DE3448472C2 - Auspuff-Steuer-Vorrichtung für eine Zweitaktmaschine - Google Patents

Auspuff-Steuer-Vorrichtung für eine Zweitaktmaschine

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Description

Die Erfindung betrifft eine Auspuff-Steuer-Vorrichtung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Zur Verbesserung der Auspuffwirksamkeit ist es bekannt, bei einer Zweitaktmaschine eine Hilfskammer am Auspuff­ kanal anzuordnen und mit dem Auspuffkanal zu verbinden und zwischen der Hilfskammer und dem Auspuffkanal ein Tellerventil vorzusehen, das bei einer bestimmten Dreh­ zahl der Maschine bei demselben Takt öffnet und schließt. Wenn das Tellerventil auf diese Weise öffnet und schließt, wird die Verbindung zwischen der Hilfs­ kammer und dem Auspuffkanal abwechselnd hergestellt und unterbrochen, so daß das optimale Volumen des Auspuff­ rohres in Abhängigkeit von dem jeweiligen Geschwindig­ keitsbereich der Maschine hergestellt wird.
Da das Tellerventil so ausgebildet ist, daß es die Ver­ bindung zwischen dem Auspuffkanal und der Hilfskammer mit Hilfe einer elastischen Einrichtung, beispielsweise einer Schraubenfeder o. dgl., schließt, wenn die Maschi­ ne mit hoher Drehzahl arbeitet, kann das Tellerventil im höheren Geschwindigkeitsbereich nicht in abdichten­ dem Kontakt mit dem Ventilsitz kommen, weil es infolge der Maschinenvibrationen schwingt. Auf diese Weise be­ steht dennoch eine Verbindung zwischen Auspuffkanal und Hilfskammer, was zu einer Verringerung der Maschinen­ leistung im höheren Geschwindigkeitsbereich führt.
Aus JP 56-141017 ist eine Zweitaktmaschine bekannt, an deren Auspuffkanal eine Hilfskammer angeordnet ist, wobei zwischen dem Auspuffkanal und der Hilfskammer ein Drehventil angeordnet ist. Das Drehventil öffnet und schließt die Verbindung zwischen Auspuffkanal und Hilfs­ kammer in Abhängigkeit von der Drehzahl des Motors. Das Drehventil ist so gesteuert, daß die Verbindung zwischen Auspuffkanal und Hilfskammer bei niedrigen Drehzahlen geöffnet und bei hohen Drehzahlen geschlossen ist. Da­ durch wird bei niedrigen Drehzahlen die Leistung des Motors erhöht.
Aus US-A-4 121 552 ist ein Zweitaktmotor bekannt, bei dem parallel zum Auspuffhauptkanal ein Auspuffnebenkanal vorgesehen ist. Der Auspuffnebenkanal hat eine separate Öffnung zum Zylinder hin und mündet in den Auspuffhaupt­ kanal. Im Verlauf des Nebenkanals ist ein Drehventil angeordnet, das in Abhängigkeit von der Drehzahl des Motors den Nebenkanal öffnet und schließt. Das Drehven­ til öffnet bei hohen Drehzahlen den Nebenkanal, um eine schnellere Entgasung des Zylinders zu gewähren und da­ durch eine höhere Leistung des Motors zu erzielen.
Unter den geschilderten Voraussetzungen besteht die Aufgabe der Erfindung darin, eine einfache Auspuff-Steuer- Vorrichtung zu schaffen, die in einem weiten Dreh­ zahlbereich von niedrigen bis zu hohen Drehzahlen eine verbesserte Leistung erbringt.
Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1.
Durch die Verwendung eines Drehventils wird zwischen Auspuffkanal und Hilfskammer eine sichere und stabile Funktion sichergestellt. Bei niedrigen Drehzahlen gibt das Drehventil zuverlässig den Durchlaß zwischen Aus­ puffkanal und Hilfskammer frei. Gleichzeitig stellt das Drehventil die Unterbrechung der Verbindung von Aus­ puffkanal und Auspuff-Bypass-Kanal sicher. Ein Abführen von Auspuffgasen über den Auspuff-Bypass-Kanal ist da­ mit ausgeschlossen. Bei hohen Drehzahlen wird der Durch­ laß zwischen Auspuffkanal und Hilfskammer dicht und bleibend abgeschlossen. Auch durch Schwingungen der Maschine kommt es nicht zu Undichtigkeiten und Leckagen. Zugleich wird der Auspuff-Bypass-Kanal mit dem Auspuffkanal verbunden. Dies ermöglicht ein Ent­ weichen von Auspuffgasen über den Auspuff-Bypass-Kanal.
Die Öffnung des Auspuff-Bypass-Kanals zum Zylinder hin liegt vorteilhafterweise über der Auspuffkanalöffnung im Zylinder. Dadurch ist ein früheres Entweichen der Auspuffgase ermöglicht, so daß der Beginn des Aus­ puffzeitpunkts durch die Kombination von Auspuff- Bypass-Kanälen vorverlegt und die Leistung der Zwei­ taktmaschine verbessert wird.
Die Lage des Drehventils ist über einen Servomotor ein­ stellbar. Dadurch ist es möglich, auf Änderungen der Drehgeschwindigkeit der Maschine rasch zu reagieren und die mit dem Drehventil hergestellte Verbindung zu Takten oder im Querschnitt zu variieren.
Vorteilhafterweise ist es möglich, das Drehventil so anzuordnen, daß es sowohl den Durchlaß von der Hilfs­ kammer zum Auspuffkanal als auch die Verbindung von den Auspuff-Bypass-Kanälen zum Auspuffkanal verschließt.
Dieser Betriebszustand eignet sich besonders bei mittle­ ren Drehzahlen.
Vorteilhafterweise weist das Drehventil eine zylin­ drische oder walzenartige Form auf.
Im folgenden wird unter Bezugnahme auf die Zeichnungen ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert.
Es zeigen:
Fig. 1 einen vertikalen Teilschnitt eines Zweitakt­ motors unter besonderer Darstellung der An­ ordnung von Auslaß-Bypass-Öffnungen am Aus­ puff in operativer Zuordnung zu dem Zylin­ derventil,
Fig. 2 eine schematische Darstellung der Kombination der Betätigungseinrichtung für das Zylinder­ ventil sowie der Antriebsvorrichtung für die Betätigungseinrichtung,
Fig. 3 einen vertikalen Teilschnitt des Zweitaktmo­ tors aus Fig. 1 zur Verdeutlichung der Posi­ tion des Zylinderventils für eine mittlere Rotationsgeschwindigkeit, und
Fig. 4 einen vertikalen Teilschnitt des Zweitakt­ motors aus Fig. 1 der Position des Zylinder­ ventils für eine höhere Rotationsgeschwindig­ keit, wenn über die Auslaß-Bypass-Öffnungen die Verbindung zwischen Zylinder und Auspuff hergestellt ist.
In den Zeichnungen sind jeweils gleiche Teile oder Kom­ ponenten durchgehend mit denselben Bezugszeichen ver­ sehen.
In Fig. 1 ist ein Ausschnitt eines Zweitaktmotor 10 (im folgenden einfach als Maschine bezeichnet) dargestellt. Die Maschine 10 weist einen Auspuffkanal 18 auf, der mit einer Hilfskammer 20 in Verbindung steht. Diese Hilfskammer 20 wird im wesentlichen von einem teilweise dargestellten Hohlraum 24 gebildet, der in dem Zylin­ derkopf 22 der Maschine 10 enthalten ist. Außerdem ist in einem Durchlaß 26 zwischen der Hilfskammer 20 und dem Auspuffkanal 18 ein Zylinderventil 28 in Form eines drehbaren Ventilkükens angeordnet.
Wenn das Zylinderventil 28 in Richtung des Doppelpfei­ les B gedreht wird, wird der Durchlaß 26 entweder ge­ öffnet, so daß die Hilfskammer 20 mit dem Auspuffkanal 18 verbunden ist, oder geschlossen, so daß der Durchlaß zwischen der Hilfskammer 20 und dem Auspuffkanal 18 un­ terbrochen wird. Mit 44 ist ein Zylinderblock bezeich­ net, mit 50 ein Wassermantel, mit 198 ein Zylinder und mit 196 eine Öffnung im Zylinder 198, die zum Auspuff­ kanal 18 führt.
Wie aus Fig. 2 hervorgeht, wird das Zylinderventil 28 von dem Servomotor 60 über zwei Drähte 68 betätigt, die sich zwischen einer fest auf der Welle 64 des Servo­ motors 60 angebrachten ersten Scheibe 66 und einer fest mit dem Zylinderventil 28 verbundenen zweiten Scheibe 62 erstrecken. Wenn die Scheibe 66 am Servomotor 60 in Richtung des Doppelpfeiles D gedreht wird, dreht sich das Zylinderventil 28 durch die Kombination der Scheibe 66, der Drähte 68 und der Scheibe 62 in Richtung des Doppelpfeiles B abhängig mit.
Weiterhin sind Bypass-Kanäle 192 und 194 vorgesehen, die mit dem Zylinderventil 28 betriebsmäßig verbunden sind. Dies dient dazu, den Beginn des Auspuffzeitpunkts durch eine Kombination der Auspuff-Bypass-Kanäle und des Zylinderventils 28 vorzuverlegen und dadurch die Leistung der Zweitaktmaschine zu verbessern.
Gemäß Fig. 1 sind die Auspuff-Bypass-Kanäle 192 und 194 in der Nähe des Zylinderventils 28 oberhalb des Auspuff­ kanals 18 angeordnet. Der eine Auspuff-Bypass-Kanal 192 steht mit dem Innern des Zylinders 198 in Verbindung und zwar mit einer Stelle, die oberhalb der Öffnung 196 des Auspuffkanals 18 angeordnet ist, während der ande­ ren Auspuff-Bypass-Kanal 194 mit dem Auspuffkanal 18 verbunden ist.
Wenn die Maschine 10 im niedrigen Drehzahlbereich arbei­ tet, d. h. wenn die Hilfskammer 20 mit dem Auspuffkanal 18 über das Durchgangsloch 34 des Zylinderventils 28 verbunden ist, sind beide Auspuff-Bypass-Kanäle 192 und 194 von der Umfangsfläche 30 des Zylinderventils 28 geschlossen.
Wenn die Maschine 10 im mittleren Drehzahlbereich ar­ beitet, wird das Zylinderventil 28 mit Hilfe der Ver­ stelleinrichtung und der Antriebseinrichtung 60, die in Fig. 2 dargestellt sind, in die in Fig. 3 gezeichnete Position gebracht. Während das Zylinderventil 28 in dieser Position bleibt, bleibt die Verbindung zwischen dem einen Auspuff-Bypass-Kanal 192 und der Hilfskammer 20 unterbrochen. Ebenso wird die Verbindung zwischen der Hilfskammer 20 und dem Auspuffkanal 18 über den Durchlaß 34 durch die Umfangsfläche 30 des Zylinder­ ventils 28 unterbrochen, wodurch das Auspuffrohr ein Arbeitsvolumen erhält, das für mittlere Drehzahlen ge­ eignet ist.
Wenn schließlich die Maschine 10 im höheren Drehzahl­ bereich arbeitet, wird das Zylinderventil 28 durch die Verstelleinrichtung und die Antriebseinrichtung 60 in die in Fig. 4 dargestellte Position gebracht. Solange das Zylinderventil 28 in dieser Arbeitsstellung bleibt, wird nur die Verbindung zwischen der Hilfskammer 20 und dem Auspuffkanal 18 über den Durchlaß 26 von der Um­ fangsfläche 30 des Zylinderventils 28 unterbrochen und die Verbindung zwischen dem Zylinder 198 und dem Aus­ puffkanal 18 über die Auspuff-Bypass-Kanäle 192, 194 und das Durchgangsloch 34 des Zylinderventils 28 wird herge­ stellt. Hierdurch wird bewirkt, daß der Auspuffzeit­ punkt der Maschine 10 im höheren Drehzahlbereich vor­ verlegt wird, was zu einer verbesserten Maschinenlei­ stung im höheren Drehzahlbereich führt.
Das Zylinderventil 28 ist mit Dichtungsteilen auf seiner Umfangsfläche versehen, die das Durchgangsloch 34 umschließen und sicherstellen, daß kein Auspuffgas an der Umfangsfläche des Zylinderventils entlangströmen kann. Das Zylinderventil dichtet daher zuverlässig ab und verhindert eine Leistungsminderung der Zweitakt­ maschine.
Im folgenden werden die Steuerschaltungen für den Ser­ vomotor 60 sowie die Operationszeitsteuerung des Zylin­ derventil 28 erläutert.
Wenn der Zweitaktmotor 10 (gemäß Fig. 1) seinen Betrieb beginnt, wird die Anzahl der von einer Zündeinheit mit kapazitiver Entladung (im folgenden als CDI-Einheit bezeichnet) ausgegebenen Impulse von einem Drehzahl­ detektor gezählt, wodurch die Drehzahl der Maschine 10 ermittelt wird. In dem Drehzahldetektor ist eine erste vorbestimmte Drehzahl der Maschine gespeichert. Wenn die ermittelte Drehzahl der Maschine 10 unter die erste vorbestimmte Drehzahl absinkt, gibt der Drehzahldetek­ tor ein Signal an die Treiberschaltung für den Servo­ motor. Als Antwort auf das Signal hält die Treiber­ schaltung den Servomotor 60 dazu an, in den in Fig. 1 dargestellten Arbeitszustand zu verfahren, bei dem der Durchlaß 26 geöffnet ist. Wenn andererseits die ermit­ telte Drehzahl der Maschine 10 einen vorbestimmten zwei­ ten Wert übersteigt, gibt der Drehzahldetektor ein Sig­ nal an die Treiberschaltung. Als Antwort auf das Signal dreht der Servomotor 60 um einen bestimmten Drehwinkel, so daß das Zylinderventil 28 in die in Fig. 4 gezeigte Lage bewegt wird.
Liegt die ermittelte Drehzahl der Maschine unter dem zweiten vorgegebenen Wert und über dem ersten vorgege­ benen Wert, gibt der Drehzahldetektor ein Signal an die Treiberschaltung für den Servomotor. Als Antwort auf dieses Signal dreht der Servomotor 60 um einen Rota­ tionswinkel, wodurch das Zylinderventil 28 die in Fig. 3 dargestellte Positionen einnimmt und anschließend in der dargestellten Position unbeweglich gehalten wird. Danach wiederholen sich die oben beschriebenen Vorgänge entsprechend der Differenz der jeweiligen Drehzahlen zu der ersten bzw. zweiten vorbestimmten Drehzahl der Ma­ schine 10. Die vorbestimmten Drehzahlen der Maschine 10 werden in den Grenzbereich gelegt, wo sie von niedriger zu mittlerer und von mittlerer zu höherer Drehzahl, bzw. umgekehrt, fluktuieren.
Die Erfindung wurde oben in bezug auf einen Zweitakt­ motor beschrieben, kann jedoch auch bei anderen Ver­ brennungsmotoren zum Einsatz kommen.
Bei dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel ist ein Zylinderventil 28 sowie ein Servomotor 60 als An­ triebseinrichtung zum Drehen des Zylinderventils 28 mit Hilfe einer Steuerschaltung vorgesehen. Es kann aber beispielsweise auch eine Antriebseinrichtung benutzt werden, die eine Spule enthält, welche in Abhängigkeit von der Drehzahl der Maschine erregt wird. Außerdem können mechanische Antriebseinrichtungen unter Be­ nutzung von Zentrifugalkraft, Federkraft, o. dgl. in Abhängigkeit von der Drehzahl der Maschine oder ähn­ liche Einrichtungen benutzt werden. Es eignen sich alle konventionellen Antriebseinrichtungen, die imstande sind das Zylinderventil 28 drehzahlabhängig zu betä­ tigen.
Da bei einem Zweitaktmotor der beschriebenen Art ein Zylinderventil zum Öffnen und Schließen des Kanals zwischen der Hilfskammer und dem Auslaßkanal benutzt wird, treten Verschiebungen der Ventilposition infolge von Vibrationen nicht leicht auf. Aus diesem Grunde wird die zuverlässige Unterbrechung zwischen der Hilfs­ kammer und dem Auslaßkanal sichergestellt, wenn der Durchgang zwischen ihnen mit dem Zylinderventil ver­ schlossen ist.
Mit Hilfe der beschriebenen Auspuff-Steuer-Vorrichtung kann das Volumen des Auspuffrohres in Abhängigkeit von der Drehzahl verändert werden, so daß optimale Aus­ puff-Verhältnisse über einen Arbeitsbereich sicherge­ stellt werden können, der vom unteren über mittlere bis zu höheren Drehzahlbereichen reicht. Dies führt zu ei­ ner erhöhten Maschinenleistung über den gesamten Ar­ beitsbereich.

Claims (2)

1. Auspuff-Steuer-Vorrichtung für eine Zweitaktma­ schine mit
einem Auspuffkanal (18), der zu einem Zylinder (198) hin geöffnet ist,
einer Hilfskammer (20), deren eines Ende über ei­ nen Durchlaß (26) mit dem Auspuffkanal (18) in Verbindung steht, und
einem Drehventil (28) zum Öffnen bzw. Schließen des Durchlasses (26) zwischen dem Auspuffkanal (18) und der Hilfskammer (20), welches in einer ersten Ventilstellung bei niedriger Drehgeschwin­ digkeit der Maschine den Durchlaß (26) zwischen Auspuffkanal (18) und Hilfskammer (20) freigibt und in einer zweiten Ventilstellung bei hoher Drehgeschwindigkeit den Durchlaß (26) sperrt,
dadurch gekennzeichnet,
daß ein Auspuff-Bypass-Kanal (192, 194) vorgesehen ist, der zum Zylinder (198) hin offen ist und mit dem Auspuffkanal (18) in Verbindung steht, wobei die Querschnittsfläche des Auspuff-Bypass-Kanals (192, 194) kleiner ist als die des Auspuffkanals (18),
daß der Durchlaß (26) und der Auspuff-Bypass-Kanal (192, 194) zusammentreffen und das Drehventil (28) in diesem Bereich derart angeordnet ist, daß es den Durchlaß (26) öffnen und den Auspuff-Bypass- Kanal (192, 194) schließen oder den Durchlaß (26) schließen und den Auspuff-Bypass-Kanal (192, 194) öffnen kann, und
daß das Drehventil (28) in der ersten Ventilstel­ lung bei niedriger Drehgeschwindigkeit der Maschi­ ne die Verbindung zwischen Auspuffkanal (18) und Auspuff-Bypass-Kanal (192, 194) sperrt, und daß es in der zweiten Ventilstellung bei hoher Drehge­ schwindigkeit die Verbindung zwischen dem Auspuff­ kanal (18) und dem Auspuff-Bypass-Kanal (192, 194) freigibt.
2. Auspuff-Steuer-Vorrichtung nach Anspruch 1, da­ durch gekennzeichnet, daß das Drehventil (28) dar­ überhinaus in einer dritten Ventilstellung bei mittlerer Drehgeschwindigkeit der Maschine sowohl den Durchlaß (26) zwischen Auspuffkanal (18) und Hilfskammer (20) als auch die Verbindung zwischen Auspuffkanal (18) und Auspuff-Bypass-Kanal (192, 194) sperrt.
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