und 21 schließen. Die Verbindungsnut 23 kann zum Zeitpunkt VS noch im Bereich des Gemischeinlasses 10 sein, so dass die Kolbentasche 12 weiter mit dem Gemischeinlass 10 verbunden ist. Bei weiterem Abwärtshub des Kolbens 5 öffnet der Auslass 22 zum Zeitpunkt AÖ. Anschließend öffnen die Überströmkanäle 18 und 20 zum Zeitpunkt ÜÖ in den Brennraum 3.
Beim Aufwärtshub des Kolbens 5 schließen zunächst die Überströmkanäle 18, 20 zum Zeitpunkt ÜS, und anschließend schließt der Auslass 22 zum Zeitpunkt AS. Anschließend öffnet erneut die Verbindung zwischen Gemischeinlass 10 und den Überströmkanälen 18, 20 zum Zeitpunkt VÖ und schließt wieder zum Zeitpunkt VS. Erst dann öffnet der Gemischeinlass 10 ins Kurbelgehäuse 4 zum Zeitpunkt EÖ. Die Verbindung zwischen Gemischeinlass 10 und der Kolbentasche 12 besteht demnach, während der Auslass 22 geschlossen ist und während der Gemischeinlass 10 zum Kurbelgehäuse 4 geschlossen ist. Auch der Lufteinlass 11 ist, während die Verbindung zwischen Gemischeinlass 10 und Kolbentasche 12 besteht, verschlossen. Der Lufteinlass 11 öffnet zur Kolbentasche 12 zum Zeitpunkt LÖ, der vorteilhaft etwa gleichzeitig mit dem Öffnen des Gemischeinlasses 10 ins Kurbelgehäuse 4 stattfindet. Entsprechend schließt der Lufteinlass 11 zur Kolbentasche 12 zum Zeitpunkt LS, der etwa dem Zeitpunkt ES entspricht, zu dem der Gemischeinlass 10 schließt.
Die 5 bis 10 zeigen ein Ausführungsbeispiel für den Zylinder 2 eines Zweitaktmotors 1. Wie 5 zeigt, besitzt die Kolbentasche 12 des in 5 gezeigten Kolbens 5 eine Nase 25, die in den Bereich des Gemischeinlasses 10 ragt. Dadurch kommen die Nase 25 und der Gemischeinlass 10 beim Aufwärtshub des Kolbens 5 und beim Abwärtshub des Kolbens 5 in Überdeckung und Kraftstoff/Luft-Gemisch aus dem Gemischeinlass 10 kann in die Kolbentasche 12 angesaugt werden. Die Nase 25 besitzt eine in Richtung der Zylinderlängsachse 24 gemessene Höhe a, die deutlich kleiner als die ebenfalls in Richtung der Zylinderlängsachse 24 gemessene Höhe b des Gemischeinlasses 10 ist. Die Höhe a beträgt vorteilhaft etwa die Hälfte bis etwa ein Fünftel der Höhe b. Die Nase 25 erstreckt sich vorteilhaft über weniger als die Hälfte des Gemischeinlasses 10 in Umfangsrichtung des Zylinders 2. Die Nase 25 besitzt eine in Umfangsrichtung des Zylinders 2 gemessene Breite c, die vorteilhaft weniger als die Hälfte, insbesondere weniger als ein Drittel der in Umfangsrichtung gemessenen Breite d des Gemischeinlasses 10 entspricht. Wie 5 zeigt, besitzt der Kolben 5 auf der dem Brennraum 3 zugewandten Seite der Kolbentasche 12 eine Aussparung 26, die zur Gewichtsreduzierung des Kolbens 5 dient.
6 zeigt den Kolben 5 beim weiteren Aufwärtshub. Bei der in 6 gezeigten Stellung des Kolbens 5 befinden sich die Nasen 25 der Kolbentaschen 12 im Bereich des Gemischeinlasses 10 und sind mit diesem verbunden. Die Kolbentasche 12 ist zu den Überströmfenstern 19 und 21 jedoch noch verschlossen. Die Überströmfenster 19, 21 stehen mit der Aussparung 26 in Verbindung. Wie 6 zeigt, besitzen die Nasen 25 mit dem Gemischeinlass 10 jeweils eine in Umfangsrichtung gemessene Überdeckung e. Die Überdeckung e entspricht der Breite des freien Querschnitts, über den die Nase 25 mit dem Gemischeinlass 10 verbunden ist.
Bei der in 7 gezeigten Stellung des Kolbens 5 befindet sich der untere Rand der Nasen 25 noch im Bereich des Gemischeinlasses 10. Ein Teil der Nasen 25 ist bereits vom Zylinder 2 verschlossen. Die Oberkante 32 der Kolbentasche 12 befindet sich geringfügig unterhalb der Unterkante 33 des Überströmfensters 19. Bei geringfügiger weiterer Aufwärtsbewegung des Kolbens 5 wird die Kolbentasche 12 zum Überströmkanal 18 geöffnet, und der Gemischeinlass 10 steht über die Kolbentasche 12 mit dem Überströmkanal 18 in Verbindung. Diese Verbindung besteht jedoch nur über einige wenige Grad Kurbelwellenwinkel a, vorteilhaft über etwa 5° Kurbelwellenwinkel α bis etwa 25° Kurbelwellenwinkel a, insbesondere über etwa 10° Kurbelwellenwinkel α bis etwa 20° Kurbelwellenwinkel α. Bei weiterem Aufwärtshub des Kolbens 5 schließt dann die Verbindung zwischen dem Gemischeinlass 10 und der Kolbentasche 12. Dies ist in 8 gezeigt. Die Nasen 25 sind vollständig vom Zylinder 2 verschlossen. Wie 8 zeigt, ist der Lufteinlass 11 noch vom Kolben 5 verschlossen, wenn die Nasen 25 bereits verschlossen sind.
Dadurch besteht zu keinem Zeitpunkt eine direkte Verbindung zwischen dem Gemischeinlass 10 und dem Lufteinlass 11 über die Kolbentasche 12.
9 zeigt den Kolben 5 im oberen Totpunkt OT. In dieser Position ist der Lufteinlass 11 vollständig geöffnet, und in den Überströmkanälen 18, 20 wird kraftstoffarme oder weitgehend kraftstofffreie Verbrennungsluft aus dem Luftkanal 9 vorgelagert. Das den Überströmkanälen 18, 20 über die Verbindung zwischen der Kolbentasche 12 und dem Gemischeinlass 10 zugeführte Gemisch befindet sich demnach in idealisierter Betrachtungsweise zwischen der Spülvorlagenluft und dem Frischgemisch im Kurbelgehäuse.
10 zeigt den Zylinder im Schnitt. Die Nasen 25 besitzen eine radial zur Zylinderlängsachse 24 gemessene Tiefe f. Die Tiefe f ist dabei mindestens so groß wie die in 6 gezeigte Überdeckung e zwischen Gemischeinlass 10 und Nase 25 in Umfangsrichtung. Vorteilhaft ist die Tiefe f größer als die Überdeckung e. Dadurch ist der in 6 gezeigte Verbindungsquerschnitt zwischen der Nase 25 und dem Gemischeinlass 10 der kleinste Strömungsquerschnitt der Strömungsverbindung und stellt damit eine definierte Drosselstelle dar.
11 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel. Hier wird die Verbindung zwischen dem Gemischeinlass 10 und den Kolbentaschen 12 über Nasen 31 am Gemischeinlass 10 hergestellt, die als Vertiefungen der Zylinderbohrung 30 ausgebildet sind. Die Nasen 31 ragen bis in den Bereich der Kolbentasche 12 und können auch bis in den Bereich der Überströmfenster 19, 21 ragen.
Es kann auch vorgesehen sein, die Verbindung zwischen dem Gemischeinlass 10 und der oder den Kolbentaschen 12 über einen im Kolben 5 oder im Zylinder 2 ausgebildeten Kanal herzustellen. Die Verbindung kann auch über Vertiefungen im Kolben 5 und im Zylinder 2 hergestellt sein.
11 zeigt ein handgeführtes Arbeitsgerät, nämlich eine Motorsäge 35, mit einem Zweitaktmotor 41. Die Motorsäge 35 besitzt ein Gehäuse 36, an dem ein oberer Handgriff 37 angeordnet ist. Am Gehäuse 36 ist außerdem ein Griffrohr 38 festgelegt. An der Vorderseite des Gehäuses 36 ragt eine Führungsschiene 39 nach vorne, an der eine schematisch gezeigte Sägekette 40 umlaufend angeordnet ist. Die Sägekette 40 wird vom Zweitaktmotor 41 angetrieben. Die in 11 gezeigte Lage der Motorsäge 35 ist die übliche Lage beim Arbeiten und entspricht auch der Lage beim Abstellen der Motorsäge 35 auf dem Boden. Die Wirkrichtung der Schwerkraft ist durch den Pfeil 34 angedeutet. In dieser üblichen Lage ist der Zweitaktmotor 41 liegend im Gehäuse 36 angeordnet. Der Ansaugkanal 42 und der Vergaser 43 sind ebenso wie der Luftfilter 14 oberhalb von Zylinder 2 und Kurbelgehäuse 4 (13) angeordnet.
13 zeigt den Zweitaktmotor 41 in der in 12 gezeigten üblichen Arbeitshaltung der Motorsäge 35. Der Zweitaktmotor 41 entspricht im Wesentlichen dem in den vorangegangenen Figuren beschriebenen Zweitaktmotor 1. Gleiche Bezugszeichen bezeichnen einander entsprechende Elemente. Zur Zufuhr von Kraftstoff und Verbrennungsluft besitzt der Zweitaktmotor 41 den Vergaser 43, der oberhalb des Zylinders 2 angeordnet ist. Wie 13 zeigt, mündet in den Ansaugkanal 42 im Bereich einer Drosselklappe 45 eine Kraftstofföffnung 47. Stromauf der Drosselklappe 45 ist eine Chokeklappe 46 im Ansaugkanal 42 angeordnet.
Über den Ansaugkanal 42 wird sowohl Gemisch über einen Gemischkanal 8 als auch Verbrennungsluft über einen Luftkanal 9 zugeführt. Um die beiden Kanäle 8 und 9 voneinander zu trennen, besitzt der Ansaugkanal 42 eine Trennwand 44. Auch im Vergaser 43 ist zwischen der Drosselklappe 45 und der Chokeklappe 46 ein Trennwandabschnitt 48 der Trennwand 44 angeordnet. Wie 13 zeigt, ragt der Trennwandabschnitt 48 bis nahe an die Drosselwelle 49 und die Chokewelle 50. Dadurch sind Luftkanal 9 und Gemischkanal 8 im Wesentlichen voneinander getrennt, und zwar unabhängig von der Stellung von Drosselklappe 45 und Chokeklappe 46. Lediglich über den zwischen der Trennwand 44 und Drosselwelle 49 bzw. Chokewelle 50 gebildeten schmalen Spalt, der zum Ausgleich von Toleranzen und zur Gewährleistung der Schwenkbarkeit der Klappen 45, 46 notwendig ist, kann bei geschlossenen Klappen Gemisch aus dem Gemischkanal 8 in den Luftkanal 9 übertreten. Bei der gezeigten Anordnung ist die Kraftstofföffnung 47 oberhalb des Luftkanals 9 angeordnet. Dadurch wird das Übertreten von Kraftstoff von der Kraftstofföffnung 47 durch den zwischen Trennwand 44 und Drosselwelle 49 gebildeten Spalt in den Luftkanal 9 von der Schwerkraft begünstigt. Bei geöffneter Drosselklappe wird der Spalt zwischen Trennwand 44 und Drosselwelle 49 von der Drosselklappe 45 verschlossen.

Claims

Zweitaktmotor mit einem in einem Zylinder (2) ausgebildeten Brennraum (3), der von einem Kolben (5) begrenzt ist, wobei der Kolben (5) eine in einem Kurbelgehäuse (4) drehbar gelagerte Kurbelwelle (7) rotierend antreibt, wobei das Kurbelgehäuse (4) in mindestens einer Stellung des Kolbens (5) über mindestens einen Überströmkanal (18, 20) mit dem Brennraum (3) verbunden ist, mit einem Auslass (22) aus dem Brennraum (3), mit einem Luftkanal (9) und mit einem Gemischkanal (8), der mit einem Gemischeinlass (10) an der Zylinderbohrung (30) mündet und der vom Kolben (5) schlitzgesteuert ist, wobei der Überströmkanal (18, 20) im Bereich des oberen Totpunkts (OT) des Kolbens (5) über eine Kolbentasche (12) mit dem Luftkanal (9) verbunden ist, wobei die Kolbentasche (12) in mindestens einer Stellung des Kolbens (5) mit dem Gemischeinlass (10) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindung mindestens teilweise besteht, während die Kolbentasche (12) mit dem Überströmkanal (18, 20) verbunden ist.
Zweitaktmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kolbentasche (12) über einen Kurbelwellenwinkel (a) von etwa 5° bis etwa 25° gleichzeitig mit dem Gemischeinlass (10) und dem Überströmkanal (18, 20) verbunden ist.
Zweitaktmotor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Kolbentasche (12) über einen Kurbelwellenwinkel (a) von etwa 10° bis etwa 20° gleichzeitig mit dem Gemischeinlass (10) und dem Überströmkanal (18, 20) verbunden ist.
Zweitaktmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Luftkanal (9) mit mindestens einem Lufteinlass (11) an der Zylinderbohrung (30) mündet.
Zweitaktmotor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Lufteinlass (11) zur Kolbentasche (12) verschlossen ist, während die Kolbentasche (12) mit dem Gemischeinlass (10) verbunden ist.
Zweitaktmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Kolbentasche (12) mit dem Gemischeinlass (10) verbunden ist, während der Gemischeinlass (10) zum Kurbelgehäuse (4) hin verschlossen ist.
Zweitaktmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Kolbentasche (12) mit dem Gemischeinlass (10) verbunden ist, während der Auslass (22) aus dem Brennraum (3) vom Kolben (5) verschlossen ist.
Zweitaktmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindung mindestens teilweise von einer Vertiefung im Kolben (5) gebildet ist.
Zweitaktmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindung mindestens teilweise von einer Vertiefung in der Zylinderbohrung (30) gebildet ist.
Zweitaktmotor nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Höhe (a) der Vertiefung in Richtung der Zylinderlängsachse (24) kleiner als die Höhe (b) des Gemischeinlasses (10) ist.
Zweitaktmotor nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Höhe (a) der Vertiefung etwa die Hälfte bis etwa ein Fünftel der Höhe (b) des Gemischeinlasses (10) beträgt.
Zweitaktmotor nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindung durch eine Nase (25) an der Kolbentasche (12) gebildet ist, die seitlich in den Bereich des Gemischeinlasses (10) ragt.
Zweitaktmotor nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Nase (25) sich in Zylinderumfangsrichtung über weniger als die Hälfte, insbesondere über weniger als ein Drittel der Breite (d) des Gemischeinlasses (10) erstreckt.
Zweitaktmotor nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die in radialer Richtung zur Zylinderlängsachse (24) gemessene Tiefe (f) der Nase (25) mindestens der in Umfangsrichtung gemessenen Überdeckung (e) der Nase (25) mit dem Gemischeinlass (10) entspricht.
Zweitaktmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Zylinder (2) eine Mittelebene (29) besitzt, die den Auslass (22) teilt und die die Zylinderlängsachse (24) enthält, wobei auf jeder Seite der Mittelebene (29) mindestens ein Überströmkanal (18, 20) und eine Kolbentasche (12) angeordnet sind.
Zweitaktmotor nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass zwei auf gegenüberliegenden Seiten der Mittelebene (29) angeordnete Kolbentaschen (12) über eine Verbindungsnut (23) im Kolben (5) miteinander verbunden sind, die als Vertiefung im Kolben (5) ausgebildet ist und die die Verbindung zwischen den Kolbentaschen (12) und dem Gemischeinlass (10) herstellt.
Zweitaktmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Luftkanal (9) und der Gemischkanal (8) über mindestens einen Teilabschnitt ihrer Länge in einem gemeinsamen Ansaugkanal (42) geführt und über eine Trennwand (44) voneinander getrennt sind.
Zweitaktmotor nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass der Zweitaktmotor (41) einen Vergaser (43) besitzt, in dem eine Drosselklappe (45) schwenkbar gelagert ist, wobei im Bereich der Drosselklappe (45) eine Kraftstofföffnung (47) in den Gemischkanal (8) mündet.
Handgeführtes Arbeitsgerät mit einem Zweitaktmotor nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Kraftstofföffnung (47) in üblicher Arbeitshaltung des Arbeitsgeräts bezogen auf die Wirkrichtung der Schwerkraft oberhalb des Luftkanals (9) angeordnet ist.