DE19745496C2 - Zweitakt-Verbrennungsmotor - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Zweitakt- Verbrennungsmotor mit Kraftstoffeinspritzung, und insbesondere einen Zweitakt-Verbrennungsmotor mit Kraftstoffeinspritzung, der eine relativ geringe Grö­ ße hat und zur Verwendung mit einer tragbaren Ar­ beitsmaschine, wie etwa einer Kettensäge oder einem Strauchschneidgerät geeignet ist.

Aufgrund der zunehmenden Bedeutung von Umweltproble­ men in den vergangenen Jahren besteht nicht nur ein starker Bedarf an einer Verringerung von toxischen Substanzen in Abgasen, sondern auch an einer Verrin­ gerung von Motor erzeugtem Lärm. Insbesondere beste­ hen Verschmutzungsprobleme, die im Zusammenhang mit Zweitakt-Verbrennungsmotoren stehen; d. h. es besteht das Problem, wie die Kohlenwasserstoffmenge im Abgas verringert werden kann, die auf dem Ausblasen unver­ brannten Luft-Kraftstoffgemischs aus der Verbren­ nungskammer basiert, und das Problem, wie der Austrag unverbrannten Kraftstoffs verhindert werden soll, der auf dem Spritzen/Sprühen von Kraftstoff in Richtung auf den Luftreiniger basiert. Diese Probleme müssen ebenfalls gelöst werden.

Andererseits ist ein Magerverbrennungsmotor bzw. ein Direkteinspritzmotor bekannt, bei dem Kraftstoff di­ rekt in die Verbrennungskammer eingespritzt wird, und zwar im Zusammenhang mit Viertakt-Verbrennungsmoto­ ren. Bei diesem Motortyp wird die Verringerung von toxischen Substanzen im Abgas mittels einer Magerver­ brennungstechnik in Betracht gezogen. Es wird deshalb nunmehr untersucht, wie diese Technik auf einen Zwei­ takt-Verbrennungsmotor angewendet werden kann.

Beispielsweise ist ein Zweitakt-Verbrennungsmotor mit direkter Kraftstoffeinspritzung in der 4 813 391 A vorgeschlagen. Gemäß dieser Technik ist ei­ ne Kraftstoffeinspritzdüse an einem Zylinderkopfab­ schnitt der Verbrennungskammer so angeordnet, daß die Kraftstoffeinspritzung direkt in die Verbrennungskam­ mer bewirkt wird. In diesem Fall wird eine Kraft­ stoffpumpe betätigt, indem aus der Druckschwankung innerhalb des Kurbelgehäuses Vorteil gezogen wird, und durch diese Betätigung der Kraftstoffpumpe wird Kraftstoff der Kraftstoffeinspritzdüse zugeführt und direkt in die Verbrennungskammer eingespritzt. Der Kraftstoffeinspritzhub, d. h. die Kraftstoffeinsprit­ zung ausgehend von der Einspritzdüse wird wie folgt durchgeführt. Wenn der Kolben abwärts bewegt wird, wird der Druck innerhalb des Kurbelgehäuses propor­ tional erhöht, und wenn der Kolben ungefähr zum unte­ ren Totpunkt überführt ist, wird die Kraftstoffpumpe durch den Druck innerhalb des Kurbelgehäuses betä­ tigt, wodurch Kraftstoff der Kraftstoffeinspritzdüse zugeführt wird, von welcher der Kraftstoff durch die Druckkraft der Kraftstoffpumpe in die Verbrennungs­ kammer eingespritzt wird.

Außerdem ist ein weiteres Beispiel eines Zweitakt- Verbrennungsmotors mit direkter Kraftstoffeinsprit­ zung bekannt, bei welchem eine Kraftstoffeinspritz­ düse in der Mitte eines Luftdurchlasses (Spüldurchlaß) angeordnet ist, der mit der Verbren­ nungskammer in Verbindung steht. Kraftstoff von der Einspritzdüse wird in Richtung auf eine wärmeleitende Wand eingespritzt, die eine Zylinderwand bildet, und trifft darauf derart auf, daß er in Gasform überführt und mit Luft gemischt wird, die durch den Luftdurch­ laß hindurchströmt, wobei das resultierende Luft- Kraftstoffgemisch einer Verbrennungskammer zugeführt wird (siehe US-Patent Nr. 4 876 999).

Im Fall des erstgenannten Motors mit Kraftstoff­ direkteinspritzung (US 4 813 391 A), bei dem eine Kraftstoffeinspritzdüse auf einem Zylinderkörper angeordnet ist und Kraftstoff direkt von der Kraft­ stoffeinspritzdüse in die Verbrennungskammer einge­ spritzt wird, sind der Zeitpunkt bzw. der Takt und die Art und Weise der Kraftstoffeinspritzung so fest­ gelegt, daß die Kraftstoffpumpe abhängig von der Druckänderung innerhalb des Kurbelgehäuses betätigt und der Kraftstoff durch den Förderdruck der Kraft­ stoffpumpe so eingespritzt wird, daß der Zeitpunkt bzw. der Takt der Kraftstoffeinspritzung ebenso wie die Kraftstoffmenge, die eingespritzt werden soll, ziemlich schwierig einstellbar sind. Außerdem sind eine Kraftstoffpumpe zum Kraftstoffeinspritzen ebenso wie ein Betätigungssystem zum Betätigen der Kraft­ stoffpumpe erforderlich. Dieser Kraftstoffeinspritz­ mechanismus ist für die Verbrennungssteuerung (Luft/Kraftstoffverhältnissteuerung) des Motors nicht geeignet, und außerdem ist seine Struktur ziemlich kompliziert, wodurch das Problem auftritt, daß die Herstellungskosten steigen würden.

Im Fall des Einspritzsystems einer Kraftstoffein­ spritzdüse, die gemeinsam in einem Viertakt-Verbren­ nungsmotor verwendet wird, wird andererseits Kraftstoff mittels einer Tauchkolbenpumpe komprimiert und daraufhin der Kraftstoffeinspritzdüse zugeführt. Ein elektrisch be­ tätigbares Element, wie etwa ein elektromagnetisches So­ lenoid, ist an der Kraftstoffeinspritzdüse angebracht. Im Augeblick der Kraftstoffeinspritzung wird das elektrisch betätigbare Element magnetisiert, um das Ventil der Kraftstoffeinspritzdüse zu öffnen oder zu schließen.

Bei diesem Kraftstoffeinspritzsystem wird der Zeitpunkt bzw. der Takt der Kraftstoffeinspritzung elektrisch ge­ steuert, wodurch es möglich ist, Kraftstoff zu einem ge­ eigneten Zeitpunkt bzw. mit einem geeigneten Takt einzu­ spritzen und die Kraftstoffmenge einzustellen. Es ist je­ doch gemäß diesem System erforderlich, die Kraftstoffein­ spritzdüse mit einem elektrisch betätigbaren Element und einem Startventil zu versehen, und mit einer Steuervor­ richtung zum Steuern der Kraftstoffeinspritzdüse. Diese Vorrichtungen, die zur Herstellung des vorstehend erläu­ terten Einspritzmotors erforderlich sind, sind ausgespro­ chen kostenaufwendig, so daß die Anwendung der Kraft­ stoffeinspritzdüse gemäß diesem System für einen Zweitakt-Verbrennungsmotor für ein Strauchschneidgerät und dergleichen angesichts der Kosten nicht in Betracht kommt.

Aus der DE 39 01 733 C2 geht ein Verbrennungsmotor mit einer Einspritzpumpe zum Zuführen von flüssigem Kraft­ stoff zu einer Kraftstoffeinspritzdüse hervor. Der Kraft­ stoff wird mit Hilfe einer Heizeinrichtung erwärmt, bevor er der Kraftstoffeinspritzdüse zugeführt wird. Die Heiz­ einrichtung umfaßt einen Wärmetauscher, der die Auspuff­ wärme an ein Wärmerohr überträgt, an dessen anderen Ende ein eine Heizstrecke umgebendes Übergangsstück befestigt ist. Nachteilig an der Heizeinrichtung ist deren aufwen­ diger und somit kostenintensiver Aufbau.

Aus der DE 38 33 215 A1 geht ein Brennstoffeinspritzsys­ tem für Brennkraftmaschinen hervor, das eine mit einer definierten Kraftstoffmenge befüllbare Kammer aufweist, der eine in einem schmalen Wellenlängenbereich emittie­ rende Lichtquelle zugeordnet ist. Mit Hilfe der Licht­ quelle kann dem Kraftstoff dosiert Energie zugeführt wer­ den, was dazu führt, dass sich der Druck des Kraftstoffs in der abgeschlossen Kammer erhöht. Bei Überschreiten ei­ nes bestimmten Grenzdrucks öffnet eine Ventileinrichtung, so dass eine definierte Kraftstoffmenge aus der Kammer austreten kann. Die Berechnung der mittels der Lichtquel­ le dem Kraftstoff zugeführten Energie erfolgt durch ein elektronisches Steuergerät. Die Kosten für das Brenn­ stoffeinspritzsystem sind aufgrund dieser Ausgestaltung sehr hoch.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht deshalb darin, einen Verbrennungsmotor der eingangs genannten Art zu schaffen, der mit einer Wechselstromerzeugungseinrich­ tung betrieben werden kann, die auf einfache Weise und gleichzeitig effektiv genutzt wird und deshalb eine ge­ ringe Leistung haben kann.

Gelöst wird diese Aufgabe durch die Merkmale des An­ spruchs 1. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Demnach schafft die vorliegende Erfindung einen Zweitakt- Verbrennungsmotor mit Kraftstoffeinspritzung, der mit mehreren Kraftstoffeinspritzdüsen versehen ist, von denen jede mit einem Heizelement zum Erhitzen des Kraftstoffs derart versehen ist, daß der Kraftstoff einer Phasenände­ rung unterliegt, bevor er von der Kraftstoffeinspritzdüse eingespritzt wird.

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird außerdem ein Zweitakt-Verbrennungsmotor mit Kraftstoffeinspritzung ge­ schaffen, der mit einer Kraftstoffsteuerschaltung als Mittel zum Steuern des vorstehend genannten Heizelements versehen ist, wobei die Kraftstoffsteuerschaltung so aus­ gelegt ist, daß eine elektromotorische Wechselstromkraft, die in einem Generatorabschnitt einer Zündvorrichtung er­ zeugt wird, in sie eingespeist werden kann, wobei basie­ rend auf dieser elektromotorischen Kraft das Heizelement steuerbar ist. Vorteilhafterweise sind außerdem sowohl die Zündvorrichtung, die Kraftstoffsteuerschaltung und der Generatorabschnitt in einem einzigen integrierten bzw. gemeinsamen Körper gebildet, um als Zünd/Kraftstoffsteuervorrichtung zu dienen.

Wenn davon ausgegangen wird, daß der erfindungsgemäße Zweitakt-Verbrennungsmotor mit Kraftstoffeinspritzung mit einem Kurbelkammer-Vorkompressions-Kolbenventil­ system vom Schnürle-Typ gebildet ist, arbeitet dieser Motor wie folgt. Wenn sich der Kolben aufwärts be­ wegt, um den Austrag von Verbrennungsabgas aus der Verbrennungskammer zu starten, wird der Spülschlitz geöffnet, um es der vorkomprimierten Ansaugluft in der Kurbelkammer zu ermöglichen, über den Spüldurch­ laß in die Verbrennungskammer derart zu strömen, daß jegliches restliche Verbrennungsabgas aus der Ver­ brennungskammer ausgetragen wird, wodurch die Ver­ brennungskammer gespült wird.

Während die Zylinderkammer gespült wird, startet der Kolben die Aufwärtsbewegung, um schließlich den Spül­ schlitz zu verschließen. Zu einem geeigneten Zeit­ punkt, bevor der Spülschlitz vollständig geschlossen ist, wird ein Signal von der Zünd/Kraftstoffsteuervorrichtung ausgegeben, um das Heizelement der Kraftstoffeinspritzdüse mit Hochspan­ nung schlagartig zu heizen. Wenn das Heizelement auf diese Weise erhitzt wird, wird der Kraftstoff, wel­ cher der Düse zugeführt wird, schlagartig erhitzt, um einer Phasenänderung so zu unterliegen, daß Bläschen erzeugt werden. Gleichzeitig mit dem Anwachsen der Bläschen wird der Innendruck im Endabschnitt der Düse so erhöht, daß der Kraftstoff dazu gezwungen wird, vom distalen Ende der Düse in die Verbrennungskammer eingespritzt und mit Luft gemischt zu werden. Nach dieser Kraftstoffeinspritzung wird der Kolben weiter aufwärts bewegt, um in einen Kompressionshub einzu­ treten. Wenn der Kalben weiter vorgeschoben wird, um in die Nähe des oberen Totpunkts zu gelangen, wird von der Zünd/Kraftstoffsteuervorrichtung ein Signal ausgegeben, um die Zündkerze zu veranlassen, zu zün­ den, wodurch das Kraftstoffgemisch veranlaßt wird, explosionsartig zu verbrennen.

In dem auf die Explosion des Luft-Kraftstoffgemisches folgenden Expansionshub wird der Kolben abwärts be­ wegt, um die Luft vorzukomprimieren, die in die Kur­ belkammer angesaugt wurde, wodurch eine Wiederholung der Sequenz der Hübe, wie vorstehend erläutert, er­ möglicht wird.

Da der erfindungsgemäße Zweitakt-Verbrennungsmotor so ausgelegt ist, daß Kraftstoff schlagartig durch das Heizelement einer Kraftstoffeinspritzdüse erhitzt wird, bevor der Kraftstoff eingespritzt wird, besteht keine Notwendigkeit zur Verwendung einer speziellen Kraftstoffkompressionspumpe oder eines Startventils, so daß der Aufbau der Kraftstoffeinspritzdüse verein­ facht sein kann. Da der erfindungsgemäße Zweitakt- Verbrennungsmotor mit mehreren Kraftstoffeinspritzdü­ sen versehen ist, wobei jede Düse mit dem vorstehend erläuterten Heizelement versehen ist, kann die Kraft­ stoffmenge, die bei einer einzigen Einspritzung ein­ gespritzt wird, problemlos geändert bzw. gesteuert werden.

Da die Kraftstoffeinspritzung durch mehrere Ein­ spritzdüsen erfolgt, und außerdem die Kraftstoffmenge durch mehrere Einspritzdüsen eingestellt werden kann, ist es möglich, das Luft/Kraftstoffverhältnis bei­ spielsweise für eine magere Verbrennung exakt und problemlos zu steuern.

Da die Heizsteuerung für das Heizelement dadurch be­ wirkt werden kann, daß aus der elektromotorischen Wechselstromkraft der Generatoreinrichtung der Zünd­ vorrichtung Vorteil gezogen wird, ist es möglich, den Aufbau der Kraftstoffeinspritzsteuervorrichtung zu vereinfachen. Da sowohl die Zündvorrichtung wie die Generatoreinrichtung und die Kraftstoffsteuerschal­ tung in einen einzigen Körper als Einspritz/Kraft­ stoffsteuervorrichtung integriert und in der Nähe des Gebläserotors zur Luftkühlung angeordnet sind, kann die Gesamtgröße der Zünd/Kraftstoffsteuervorrichtung kompakt sein.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand der Zeichnung beispielhaft näher erläutert; es zeigen:

Fig. 1 einen Längsschnitt einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Zweitakt-Verbrennungsmotors, und

Fig. 2 ein Blockdiagramm des Systems und der Verdrah­ tung der Zünd/Kraftstoffvorrichtung des in Fig. 1 ge­ zeigten Zweitakt-Verbrennungsmotors.

Der in Fig. 1 gezeigte erfindungsgemäße Zweitakt-Ver­ brennungsmotor 1 mit Kraftstoffeinspritzung (auf wel­ chen nachfolgend der Einfachheit halber als Verbren­ nungsmotor bezug genommen wird) ist gemäß dem soge­ nannten Schnürle-Prinzip aufgebaut, d. h. es handelt sich um einen Zweitakt-Verbrennungsmotor mit Kurbel­ kammer-Vorkompressionssystem vom Schnürle-Typ. Der Motor umfaßt einen Zylinderblock 2 mit einer Verbren­ nungskammer 3, in welcher ein Kolben 4 sich gleitend auf und abwärts bewegen kann, ein geteiltes Kurbelge­ häuse 5, das am unteren Endabschnitt des Zylinder­ blocks 2 angebracht ist, und in welchem eine Kurbel­ kammer 6 vorgesehen ist, einen Zylinderkopf 7, der integral mit dem oberen Abschnitt des Zylinderblocks 2 gebildet ist, mehrere Kühlrippen 8 zur Luftkühlung, die an der Außenperipherie bzw. dem Außenumfang des Zylinderblocks 2 gebildet sind, und eine Zündkerze 9, die an einem geeignete Abschnitt des Zylinderkopfs 7 angebracht und über ein Hochspannungskabel 36a mit einer Zündvorrichtung 37 verbunden ist, die nachfol­ gend erläutert ist.

Die Kurbelkammer 6 hat Zylinderform, eine geringe Hö­ he und ist hermetisch verschlossen. Eine Kurbelwelle 30 ist an einem zentralen Abschnitt von sowohl der rechten wie der linken Seite der Kurbelkammer 6 axial gehalten. Der Kolben 4 ist über eine Verbin­ dungsstange 32 mit einem Kurbelzapfen 31 der Kurbel­ welle 30 verbunden. Ein Paar von sektorförmigen Kur­ belscheiben 34 ist an den rechten und linken Enden des Kurbelzapfens 31 so befestigt, daß die Verbin­ dungsstange 32 zwischen dem Paar von sektorförmigen Kurbelscheiben 34 angeordnet ist. Infolge davon die­ nen die Kurbelscheiben 34 dazu integral mit der Kur­ belwelle 30 gedreht zu werden.

Ein Gebläserotor 35 zur Luftkühlung ist an einem End­ abschnitt der Kurbelwelle 30 befestigt. Mehrere Ma­ gneten 35a sind in der Außenperipheriewand bzw. der Außenumfangswand des Gebläserotors 35 eingebettet. Eine Zünd/Kraftstoffsteuervorrichtung 36 (die nach­ folgend im einzelnen erläutert ist) ist so angeord­ net, daß sie zur Außenperipheriewand des Gebläse­ rotors 35 weist, wodurch die Ausgangsenergie der Zünd/Kraftstoffsteuervorrichtung 36 der Zündkerze 9 und einer Kraftstoffeinspritzdüse 46 zugeführt werden kann (wie nachfolgend im einzelnen erläutert).

Der Zylinderblock 2 ist mit einem Abgasauslaß 40 ver­ sehen, der in einen Abschnitt der Innenwand der Ver­ brennungskammer 3 mündet, wobei dieser Auslaß so ge­ richtet ist, daß er die Achse der Kurbelwelle 30 un­ ter rechtem Winkel schneidet. Der Zylinderblock 2 ist mit einer Ansaugöffnung 41 versehen, die in einen Ab­ schnitt der Innenwand der Verbrennungskammer 3 mündet und in etwa dem Abgasauslaß 40 gegenüberliegt (ein Abschnitt, der um einen Winkel von 180° versetzt ist), die jedoch auf einer etwas niedrigeren Höhe an­ geordnet ist als die Abgasauslaßöffnung 40. Außerdem ist ein Paar von Spül- bzw. Eintrittsschlitzen 42 in dem Zylinderblock 2 einander gegenüberliegend an Ab­ schnitten der Innenwand des Zylinderblocks 2 angeord­ net, die an einem Zwischenabschnitt zwischen dem Ab­ gasauslaß 40 und der Ansaugöffnung 41 angeordnet sind; d. h. jeder Schlitz 42 ist um einen Winkel von 90° von der Abgasauslaßöffnung 40 und der Ansaugöff­ nung 41 versetzt (linke und rechte Seiten in Fig. 1). Diese Spülschlitze 42 sind jeweils an der Oberseite von jeweils einem von sogenannten Wandtyp-Spüldurch­ lässen 43 gebildet, von denen sich jeder ausgehend von den Spülschlitzen 42 in Richtung auf den unteren Abschnitt des Zylinderblocks 2 so erstreckt, daß er mit der Kurbelkammer 6 in Verbindung steht.

Um das Gießen des Zylinderblocks 2 und des Zylinder­ kopfs 7 durch Hochdruckgießen in einem einzigen Block bzw. als Monoblock zu erleichtern, ist ein Paar von Gießöffnungen 44 jeweils entlang den Spüldurchlässen 43 gebildet, wodurch die Außenseite jedes Spüldurch­ lasses 43 in Verbindung mit der Außenatmosphäre ste­ hen kann. Ein Paar von Spüldurchlaßabdeckungen 45, von denen jeder eine gleichmäßig gekrümmte Innenflä­ che in Übereinstimmung mit dem Spüldurchlaß 43 sowie getrennt von dem Zylinderblock 2 gefertigt aufweist, ist an den Gießöffnungen 44 angebracht. Wenn die Spüldurchlaßabdeckungen 45 an den Gießöffnungen 44 befestigt sind, indem beispielsweise von einem Kleb­ stoff Gebrauch gemacht wird, sind die Gießöffnungen 44 geschlossen, wodurch gleichmäßig gekrümmte Durch­ lässe derart fertigstellbar sind, daß Spülluft durch sie hindurch strömen kann, wodurch ein Spülen mit ho­ hem Wirkungsgrad erzielt wird.

Eine (in Fig. 1 diejenige auf der linken Seite) der Spüldurchlaßabdeckungen 45 ist mit einem Innengewin­ dedurchgangsloch 45a versehen, in welchem eine Kraft­ stoffeinspritzdüse 46 mit einem Außengewinde an ihrer Außenwand eingesetzt oder geschraubt ist. Das distale Ende 46a der Kraftstoffeinspritzdüse 46 ist in Rich­ tung auf die Oberseite der Verbrennungskammer 3 der­ art gerichtet, daß dann, wenn der Kraftstoff einge­ spritzt wird, er einem Bereich innerhalb der Verbren­ nungskammer 3 zugeführt wird, der für die Verbrennung des Kraftstoffs optimal ist.

Fig. 2 zeigt ein Blockdiagramm der Beziehung zwischen der Zünd/Kraftstoffsteuervorrichtung 36 und der Zünd­ kerze 9 bzw. der Kraftstoffeinspritzdüse 46, die durch die Zünd/Kraftstoffsteuervorrichtung 36 betä­ tigt sind.

Die Zünd-/Kraftstoffsteuervorrichtung 36 weist eine Wechselstromerzeugungseinrichtung 38 (vorliegend auch Generatoreinrichtung genannt) und eine Kraftstoff­ steuerschaltung 39 auf, die integral in die Zünd/Kraftstoffsteuervorrichtung 36 zusätzlich zu der Zündvorrichtung 37 eines gewöhnlichen CDI- oder TCI- Systems integriert sind. Die Wechselstromerzeugungs­ einrichtung 38 dient dazu, Elektrizität durch die Drehung des Gebläserotors 35 zu erzeugen und die der­ art erzeugte Elektrizität der Zündvorrichtung 37 und der Kraftstoffsteuerschaltung 39 so zuzuführen, daß die Zündkerze 9 und die Kraftstoffeinspritzdüse 46 betätigt werden.

Die Zündvorrichtung 37 ist vom gewöhnlichen bzw. her­ kömmlichen Typ und weist eine Aufnahmespule 37a zum Steuern des Zündtakts auf, eine elektrische Zündquel­ lenschaltung 37b zum Durchführen einer Halbwel­ lengleichrichtung des Wechselstroms, der von der Wechselstromerzeugungseinrichtung 38 zugeführt wird, eine Zündsteuerschaltung 37c und eine Zündspule 37d. Die Kraftstoffsteuerschaltung 39 ist durch eine elek­ trische Einspritzquellenschaltung 39a zum Durchführen einer Halbwellengleichrichtung (mit entgegengesetzter Phase zu der elektrischen Zündquellenschaltung 37b) des Wechselstroms und eine Einspritzsteuerschaltung 39b gebildet. Die Zündvorrichtung 37 ist über das Hochspannungskabel 36a mit der Zündkerze 9 verbunden, während die Kraftstoffsteuerschaltung 39 über Drähte bzw. Verdrahtungen 36b mit der Kraftstoffeinspritz­ düse 46 verbunden ist.

Die Kraftstoffeinspritzdüse 46 ist mit einem Kraft­ stofftank 47 so verbunden, daß der Kraftstoff von dem Kraftstofftank 47 der Position der Kraftstoffein­ spritzdüse 46 (da der Kraftstofftank 47 üblicherweise unter der Kraftstoffeinspritzdüse 46 angeordnet ist) mittels einer Ansaugpumpe (im Augenblick des Star­ tens) oder einer Saugpumpe (während des Betriebs) zu­ geführt wird, bei denen (nicht gezeigt) es sich je­ weils um Pumpen herkömmlichen Typs handelt, die übli­ cherweise in einem Zweitakt-Verbrennungsmotor (Luft- Kraftstoffgemischansaugung) verwendet werden.

Die Kraftstoffeinspritzdüse 46 ist mit einem Heizele­ ment 46b versehen, das aus einem elektrischen Heizer und dergleichen gebildet und mit der Kraftsteuer­ schaltung 39 verbunden ist. Das Heizelement 46b dient dazu, durch Hochspannungsenergie sofort bzw. schlag­ artig beheizt zu werden, die von der Kraftstoff­ steuerschaltung 39 zugeführt wird. Wenn das Heizele­ ment 46b in dieser Weise erwärmt ist, wird der der Kraftstoffdüse 46 zuzuführende Kraftstoff sofort bzw. schlagartig erhitzt, um einer Phasenänderung so zu unterliegen, daß Bläschen 46c erzeugt werden. Gleich­ zeitig mit dem Anwachsen der Bläschen 46c wird der Innendruck der Düse 46 so erhöht, daß der Kraftstoff veranlaßt wird, von bzw. aus der Öffnung des distalen Endabschnitts 46a der Düse 46 in die Verbrennungskam­ mer 3 eingespritzt zu werden.

Da der Zylinderblock 2 mit mehreren Einspritzdüsen 46 versehen ist, von denen jede ein Heizelement 46b auf­ weist, kann die einzuspritzende Kraftstoffmenge durch individuelles Steuern der Heizelemente 46b einge­ stellt werden. Es ist auch möglich, einen porösen Körper, wie etwa einen porösen Keramikkörper in das Innere der Düse 46 so einzusetzen, daß der Kraftstoff in den porösen Körper gesaugt und daraufhin durch das Heizelement 46b erhitzt wird.

Die Zündwirkung der Zündvorrichtung 37 wird dadurch bewirkt, daß aus der elektromotorischen Wechselstrom­ kraft Vorteil gezogen wird, die in der Wechselstrom­ erzeugungseinrichtung 38 erzeugt wird. Die elektromo­ torische Kraft, die tatsächlich bei dieser Zündaktion bzw. -wirkung verwendet wird, ist entweder eine posi­ tive Halbwellenspannung oder eine negative Halbwel­ lenspannung derart, daß die andere Halbwellenspannung überhaupt nicht genutzt wird. Bei dieser Ausführungs­ form wird die nicht genutzte Halbwellenspannung bei dem Zündvorgang bzw. der Zündwirkung genutzt, um die Kraftstoffeinspritzdüse 46 zu betätigen.

Insbesondere ist die Wechselstromerzeugungseinrich­ tung 38 dazu ausgelegt, eine elektromotorische Wech­ selstromkraft durch die Drehung des Gebläserotors 35 zu erzeugen. Die Zündung wird durch die Spannung auf der positiven Seite (oder der negativen Seite) zu dem Zeitpunkt bewirkt, wenn die Wechselspannung sie von der positiven Seite (oder der negativen Seite) zur negativen Seite (oder zur positiven Seite) ändert. Die Kraftstoffeinspritzdüse 46 dient dazu, eine Span­ nung auf der gegenüberliegenden Seite dieser elektro­ motorischen Wechselstromkraft zu nutzen, d. h. eine Spannung der negativen Seite (oder der positiven Sei­ te) wie nachfolgend erläutert. Das Ausgangssignal der elektromotorischen Wechselstromkraft wird der Zünd­ steuerschaltung 37c entzogen und zu der Ein­ spritzsteuerschaltung 39b übertragen, die daraufhin betätigt wird, um das Heizelement 46b der Kraftstoff­ einspritzdüse 46 zu veranlassen, durch Anlegung einer Hochspannung sofort bzw. kurzfristig, bzw. schlagar­ tig geheizt zu werden, indem aus der Spannung Vorteil gezogen wird, die entgegengesetzt zu derjenigen ist, die in der Zündvorrichtung 37 verwendet wird, d. h. die Spannung auf der negativen (oder positiven) Sei­ te, wodurch der Kraftstoff von dort aus erhitzt und eingespritzt wird. Insbesondere wird die in der Wech­ selstromerzeugungseinrichtung 38 erzeugte Wech­ selstromenergie durch die elektrische Einspritzquel­ lenschaltung 39a in Gleichstromenergie gleichgerich­ tet, die daraufhin der Kraftstoffsteuerschaltung 39 zugeführt wird. Die Einspritzsteuerschaltung 39b dient dazu, ein Ausgangssignal (Zeitsteuer- bzw. Taktsignal) der elektromotorischen Wechselstromkraft von der Zündsteuerschaltung 37c zu empfangen. Auf Grundlage dieses Ausgangssignals wird elektrische Energie durch die Drahtleitung bzw. den Draht 36b zu den Heizelementen 46b derart übertragen, daß die Hei­ zelemente 46b durch Anlegen von Hochspannung schlag­ artig erhitzt werden. Der durch die Heizelemente 46b erhitzte Kraftstoff wird daraufhin von dem Endab­ schnitt 46a der Kraftstoffeinspritzdüse 46 in Über­ einstimmung mit dem Takt des Spülhubs des Ver­ brennungsmotors 1 eingespritzt. Die Einstellung der Kraftstoffmenge, die eingespritzt wird, kann in ge­ eigneter Weise durch Wählen des Heizelements 46b ge­ steuert werden, das jeweils an jedem Endabschnitt 46a der Düse 46 angebracht ist, und zwar durch Nutzung der Einspritzsteuerschaltung 39b.

Als nächstes wird die Arbeitsweise des vorstehend er­ läuterten Verbrennungsmotors 1 gemäß der ersten Aus­ führungsform der Erfindung erläutert.

Der Verbrennungsmotor 1 gemäß dieser Ausführungsform ist vom sogenannten Kolbenventiltyp bzw. gehört zu einem dementsprechenden System, wobei weder ein An­ saugventil noch ein Auslaßventil vorgesehen sind, und wobei die Ansaugöffnung 41 und die Abgasauslaßöffnung 40 alternativ in Verbindung mit der Kurbelkammer 6 und mit der Verbrennungskammer 3 durch die hin- und hergehende Bewegung (Auf- und Abbewegung) des Kolbens 4 abwechselnd in Verbindung gelangen können, wodurch die Saug- und Austragwirkung des Motors 1 in dersel­ ben Weise wie mit dem vorstehend genannten Ansaug- und Auslaßventil durchgeführt werden kann.

Unter der Betriebsbedingung des Verbrennungsmotors 1, bei welcher der Kolben 4 sich auf- und abbewegt, wird die Abgasauslaßöffnung 40, wenn der Kolben 4 sich ab­ wärts bewegt, um in die Nähe des unteren Totpunkts zu gelangen, zunächst geöffnet, wodurch das Verbren­ nungsabgas aus dem Innern der Verbrennungskammer 3 zur Außenseite des Verbrennungsmotors 1 ausgetragen wird. Daraufhin werden die Spülschlitze 42 geöffnet, um es der Luft, die in die Kurbelkammer 6 gesaugt und in dieser vorverdichtet wird, zu erlauben, über die Spüldurchlässe 43 in der Verbrennungskammer 3 zu strömen, wodurch jegliches restliche Verbrennungsab­ gas aus der Verbrennungskammer 3 durch die Abgasaus­ laßöffnung 40 gespült wird, wodurch die Verbrennungs­ kammer 3 gespült wird. Eine geringe Menge der ange­ saugten Luft wird daraufhin durch den Abgas auslaß 40 ausgetragen.

Während dieses Spülvorgangs beginnt der Kolben 4, sich aufwärts zu bewegen und den Spülschlitz 42 er­ neut zu verschließen. Zu einem geeigneten Zeitpunkt unmittelbar bevor der Spülschlitz 42 verschlossen wird, wird das Heizelement 46b der Kraftstoffein­ spritzdüse 46 jedoch schlagartig in Übereinstimmung mit einem Ausgangssignal von der Steuerschaltung 39b der Zünd/Kraftstoffsteuervorrichtung 36 erhitzt, wo­ durch Kraftstoff direkt in die Verbrennungskammer 3 ausgehend vom distalen Ende 46a der Kraftstoffein­ spritzdüse 46 eingespritzt und mit der Luft gemischt wird, die in die Verbrennungskammer 3 gesaugt wird. Nach dem Kraftstoffeinspritzen wird der Kolben 4 wei­ ter aufwärts zum Schließen der Spülschlitze 42 zu­ nächst bewegt und tritt daraufhin in den Verdich­ tungs- bzw. Kompressionshub ein, während er die Ab­ gasauslaßöffnung 40 schließt. Wenn der Kolben 4 wei­ ter vorgerückt wird, um in die Nähe des oberen Tot­ punkts zu gelangen, wird Hochspannungsenergie über das Hochspannungskabel 36a der Zündkerze 9 von der Zündvorrichtung 37 der Zünd/Kraftstoffsteuervorrich­ tung 36 zugeführt, wodurch die Zündkerze 9 veranlaßt wird, zu zünden, und wodurch das Luft-Kraftstoff­ gemisch explosiv verbrannt wird.

Wenn, wie vorstehend erläutert, der Kolben 4 sich im Kompressionshub befindet, wird der Druck in der Kur­ belkammer 6 allmählich mit der Abwärtsbewegung des Kolbens 4 derart verringert, daß dann, wenn der Randabschnitt 4a des Kolbens 4 sich aufwärts hinter die Ansaugöffnung 41 bzw. an dieser vorbeibewegt, wo­ durch die Ansaugöffnung 41 mit der Kurbelkammer 6 verbunden wird, Umgebungsluft in die Kurbelkammer 6 durch einen (nicht gezeigten) Luftreiniger gesaugt wird.

Im auf die Explosion des Luft-Kraftstoffgemischs fol­ genden Expansionshub, wenn der Kolben 4 sich abwärts bewegt, um die Ansaugöffnung 41 zu schließen, wird die Luft, welche in die Kurbelkammer 6 gesaugt wurde, vorkomprimiert, und daraufhin werden die Spülschlitze 42 geöffnet, damit die Kurbelkammer 6 in Verbindung mit der Verbrennungskammer 3 gelangen kann. Infolge davon wird die Luft, die in die Kurbelkammer 6 ge­ saugt und vorkomprimiert wurde, dazu gezwungen, über die Spüldurchlässe 43 in die Verbrennungskammer 3 ausgehend von den Spülschlitzen 42 zuzuströmen, wo­ durch die Wiederholung einer Abfolge von Hüben, wie vorstehend erläutert, ermöglicht wird.

Da der Zweitakt-Verbrennungsmotor 1 gemäß dieser Aus­ führungsform so ausgelegt ist, daß die Kraftstoffein­ spritzdüse 46, die mit dem Heizelement 46b versehen ist, in dem Spüldurchlaß 43 angeordnet ist, um den Kraftstoff durch das Heizelement 46b schlagartig zu erhitzen, bevor er eingespritzt wird, besteht keine Notwendigkeit, eine teure spezielle Kraftstoffkom­ pressionspumpe oder ein Anlaß- bzw. Startventil zu verwenden, so daß der Aufbau der Kraftstoffeinspritz­ düse 46 vereinfacht ist. Da der Zweitakt-Verbren­ nungsmotor 1 gemäß dieser Ausführungsform außerdem mit mehreren Kraftstoffeinspritzdüsen 46 versehen ist, von denen jede mit dem vorstehend genannten Hei­ zelement 46b versehen ist, kann die Kraftstoffmenge, die bei einer einzigen Einspritzung eingespritzt wird, problemlos gesteuert werden.

Da darüber hinaus die Kraftstoffeinspritzung durch mehrere Einspritzdüsen 46 durchgeführt wird und gleichzeitig die Kraftstoffmenge durch mehrere Ein­ spritzdüsen 46 eingestellt werden kann, ist es mög­ lich, das Luft/Kraftstoffverhältnis beispielsweise zugunsten einer mageren Verbrennung problemlos und genau zu steuern.

Da außerdem der Heizsteuerzeitpunkt bzw. die Heiz­ zeitsteuerung für die Heizelemente 46b so ausgelegt ist, daß von dem Zündsignal aus der Zündsteuerschal­ tung 37c Vorteil gezogen wird, kann die Vorrichtung 39 zum Steuern der Kraftstoffeinspritzung einen ein­ fachen Aufbau aufweisen.

Da ferner sowohl die Einspritzvorrichtung 37 wie die Generatoreinrichtung 38 und die Kraftstoffsteuer­ schaltung 39 in einen einzigen Körper bzw. ein einzi­ ges Gehäuse als Zünd/Kraftstoffsteuervorrichtung 36 integriert und in der Nähe des Gebläserotors 35 zur Luftkühlung angeordnet sind, kann die Gesamtgröße der Zünd/Kraftstoffsteuervorrichtung 36 kompakt ausgelegt werden. Außerdem ist es möglich, sowohl die Zündung wie das Kraftstoffeinspritzen dadurch zu steuern, daß lediglich von der bzw. einer einzigen Zünd/Kraft­ stoffsteuervorrichtung 36 Gebrauch gemacht wird. Da die Zünd/Kraftstoffsteuervorrichtung 36 in einen in­ tegralen Körper gebildet ist, kann die Verdrahtungs- und Zusammenbauarbeit in derselben Weise wie im Fall der herkömmlichen Zündvorrichtung problemlos durchge­ führt werden, und außerdem kann eine Reparatur der Vorrichtung ebenso problemlos durchgeführt werden. Die Anzahl an Teilen für die Zünd/- Kraftstoffsteuervorrichtung 36 kann dadurch minimiert sein.

Die vorliegende Erfindung ist vorstehend in bezug auf eine spezielle Ausführungsform erläutert worden. Die vorliegende Erfindung ist jedoch in keinster Weise auf diese Ausführungsform beschränkt, sondern viel­ mehr im Umfang der durch die anliegenden Ansprüche festgelegten Erfindung zahlreichen Modifikationen zu­ gänglich.

Da, wie vorstehend erläutert, der erfindungsgemäße Zweitakt-Verbrennungsmotor so aufgebaut ist, daß Kraftstoff durch Heizen der Kraftstoffeinspritzdüse eingespritzt wird, und da der Heizzeitpunkt ermittelt wird, indem auf das Zündtaktsignal von der vorhande­ nen Zündvorrichtung zurückgegriffen wird, ist es mög­ lich, einen Zweitakt-Verbrennungsmotor mit Kraft­ stoffeinspritzung einfachen Aufbaus bereitzustellen.

Da außerdem sowohl die Zündsteuervorrichtung wie die Kraftstoffeinspritzsteuervorrichtung in einen einzi­ gen Körper integriert sind, kann die Gesamtgröße der Vorrichtung kompakt sein. Außerdem ist der praktische Umgang mit der Vorrichtung, wie etwa deren Zu­ sammenbau und Reparatur verbessert und gleichzeitig können das Gesamtgewicht und die Herstellungskosten für die Vorrichtung minimiert sein.

Claims (4)

1. Zweitakt-Verbrennungsmotor mit zumindest einer Kraftstoffeinspritzdüse (46), einem Heizelement (46b), das mit der Kraftstoffeinspritzdüse verbun­ den ist, um den Kraftstoff in dieser Düse so zu er­ hitzen, daß der Kraftstoff einer Phasenänderung un­ terliegt, bevor er aus der Kraftstoffeinspritzdüse austritt, und einer Zündvorrichtung (37), dadurch gekennzeichnet, daß die Zündvorrichtung (37) und die Kraftstoffeinspritzdüse (46) mit verschiedenen Halbwellen einer Wechselstromerzeugungseinrichtung (38) betrieben werden.

2. Zweitakt-Verbrennungsmotor nach Anspruch 1, da­ durch gekennzeichnet, daß mehrere Kraftstoffein­ spritzdüsen (46) vorgesehen sind, wobei jede Düse mit einem Heizelement (46b) verbunden ist.

3. Zweitakt-Verbrennungsmotor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Kraftstoffsteu­ ervorrichtung (36) zum Steuern des beziehungsweise der Heizelemente (46b) vorgesehen ist, wobei die Kraftstoffsteuervorrichtung (36) so betreibbar ist, daß eine elektromotorische Wechselstromkraft, die in der Wechselstromerzeugungseinrichtung (38) er­ zeugt wird, in das beziehungsweise die Heizelemente (46b) einspeisbar ist, so daß basierend auf dieser elektromotorischen Kraft das Heizelement (46b) steuerbar ist.

4. Zweitakt-Verbrennungsmotor nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß sowohl die Zündvor­ richtung (37) wie die Kraftstoffsteuervorrichtung (36) und die Wechselstromerzeugungseinrichtung (38) als einziger integrierter Körper ausgebildet sind, der als Zünd/Kraftstoffsteuervorrichtung betreibbar ist.