DE4219955A1 - Zweitaktbrennkraftmaschine für Motorkettensägen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Zweitaktbrennkraftmaschine, ins­ besondere für tragbare, handgeführte Arbeitsgeräte wie Mo­ torkettensäge oder dgl. nach dem Oberbegriff des Anspru­ ches 1.

Eine derartige Zweitaktbrennkraftmaschine ist aus der GB 723 972 bekannt. Die Richtung des Einspritzstrahls ist gegen die eintretende Verbrennungsluft gerichtet, um eine gute Gemischaufbereitung zu erzielen. Die Überströmkanäle liegen dem Auslaß eng benachbart, so daß die Gemischaufbe­ reitung in einer Zone benachbart zum Auslaß erfolgt, wodurch in Kauf genommen werden muß, daß ein beträchtlicher Teil des aufbereiteten Gemisches beim Spülen unverbrannt in den Aus­ laß gelangt und damit verloren geht. Hierdurch ist auch die Abgasqualität beeinträchtigt, so daß eine hohe Schadstoffbe­ lastung der Umwelt gegeben ist. Insbesondere bei hohen Dreh­ zahlen wurde eine unzureichende Füllung des Brennraums fest­ gestellt, wodurch Leistungsverluste auftreten.

Aus der EP 0 302 045 B1 ist bekannt, zur Erzielung einer ausreichenden Gemischaufbereitung insbesondere bei hohen Drehzahlen den Kraftstoff bereits vor Öffnen des Überström­ kanals in diesen einzuspritzen, damit er vorverdampfen kann. Zwar wird so eine gute Gemischaufbereitung gewährleistet, jedoch geht ein Teil des Gemisches durch Spülverluste verlo­ ren. Daher sind den Luft/Kraftstoff-Gemisch zuführenden Überströmkanälen zusätzliche Überströmkanäle vorgelagert, die ausschließlich Verbrennungsluft zuführen. Der technische Aufwand für eine derartige Zweitaktbrennkraftmaschine ist jedoch sehr hoch.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine gattungsge­ mäße Zweitaktbrennkraftmaschine derart weiterzubilden, daß bei geringem technischen Aufwand und minimierten Spülver­ lusten, insbesondere auch bei hohen Drehzahlen, ein optimal aufbereitetes Kraftstoff/Luft-Gemisch im Brennraum zur Ver­ fügung gestellt ist.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß nach den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruches 1 gelöst.

Der Einspritzstrahl der Einspritzdüse ist zumindest überwie­ gend auf die der Auslaßöffnung abgewandte Hälfte des Kolben­ bodens gerichtet, wobei die Kraftstoffeinspritzung nach Öff­ nung der Überströmkanäle während der Spülphase erfolgt. Durch die während der Spülung des Zylinders vorhandene star­ ke Luftbewegung kommt es zu einer sehr guten Gemischbildung, wobei aufgrund der erfindungsgemäßen Anordnung der Ein­ spritzdüse nur geringe Kraftstoffverluste zu beobachten sind. Aufgrund der stark ausgeprägten Strömungsrichtung der einströmenden Verbrennungsluft, die dem Kraftstoffstrahl entgegengerichtet ist, wird eine Art Barriere gegen ein Ab­ strömen des unverbrannten Gemisches durch den gleichzeitig offenen Auslaß geschaffen. Da darüberhinaus eine gute Küh­ lung des Kolbenbodens und des gesamten Brennraums durch den eingespritzten Kraftstoff erzielt ist, da er diesem auch die für die Verdampfung notwendige Verdampfungswärme entzieht, ist eine Leistungssteigerung der Brennkraftmaschine bei gleichbleibenden Abmessungen möglich. Um auch bei hohen Drehzahlen bis über 12 000 U/min das Einspritzen der notwen­ digen Kraftstoffmenge zu gewährleisten, ohne daß sich Kraftstoff an den Brennraumwänden niederschlägt und als Wandfilm wieder abdampfen muß, ist vorgesehen, den Beginn der Einspritzung gegenüber dem Beginn des Spülvorgangs deutlich verzögert vorzusehen und die Dauer der Einspritzung über die Öffnungsdauer der Überströmkanäle hinaus auszudeh­ nen. Hierzu ist die Lage der Einspritzöffnung höher als die Überströmöffnung und/oder die Auslaßöffnung vorgesehen. Eine Einspritzung von Kraftstoff ist daher so lange möglich, bis die Einspritzöffnung in der Zylinderwand vom Kolben ver­ schlossen wird. Die Lage des Einspritzventils ist dabei so gewählt, daß weder meßbare Kompressionsverluste durch Blow-by an den Kolbenringen noch eine Verkokung des Ein­ spritzventils aufgrund sehr heißer Verbrennungsgase auf­ tritt; insbesondere treten auch bei Höchstdrehzahlen keine Leistungsverluste oder ein erhöhter Kraftstoffverbrauch durch mangelnde Gemischbildung oder erhöhte Spülverluste auf.

Bevorzugt liegt die Überströmöffnung mit dem größeren Teil ihrer Öffnungsfläche in dem dem Einspritzventil benachbarten Viertelzylinder der Zylinderwand, so daß die eingespritzte Kraftstoffmenge unmittelbar von der in den Brennraum eintre­ tenden Verbrennungsluft im wesentlichen vollständig aufge­ nommen wird. Bevorzugt sind auf beiden Seiten des Einspritz­ ventils Überströmöffnungen vorgesehen, wobei die Hauptströ­ mungsrichtungen der aus den Überströmöffnungen in den Brenn­ raum eintretenden Verbrennungsluft sich in einem Punkt schneiden, der in der Hälfte des Kolbenbodens liegt, in der der Einspritzstrahl im wesentlichen auftrifft. Es hat sich gezeigt, daß bei einer derartigen Anordnung die Spülverluste minimiert sind.

Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den weiteren Ansprüchen, der Beschreibung und der Zeichnung, in der nach­ folgend ein im einzelnen beschriebenes Ausführungsbeispiel der Erfindung schematisch dargestellt ist. Es zeigen:

Fig. 1 einen schematischen Axialschnitt durch den Zy­ linder einer Zweitaktbrennkraftmaschine,

Fig. 2 eine Draufsicht auf einen Schnitt durch den Zylinder nach Fig. 1.

In Fig. 1 ist schematisch ein Zylinder 1 einer Zweitakt­ brennkraftmaschine gezeigt, in dem ein Kolben 2 zwischen einem unteren Totpunkt und einem oberen Totpunkt hin und her gehend angeordnet ist. Der Kolben 2 begrenzt mit seinem Kol­ benboden 3 einen Brennraum 4, in den über ein Einspritzven­ til 5 Kraftstoff eingespritzt wird. In der Wandung des Zy­ linders 1 ist eine Auslaßöffnung 10 vorgesehen, an die ein Auslaßkanal 11 anschließt, um Verbrennungsgase aus dem Brennraum 4 abzuführen. Das Einspritzventil 5 liegt der Auslaßöffnung 10 diametral in der Zylinderwand 6 gegenüber, wobei die Strahlachse 7 des Kraftstoffstrahls 8 mit der Fig. 1 unterhalb der den Brennraum 4 begrenzenden Seite 33 des Kolbenbodens 3. Die Ausrichtung des Einspritzventils 5 ist vorteilhaft derart, daß die im Mittelpunkt der Auslaß­ öffnung 10 errichtete Lotrechte 18 (Fig. 2) mit der Strahl­ achse 7 des Einspritzstrahls 8 eine gemeinsame Ebene 19 bildet.

Im gezeigten Ausführungsbeispiel liegt auf jeder Seite der Ebene 19 vorzugsweise symmetrisch zu dieser eine in der Zylinderwand 6 ausgebildete Überströmöffnung 20, wobei die Überströmöffnung mit dem größeren Teil ihrer Öffnungsfläche in dem dem Einspritzventil 5 benachbarten Viertelzylinder 16, 17 der Zylinderwand 6 liegt (Fig. 2). Jede Überströmöff­ nung 20 ist über einen Überströmkanal 21 in nicht näher dar­ gestellter Weise mit dem Kurbelgehäuse 12 verbunden, welches über eine Einlaßöffnung 30 mit einem Verbrennungsluft zufüh­ renden Einlaßkanal 31 verbunden ist. Bei einer Aufwärtsbewe­ gung des Kolbens 2 in Richtung auf den oberen Totpunkt wird die Einlaßöffnung 30 geöffnet, so daß über den Einlaßkanal 31 Verbrennungsluft in das Kurbelgehäuse strömt. Bei der Ab­ wärtsbewegung des Kolbens zum unteren Totpunkt wird zunächst die Einlaßöffnung 30 vom Kolbenhemd verschlossen. Bei der weiteren Abwärtsbewegung des Kolbens wird die Luft im Kur­ belgehäuse 12 komprimiert. Bei dieser Abwärtsbewegung wird zunächst die Einspritzöffnung 40 geöffnet, über die nach Öffnung der Überströmöffnungen 20 Kraftstoff eingespritzt wird. Als nächstes wird vom Kolben 2 die obere Steuerkante 10a der Auslaßöffnung 10 überfahren, so daß die im Brennraum 4 unter Druck stehenden, heißen Verbrennungsgase des durch Zündung einer im Zylinderkopf 9 angeordneten Zündkerze (nicht dargestellt) verbrannten Gemisches über den Auslaß­ kanal 11 entweichen können. Nachdem die Auslaßöffnung 10 zum Teil geöffnet ist, wird die obere Steuerkante 20a der Über­ strömöffnung überfahren, so daß beim weiteren Abwärtshub die Überströmöffnung 20 vollständig geöffnet wird. Die im Kur­ belgehäuse 12 aufgrund der Abwärtsbewegung des Kolbens 2 im Kurbelgehäuse 12 weiter verdichtete Verbrennungsluft strömt über die Überströmkanäle 21 und die Überströmöffnung 20 in den Brennraum 4 ein. Zeitlich nach Öffnung der Überströmka­ näle und einer Spülung des Brennraums 4 durch die eintre­ tende frische Verbrennungsluft wird im dem unteren Totpunkt nahen Bereich, mindestens 40° Kurbelwellenwinkel vor UT, über das Einspritzventil 5 Kraftstoff direkt in den Strom der eintretenden Verbrennungsluft gespritzt, wobei der Kraftstoffstrahl 8 zumindest überwiegend auf die der Auslaß­ öffnung 10 abgewandte Hälfte 3a des Kolbenbodens 3 gerichtet ist. Die Richtung 14 des Einspritzstrahls 8 ist dabei weit­ gehend der Strömungsrichtung 13 der Verbrennungsluft entge­ gengerichtet, so daß aufgrund der aufeinandertreffenden Strömungskomponenten eine innige Vermischung zwischen den Kraftstofftröpfchen und der eintretenden Luft und damit eine gute Aufbereitung des Kraftstoff/Luft-Gemisches gewährlei­ stet ist. Neben der während der Spülung des Zylinders er­ zielten sehr guten Gemischbildung aufgrund der Luftbewegung kommt es auch zu überraschend geringen Kraftstoffverlusten, da zumindest überwiegend in Richtung auf die der Auslaß­ öffnung abgewandte Hälfte 3a des Kolbenbodens eingespritzt wird. Die einströmende Verbrennungsluft bildet eine Art Barriere gegen einen direkten bzw. unmittelbaren Austritt des Kraftstoffs aus der Auslaßöffnung 10. Die gute Ge­ mischbildung bei geringen Spülverlusten ist auch dadurch be­ günstigt, daß die Hauptströmungsrichtung 13 der aus den Überströmöffnungen 20 eintretenden Verbrennungsluft die Ebe­ ne 19 unter einem Winkel 49 von weniger als 90° schneidet, wobei die Hauptströmungsrichtungen 13 der symmetrisch zur Ebene 19 liegenden Überströmöffnungen 20 sich vorteilhaft in einem in der Ebene 19 liegenden Punkt 25 schneiden. Dieser Schnittpunkt 25 liegt in der Hälfte 3a des Kolbenbodens 3, die der Auslaßöffnung 10 abgewandt liegt und in der der Einspritzstrahl 8 im wesentlichen auftrifft. Im gezeigten Ausführungsbeispiel liegt der Schnittpunkt 25 etwa mittig zwischen der Zylinderwand 6 und der Kolbenlängsachse 22.

Die in der Zylinderlaufbahn der Zylinderwand 6 vorgesehene Einspritzöffnung 40 liegt höher als die obere Steuerkante 10a der Auslaßöffnung 10, die ihrerseits höher als die obere Steuerkante 20a der Überströmöffnung 20 liegt. Im gezeigten Ausführungsbeispiel ist die obere Steuerkante 40a der Ein­ spritzöffnung 40 in Richtung der Kolbenlängsachse 22 um den Betrag b höher liegend angeordnet. Die untere Steuerkante 40b der Einspritzöffnung 40 liegt im Ausführungsbeispiel etwa auf Höhe der oberen Steuerkante 20a der Überströmöff­ nung 20.

Durch die gewählte Lage der Einspritzöffnung 40 wird gewähr­ leistet, daß auch nach Schließen der Überströmöffnungen 20 und nach Schließen der Auslaßöffnung 10 noch ein Einspritzen von Kraftstoff möglich ist, so daß auch bei höchsten Dreh­ zahlen und hoher Last die zur störungsfreien Funktion der Zweitaktbrennkraftmaschine benötigte Kraftstoffmenge mit Si­ cherheit vollständig in den Brennraum 4 eingespritzt werden kann.

Da das Einspritzventil - bezogen auf den Kolbenhub - näher an OT angeordnet ist, muß mit einer höheren thermischen Be­ lastung gerechnet werden. Um ein Verkoken der Austrittsöff­ nung 50 des Einspritzventils 5 zu vermeiden, ist vorgesehen, die Austrittsöffnung 50 um einen Abstand a von der Ein­ spritzöffnung 40 zurückgesetzt anzuordnen. Die Einspritzöff­ nung 40 in der Zylinderwand 6 ist in ihren Abmessungen so groß ausgebildet, daß der Einspritzstrahl ohne Benetzung der Wandungen der Eintrittsöffnung 40 in den Brennraum 4 austre­ ten kann.

Zur weiteren Kühlung des Einspritzventils 5 ist insbesondere vorgesehen, den Einlaßkanal 31 unterhalb des Einspritzven­ tils 5 anzuordnen, so daß die Einspritzöffnung in Hubrich­ tung des Kolbens 2 oberhalb der Einlaßöffnung 30 liegt.

Claims (11)

1. Zweitaktbrennkraftmaschine, insbesondere für tragbare, handgeführte Arbeitsgeräte wie Motorkettensäge oder dgl., mit einem in einem Zylinder (1) geführten Kolben (2), dessen im wesentlichen flacher, rotationssymmetri­ scher Boden (3) einen Brennraum (4) begrenzt, mit einer in der Zylinderwand (6) vorgesehenen Auslaßöffnung (10) sowie einem daran anschließenden Auslaßkanal (11) zur Abführung heißer Verbrennungsgase und mit einem der Aus­ laßöffnung (10) gegenüberliegenden, in der Zylinderwand (6) angeordneten Einspritzventil (5), dessen Einspritz­ strahl (8) auf die den Brennraum (4) begrenzende Seite (33) des Kolbenbodens (3) gerichtet ist, wobei die Strahlachse (7) mit der Kolbenlängsachse (22) einen Win­ kel (48) von weniger als 90° bildet und in der Zylinder­ wand (6) in Umfangsrichtung zwischen dem Einspritzventil (5) und der Auslaßöffnung (10) eine Überströmöffnung (20) liegt, die über einen Überströmkanal (21) mit dem Kurbelgehäuse (12) verbunden ist, in das bei Aufwärtsbe­ wegung des Kolbens (2) zum oberen Totpunkt über einen Einlaßkanal (31) Verbrennungsluft zuströmt, welche bei Abwärtsbewegung des Kolbens (2) durch den Überströmkanal (22) und die Überströmöffnung (20) in den Brennraum (4) derart eintritt, daß die Strömungsrichtung (13) der Verbrennungsluft der Richtung (14) des Einspritzstrahls (8) etwa entgegengerichtet liegt und die Einspritzöff­ nung (40) in der Zylinderwand (6) um einen Betrag (b) oberhalb der Höhe der Überströmöffnung (20) und/oder der Auslaßöffnung (10) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Einspritzstrahl (8) zu­ mindest überwiegend auf die der Auslaßöffnung (10) abge­ wandte Hälfte (3a) des Kolbenbodens (3) gerichtet ist und die Einspritzöffnung (40) von dem gegen den oberen Totpunkt fahrenden Kolben (2) als letzte verschlossen ist, wobei die Einspritzdauer über das Schließen der Überströmöffnung (20) und/oder des Auslasses (10) hinaus fortgesetzt ist.

2. Zweitaktbrennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im unteren Totpunkt des Kol­ bens (2) der Schnittpunkt (15) zwischen der Kolbenlängs­ achse (22) und der Strahlachse (7) des Einspritzstrahls (8) geringfügig unterhalb der den Brennraum (4) begren­ zenden Kolbenbodenseite (33) liegt.

3. Zweitaktbrennkraftmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Überströmöffnung (20) mit dem größeren Teil ihrer Öffnungsfläche in dem dem Einspritzventil (5) benachbarten Viertelzylinder (16, 17) der Zylinderwand (6) liegt.

4. Zweitaktbrennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die im Mittelpunkt der Aus­ laßöffnung (10) errichtete Lotrechte (18) mit der Strahlachse (7) des Einspritzstrahls (8) eine gemeinsame Ebene (19) bildet.

5. Zweitaktbrennkraftmaschine nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß auf jeder Seite symmetrisch zur Ebene (19) mindestens eine Überströmöffnung (20) angeordnet ist.

6. Zweitaktbrennkraftmaschine nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Hauptströmungsrichtung (13) der aus den Überströmöffnungen (20) austretenden Verbrennungsluft die Ebene (19) unter einem Winkel (49) von weniger als 90° schneidet.

7. Zweitaktbrennkraftmaschine nach den Ansprüchen 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Hauptströmungsrichtungen (13) der aus den Überströmöffnungen (20) austretenden Verbrennungsluft sich in einem in der Ebene (19) liegen­ den Punkt (25) schneiden.

8. Zweitaktbrennkraftmaschine nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Schnittpunkt (25) in der Hälfte (3a) des Kolbenbodens (3) liegt, in der der Ein­ spritzstrahl (8) im wesentlichen auftrifft.

9. Zweitaktmotor nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Schnittpunkt etwa mittig zwischen der Zylinderwand (6) und der Kolbenlängsachse (22) liegt.

10. Zweitaktmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Einspritzventil (5) oberhalb des Einlaßkanals (31) angeordnet ist.

11. Zweitaktmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Austrittsöffnung (50) des Einspritzventils (5) gegenüber einer in der Zylin­ derwand (6) vorgesehenen Einspritzöffnung (40) um einen Betrag (a) zurückversetzt liegt.