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Technisches
Gebiet
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Die
vorliegende Erfindung betrifft einen mit Kurbelgehäusespülung arbeitenden
Motor mit innerer Verbrennung vom Typ des Zweitakters, in welchem
ein schlitzgesteuerter Luftkanal zwischen einem Lufteinlass und
dem oberen Teil einer Anzahl von Überströmkanälen angeordnet ist. Frischluft
wird an der Oberseite der Überströmkanäle zugeführt und soll
als ein Puffer gegenüber
dem weiter unten befindlichen Luft/Kraftstoff-Gemisch dienen. Dieser Puffer
verliert sich während
des Spülungsvorganges hauptsächlich in
den Abgasaustritt hinein. Dadurch werden der Kraftstoffverbrauch
und die Abgasemissionen verringert. Dieser Motor ist in erster Linie
für ein tragbares
Arbeitsgerät
vorgesehen.
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Hintergrund der Erfindung
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Verbrennungsmotoren
der oben erwähnten Art
sind bekannt. Sie verringern den Kraftstoffverbrauch und die Abgasemissionen,
aber es ist schwierig, bei einem derartigen Motor das Luft/Kraftstoff-Verhältnis zu
steuern. Das Patent
US 4.075.985 zeigt
ein Beispiel eines Zweitaktmotors, bei welchem Luftkanäle mit dem
oberen Teil der Überströmkanäle des Motors
in Verbindung stehen. Rückschlagventile sind
in der Verbindung zwischen den Kanälen angeordnet. In dem System
der Luftzuführung
zu den Überströmkanälen ist
ein Regelventil angeordnet. Dieses ist mit dem Drosselventil des
Vergasers des Motors mechanisch verbunden, so dass die zwei Ventile
aufeinander folgen.
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Das
Patent
US 5.425.346 stellt
einen Motor mit einer Konstruktion vor, die sich etwas von der oben
erwähnten
unterscheidet. In diesem Fall sind im Kolben des Motors Kanäle angeordnet,
welche bei speziellen Kolbenstellungen mit im Zylinder angeordneten
Kanälen
zueinander ausgerichtet werden. Wie in
7 dargestellt
ist, können
auf diese Weise Frischluft oder Abgase dem oberen Teil der Überströmkanäle zugeführt werden.
Dies erfolgt nur bei den speziellen Kolbenstellungen, bei welchen
die Kanäle
im Kolben und im Zylinder zueinander ausgerichtet sind. Dies erfolgt
sowohl dann, wenn sich der Kolben nach unten bewegt, als auch dann,
wenn sich der Kolben nach oben weit vom oberen Totpunktes entfernt
bewegt. Um im letzteren Fall eine unerwünschte Strömung in der falschen Richtung
zu vermeiden, sind Rückschlagventile
am Einlass zum oberen Teil der Überströmkanäle angeordnet.
In dieser Hinsicht entspricht dies folglich dem bereits erwähnten Patent.
Dieser Typ von Rückschlagventilen,
die üblicherweise
Reedventile genannt werden, weist jedoch eine Anzahl von Nachteilen
auf. Sie neigen häufig
dazu, in Resonanzschwingungen zu geraten, und sie können Schwierigkeiten
dahingehend aufweisen, den hohen Drehzahlen zu folgen, welche viele
Zweitaktmotoren erreichen können.
Außerdem
führt dies zu
zusätzlichen
Kosten und einer erhöhten
Anzahl an Motorbestandteilen. Sollte ein derartiges Ventil in kleine
Stücke
auseinanderbrechen, dann können diese
in den Motor gelangen und schwerwiegende Beschädigungen verursachen. Bei dieser
Lösung entsprechend
dem zuletzt genannten Patent wird die Menge an zugeführter Frischluft
mittels eines veränderlichen
Einlasses variiert, d. h. eines Einlasses, welcher während des
Arbeitstaktes nach vorn oder hinten verlagert werden kann. Dies
stellt jedoch eine sehr komplizierte Lösung dar.
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Die
internationale Patentanmeldung WO98/57053 zeigt einige unterschiedliche
Ausführungsformen
eines Motors, bei welchem Luft zu den Überströmkanälen über L-förmige
oder T-förmige Vertiefungen
im Kolben zugeführt
wird. Daher sind keine Rückschlagventile
vorhanden. Bei sämtlichen Ausführungsformen
weist die Kolbenvertiefung dort, wo sie auf den jeweiligen Überströmkanal trifft,
eine sehr begrenzte Höhe
auf, welche im Wesentlichen gleich der Höhe des tatsächlichen Überströmschlitzes ist. Eine Auswirkung
dieser Ausführungsform
besteht darin, dass der Kanal für
die Luftführung
durch den Kolben zum Überströmschlitz
signifikant später geöffnet wird,
als der Kanal für
das Luft/Kraftstoff-Gemisch zum Kurbelgehäuse durch den Kolben geöffnet wird.
Die Zeitdauer für
die Luftzuführung
ist folglich signifikant kürzer
als die Zeitdauer für
die Zuführung
des Luft/Kraftstoff-Gemisches, wobei diese Zeitdauer als Kurbelwinkel
oder -zeit gezählt
werden kann. Dies bedeutet, dass die Menge an Luft, welche zum Überströmschlitz
geführt
werden kann, signifikant eingeschränkt ist, da der Unterdruck,
welcher diese zusätzliche
Luft bewegt, beträchtlich
abgenommen hat, weil, wenn die Luftzuführung geöffnet wird, der Einlassschlitz
bereits während
eines bestimmten Zeitraumes offen gewesen ist. Dies beinhaltet,
dass sowohl die Zeitdauer als auch die treibende Kraft für die Luftzuführung gering
sind. Außerdem
wird die Drosselung der Strömung
in den L-förmigen
und T-förmigen Kanälen, wie
dargestellt ist, ziemlich stark, und zwar zum Teil deswegen, weil
der Querschnitt des Kanals dicht am Überströmschlitz klein ist, und zum
Teil wegen der starken Biegung, welche durch die L-Form und T-Form
hervorgerufen wird. Insgesamt trägt
dies zur Herabsetzung der Luftmenge bei, welche zu den Überströmkanälen geführt werden
kann, was die Möglichkeiten
zur Reduzierung des Kraftstoffverbrauches und der Abgasemissionen mit
Hilfe dieser Anordnung verringert.
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Ziel der Erfindung
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Das
Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, die weiter oben erwähnten Probleme
auf signifikante Weise zu mindern und Vorteile in vielerlei Hinsicht
zu erreichen.
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Darstellung
der Erfindung
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Das
oben erwähnte
Ziel wird mit einem erfindungsgemäßen Zweitakt-Verbrennungsmotor
erreicht, welcher die in den beigefügten Patentansprüchen aufgezeigten
kennzeichnenden Merkmale aufweist.
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Der
erfindungsgemäße Verbrennungsmotor zeichnet
sich somit im Wesentlichen dadurch aus, dass der Luftkanal ausgehend
von einem Lufteinlass angeordnet ist, welcher mit einem Regelventil
ausgestattet ist, das durch mindestens einen Motorparameter wie
z. B. die Drosselsteuerung des Vergasers gesteuert wird, wobei der
erwähnte
Lufteinlass über mindestens
einen Verbindungskanal mit mindestens einem Verbindungsschlitz in
der Zylinderwandung des Motors kanalförmig verbunden ist, welcher
dergestalt angeordnet ist, dass er in Verbindung mit Kolbenstellungen
am oberen Totpunkt, mit im Kolben angelegten Strömungswegen verbunden ist, welche sich
zum oberen Teil einer Anzahl von Überströmkanälen erstrecken, und die Strömungswege
im Kolben dergestalt angeordnet sind, dass die Vertiefung im Kolben,
welche auf den jeweiligen Schlitz des Überströmkanals trifft, dergestalt
angeordnet ist, dass der Luftzuführung
im Vergleich zum Einlass eine im Wesentlichen gleich lange oder
eine längere
Zeitdauer, welche als Kurbelwinkel oder -zeit gezählt wird,
gewährt
wird.
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Weil
mindestens ein Verbindungsschlitz in der Zylinderwandung des Motors
dergestalt angeordnet ist, dass er in Verbindung mit Kolbenstellungen am
oberen Totpunkt mit im Kolben angelegten Strömungswegen verbunden wird,
kann die Zuführung von
Frischluft zum oberen Teil der Überströmkanäle völlig ohne
Rückschlagventile
angelegt werden. Dies kann deswegen erfolgen, weil bei Kolbenstellungen am
oder in der Nähe
des oberen Totpunktes Unterdruck im Überströmkanal gegenüber der
Umgebungsluft herrscht. Daher kann ein schlitzgesteuerter Luftkanal
ohne Rückschlagventile
angelegt werden, was einen bedeutenden Vorteil darstellt. Weil für die Luftzuführung eine
sehr lange Zeitdauer zur Verfügung
steht, kann eine beträchtliche
Luftmenge bereitgestellt werden, so dass eine sehr hohe Wirkung
in der Verringerung der Abgasemissionen erreicht werden kann. Eine
Steuerung kommt in Form eines Regelventils im Lufteinlass zur Anwendung,
welches durch mindestens einen Motorparameter angesteuert wird.
Eine derartige Steuerung weist eine Konstruktion auf, die einen
signifikant niedrigeren Schwierigkeitsgrad hat als ein variabler
Einlass. Der Lufteinlass weist vorzugsweise zwei Verbindungsschlitze
auf, welche in einer Ausführungsform
dergestalt angebracht sind, dass der Kolben sie an seinem unteren
Totpunkt überdeckt.
Das Regelventil kann in geeigneter Weise durch die Motordrehzahl
gesteuert werden, entweder durch diese allein oder im Zusammenwirken
mit einem weiteren Motorparameter. Diese und weitere charakteristische
Merkmale und Vorteile werden in der detaillierten Beschreibung der
verschiedenen Ausführungsformen
verdeutlicht, wofür die
beigefügten
Figuren eine Hilfe darstellen.
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Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
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Nachfolgend
soll die Erfindung anhand verschiedener Ausführungsformen unter Bezugnahme auf
die beigefügten
Figuren mit ihren zeichnerischen Darstellungen ausführlicher
beschrieben werden. Für Teile,
welche am Motor symmetrisch angeordnet sind, hat das Teil auf der
einen Seite eine Bezeichnung in Ziffernform erhalten, während das
Teil auf der gegenüberliegenden
Seite die gleiche Bezeichnung erhalten hat, jedoch mit dem Symbol ' versehen.
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1 zeigt
eine Seitenansicht einer ersten Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung. Der Zylinder ist im Schnitt dargestellt, während der
Kolben aus Gründen
der Übersichtlichkeit
nicht im Schnitt gezeigt wird. Dieser ist an seinem oberen Totpunkt
dargestellt.
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2 zeigt
den Motor in einer Schnittdarstellung längs der Linie II-II entsprechend
der 1. Dies ist folglich ein von oben gesehener Schnitt
durch den Abgasaustritt des Motors, die Schlitze des Überströmkanals
und durch den vollständigen
Lufteinlass.
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3 zeigt
eine Schnittdarstellung, welche jener von 1 ähnlich ist,
aber bei einer sich davon unterscheidenden Ausführungsform. Der Kolben und die
Strömungswege
im Kolben und Zylinder weisen eine andere Konstruktion auf. Auch
ist der Kolben in einer Stellung unterhalb des oberen Totpunktes
dargestellt.
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4 zeigt
eine Ausführungsform,
die sich etwas von der in 3 gezeigten
unterscheidet. Der Strömungsweg
im Kolben ist mit Hilfe eines im Kolben angeordneten Kanals angelegt.
Der Kolben ist am oberen Totpunkt dargestellt.
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5 zeigt
einen Schnitt durch den Kolben und den Zylinder durch einen Verbindungsschlitz
für Luft
zum Überströmkanal.
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6 zeigt
in schematischer Form eine Steuervorrichtung für ein Regelventil. Aus Gründen der Übersichtlichkeit
ist sie weit unterhalb der tatsächlichen
Anordnungsstellen dargestellt.
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Beschreibung
der Ausführungsformen
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In 1 bezeichnet
die Bezugszahl 1 einen erfindungsgemäßen Motor mit innerer Verbrennung. Er
ist vom Typ des Zweitakters und weist Überströmkanäle 3, 3' auf. Letzterer
ist nicht sichtbar, da er sich oberhalb der Ebene des Zeichnungsblattes
befindet. Er ist jedoch in 2 dargestellt.
Der Motor besitzt einen Zylinder 15 und ein Kurbelgehäuse 16,
einen Kolben 13 mit einer Pleuelstange 17 und
einen Kurbelmechanismus 18. Außerdem besitzt er einen Abgasaustritt 19,
welcher einen Auslassschlitz 20 hat und welcher in einem
Abgas-Schalldämpfer 21 endet.
Weiterhin weist der Motor ein Einlassrohr 22 mit einem
Einlassschlitz 23 und ein mit dem Einlassrohr verbundenes
Zwischenstück 24 auf,
welches seinerseits mit einem Vergaser 25 mit einem Drosselventil 26 verbunden
ist. Der Vergaser ist mit einem Einlassschalldämpfer 27 mit einem
Filter 28 verbunden. Der Kolben 13 ist mit der
Pleuelstange 17 mittels eines Kolbenbolzens 30 verbunden.
Er besitzt eine planebene Oberseite ohne jegliche Vertiefungen oder
etwas Ähnlichem,
so dass er auf gleichmäßige Weise mit
den Zylinderschlitzen zusammenwirkt, wo auch immer diese auf dem
Umfang angeordnet sind. Die Bauhöhe
des Powerhead ist deshalb nahezu unverändert im Vergleich zu einem
herkömmlichen
Motor. Die Überströmkanäle 3 und 3' weisen die
Schlitze 31 und 31' in
der Zylinderwandung 12 des Motors auf. Der Motor besitzt
eine Brennkammer 32 mit einer Anbringungsstelle 33 für eine Zündkerze,
welche nicht dargestellt ist. All dies ist von herkömmlichen
Art und soll aus diesem Grund nicht weiter besprochen werden.
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Was
daran das Besondere darstellt, besteht darin, dass ein Lufteinlass 2,
welcher mit einem Regelventil 4 ausgestattet ist, dergestalt
angeordnet ist, dass Frischluft dem Zylinder zugeführt werden
kann. Der Lufteinlass 2 ist in zwei Zweige aufgeteilt,
nämlich
in die Verbindungskanäle 6 und 6'. Diese werden kanalförmig zum
Zylinder geführt,
welcher mit den Verbindungsschlitzen 7, 7' ausgestattet
ist. Diese Verbindungsschlitze sind als zylindrische Löcher ausgebildet,
jedes mit einem daran befestigten Verbindungsnippel 34, 34'. Mit Verbindungsschlitz
ist von nun an der Schlitz der Verbindung auf der Innenseite des
Zylinders gemeint, während
der Schlitz auf der Außenseite
des Zylinders als äußerer Verbindungsschlitz
bezeichnet wird. Dies ist klar und deutlich in 2 im
Zusammenhang mit 1 dargestellt. Der Lufteinlass 2 wird
in geeigneter Weise als Y-förmiges
Rohr ausgeführt,
während
zum Beispiel die Überströmkanäle in geeigneter
Weise aus Gummischläuchen
hergestellt sind. Der Lufteinlass 2 ist in geeigneter Weise
mit dem Ansaugschalldämpfer 27 verbunden,
so dass gereinigte Frischluft eingeleitet wird. Falls keine so hohen
Anforderungen gestellt werden, ist dies natürlich nicht notwendig.
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Die
Strömungswege 9, 9' sind in dem
Kolben dergestalt angeordnet, dass sie in Verbindung mit Kolbenstellungen
am oberen Totpunkt den jeweiligen Verbindungsschlitz 7, 7' mit dem oberen
Teil der Überströmkanäle 3, 3' verbinden.
Die Strömungswege 9, 9' werden mittels örtlicher
Vertiefungen im Kolben hergestellt. Wie in 2 dargestellt
ist, wird der Kolben mit diesen örtlichen
Vertiefungen auf einfache Art hergestellt, gewöhnlicherweise gegossen. Wie
in 1 veranschaulicht, besteht ein geringer Höhenunterschied
zwischen den vertikalen Stellungen des Verbindungsschlitzes 7 auf
der Innenseite und der Außenseite
des Zylinders. Dies ist natürlich
möglich, aber
nicht notwendig und auch ungeeignet, da der Abstand zwischen den
Verbindungskanälen 6 und 6' so groß ist, dass
keine Beeinflussung vom Einlassrohr 22 her erfolgt. Daher
können
sie gänzlich
an der Seite des Einlassrohres angebracht werden, falls dies durchführbar ist.
Der Niveauunterschied in 1 wird voll und ganz durch die
Tatsache erklärt, dass
es einfacher ist, den Überströmkanal 6 vollständig oberhalb
des Einlassrohres 22 sichtbar zu machen. Der Lufteinlass
besitzt in geeigneter Weise mindestens zwei Verbindungsschlitze 7, 7' in der Zylinderwandung 12 des
Motors. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass die Vertiefungen 9, 9' im Kolben hierdurch
seitwärts
kleiner gestaltet werden können. Andererseits
ist es in der Tat möglich,
lediglich einen Überströmkanal zu
haben. Dieser sollte dann entweder oberhalb oder unterhalb des Einlassrohres 22 oder
unterhalb des Abgasaustrittes 19 einmünden. Um die gewünschte vertikale
Stellung für
den entsprechenden Verbindungsschlitz 7 zu erreichen, müsste wahrscheinlich
ein schräger
Kanal durch die Zylinderwandung angelegt werden. Hierdurch wären lediglich
ein Verbindungskanal und nur ein äußerer Verbindungsschlitz erforderlich,
aber andererseits würde
dies eine Reihe von Nachteilen zur Folge haben. Die seitliche Anordnung
der zwei Verbindungsschlitze 7 7' in Beziehung zu den jeweiligen Überströmkanälen 3, 3' kann beträchtlich
variiert werden. Sie können
zum Beispiel näher
an den Überströmkanal herangeführt werden,
so dass der relative Abstand zwischen den Verbindungskanälen 6, 6' erhöht wird.
Auf diese An und Weise kann die Größe der Vertiefungen 9, 9' ein bisschen
verringert werden. Die Verbindungsschlitze 7, 7' können auch
auf der gegenüberliegenden
Seite der jeweiligen Überströmkanäle angebracht
werden, d. h. zwischen dem Überströmkanal und
dem Abgasaustritt 19. Es ist natürlich auch möglich, Verbindungsschlitze
auf beiden Seiten der jeweiligen Überströmkanäle unterzubringen Dies wird
schwieriger und hat insgesamt vier Verbindungskanäle zur Folge,
würde aber
nach sich ziehen, dass größere Luftmengen
zugeführt
werden können. Um
ein zufriedenstellenden Ergebnis unter dem Gesichtspunkt der Emissionen
und des Kraftstoffverbrauches zu erreichen, ist es wichtig, dass
die Frischluft mit einem Minimum an Turbulenzen bereit gestellt wird,
d. h. dass sie sich in einem minimalen Ausmaß mit dem Luft/Kraftstoff-Gemisch
in dem jeweiligen Überströmkanal mischt.
Wie bereits erwähnt
wurde, besteht der Zweck darin, dass die Frischluft als ein Puffer
wirken soll, welcher das Luft/Kraftstoff-Gemisch wegdrückt, so
dass folglich die Frischluft an Stelle des Luft/Kraftstoff-Gemisches
sich in den Auslassschlitz verliert. Die in den 1 und 2 dargestellte
Lösung
stellt jedoch in dieser Hinsicht einen Hybrid dar. Wenn sich der
Kolben 13 an seinem unteren Totpunkt befindet, ist der
gesamte Auslassschlitz 20 offen sowie die Schlitze 31, 31' der Überströmkanäle und die
Verbindungsschlitze 7, 7' für die Frischluft.
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Dies
bedeutet, dass Abgase hinein gedrückt werden können durch
die Verbindungsschlitze hindurch und weiter nach oben durch die
Verbindungskanäle 6, 6' hindurch und
möglicherweise
den Lufteinlass 2 erreichen. Dies wird in geeigneter Weise
so ausgeführt,
dass eine mäßige Menge
an Abgas der Frischluft zugefügt
wird. Falls zu viel Abgas nach oben strömt, kann die Funktionsweise
des Vergasers gestört
werden, und in extremen Fällen
kann es natürlich
zur Verschmutzung des Filters 28 kommen. Eine Beschränkung der
Menge an Abgas erfolgt dadurch, dass man die jeweiligen Verbindungsschlitze 7, 7' nach unten
bewegt. Ihre örtliche
Lage bestimmt die Zeitdauer, welche dem Abgas zur Verfügung steht,
um mit dem jeweiligen Verbindungsschlitz in Kontakt zu stehen. In
den 3 und 4 sind die Verbindungsschlitze 8, 8' so weit nach
unten bewegt worden, dass sie mit den Abgasen überhaupt nicht in Kontakt kommen,
wenn sich der Kolben an seinem unteren Totpunkt befindet. Stattdessen
dichtet der Kolben derart ab, so dass diese Verbindung nicht auftritt.
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Wenn
die Verbindungsschlitze 7, 7' abgesenkt werden, muss den Vertiefungen 9, 9' eine größere Höhe in der
axialen Richtung des Kolbens gegeben werden. Die Vertiefung ist
offensichtlich dafür vorgesehen,
eine Verbindung zwischen dem Verbindungsschlitz 7, 7' und dem jeweiligen
Schlitz 31, 31' der Überströmkanäle zu bilden.
Dies geht deutlich aus einem Vergleich mit der 3 hervor.
Mit der Ausführungsform
gemäß 1 wird
ein Strömungsweg
geschaffen, wenn der Verbindungsschlitz 7 und der Schlitz 31 des Überströmkanals
nahe am oberen Totpunkt beginnen, durch die Vertiefungen 9 des
Kolbens miteinander in Verbindung zu treten. Das Ausmaß der Verbindung
zwischen den beiden erreicht sein Maximum am oberen Totpunkt, wobei
es anschließend
abnimmt, während
sich der Kolben vom oberen Totpunkt in der entgegengesetzten Richtung weg
bewegt. In 1 wird der Schlitz 23 des
Einlasskanals früher
geöffnet,
als der Verbindungsschlitz 7 durch die Vertiefung 9 geöffnet wird.
Daher beginnt der Unterdruck im Kurbelgehäuse sich auszugleichen, noch
bevor der Strömungsweg
zwischen dem Lufteinlass 2 und dem Überströmkanal geöffnet wird. Dies hat zur Folge,
dass eine begrenzte Menge an Gasen vom Lufteinlass 2 hinunter
in den Überströmkanal 3 dringen
kann. Die entgegengesetzte Situation liegt in 3 vor.
Dort ist der Kolben an einer Stelle gezeichnet, die sich in einem
gewissen Abstand vom oberen Totpunkt befindet. Diese Kolbenstellung ist
dadurch gekennzeichnet, dass der Einlassschlitz 23 noch
nicht geöffnet
worden ist, aber gerade dabei ist, geöffnet zu werden. Im Gegensatz
dazu ist die Verbindung zwischen dem Lufteinlass 2 und
den Überströmkanälen 3, 3' bereits geöffnet worden
und hat sich während
einer kurzen Kolbenbewegung weiter geöffnet. Der Unterdruck im Kurbelwellengehäuse befindet
sich folglich während
dieser anfänglichen Zeitdauer
auf seinem Maximum, wobei er anschließend in dem Maße abzunehmen
beginnt, wie sich die Verbindung zwischen dem Einlassrohr 22 und
dem Kurbelwellengehäuse 16 aufbaut.
In diesem Fall kann folglich mehr Gas vom Lufteinlass 2 nach
unten in die Überströmkanäle befördert werden.
Es ist wünschenswert,
dass beide Überströmkanäle 3, 3' vollständig mit
einem derartigen Puffergas gefüllt
sind. Auf der anderen Seite ist es nicht wünschenswert, dass die Zuführung merklich
größer als
diese ist, da sie dann lediglich das Luft/Kraftstoff-Gemisch im Kurbelwellengehäuse verdünnt. Der
Luftzuführung
ist folglich eine längere
Zeitdauer eingeräumt
worden, die als Kurbelwinkel oder -zeit gezählt wird, als dem Einlass.
Bei den anderen dargestellten Ausführungsformen ist stattdessen
die Einlasszeitdauer länger. Es
ist häufig
wünschenswert,
dass die Einlasszeitdauer und die Zeitdauer für die Luftzuführung im
Wesentlichen gleich lang sind. In geeigneter Weise sollte die Luftzuführungsdauer
zwischen 90 % und 110 % der Einlasszeitdauer betragen. Dies soll
in 3 mittels dem oberen Rand der Vertiefung 10, 10' erreicht werden,
welcher auf den jeweiligen Schlitz 31, 31' der Überströmkanäle trifft,
wobei dieser so abgesenkt wird, dass er mit dem unteren Rand des Überströmschlitzes
ausgerichtet wird. Diese Zeitspannen sind offensichtlich beide durch
die Maximalzeitdauer begrenzt, während
derer der Kurbelgehäusedruck
niedrig genug ist, um eine maximale Strömung nach innen zu ermöglichen.
Beide Zeitspannen werden vorzugsweise maximiert und gleich lang
gestaltet. Die Lage des oberen Randes der Vertiefung 10, 10' bestimmt folglich,
wie frühzeitig
die Vertiefung mit den entsprechenden Schlitzen 31, 31' der Überströmkanäle verbunden
wird. Folglich hat in geeigneter Weise die Vertiefung 9, 9'; 10, 10'; 11, 11' im Kolben,
welche auf die entsprechenden Schlitze 31, 31' der Überströmkanäle trifft,
genau an der Stelle dieses Schlitzes eine axiale Höhe, welche
mehr als das 1,5-fache der Höhe
des jeweiligen Schlitzes der Überströmkanäle beträgt, vorzugsweise
mehr als das 2-fache der Schlitzhöhe des Überströmkanals. Die Voraussetzung
besteht darin, dass der Schlitz eine normale Höhe aufweist, so dass die obere
Seite des Kolbens, wenn dieser sich an seinem unteren Totpunkt befindet,
sich mit der Unterseite des Überströmkanals
ausgerichtet befindet oder sich ein paar Millimeter nach oben erstreckt.
In 3 weist die Vertiefung 10, 10' eine dreieckige
Gestalt auf, was beinhaltet, dass sich ihre Höhe am Überströmschlitz verändert, was
wiederum bedeutet, dass die weiter oben erwähnte Beziehung in diesem Fall
als Durchschnittswert angesehen werden sollte. Stattdessen kann
der Vertiefung 10, 10' natürlich auch eine rechteckförmige Gestalt
verliehen werden, so dass sich ihr unterer Rand mit dem unteren
Rand der beschriebenen Vertiefung 10, 10' ausgerichtet
befindet. Ihr linker Rand kann mit den entsprechenden Rand des Schlitzes 31, 31' ausgerichtet
werden. Die Drosselung der Strömung
könnte
somit etwas vermindert werden.
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Die
Vertiefung ist vorzugsweise in einer derartigen Art und Weise nach
unten hin geformt, dass die Verbindung zwischen der Vertiefung 10, 10' und dem Verbindungsschlitz 8, 8' maximiert wird,
da sie den Strömungswiderstand
vermindert. Dies bedeutet, dass, wenn sich der Kolben an seinem
oberen Totpunkt befindet, die Vertiefung 10, 10' vorzugsweise
so weit nach unten reicht, dass sie den Verbindungsschlitz 8, 8' überhaupt
nicht bedeckt. Falls in 3 der Kolben leicht abgesenkt
wird, so dass sich der obere Rand der Vertiefung 10, 10' mit dem unteren
Rand des Spülschlitzes 31, 31' ausgerichtet
befindet, ist es offensichtlich, dass die Vertiefung 10, 10' am Verbindungsschlitz 8, 8' über den
Schlitz mit einem breiten Bereich reicht. Dies hat zur Folge, dass sich
die Verbindung zwischen der Kolbenvertiefung 10, 10' und dem Verbindungsschlitz 8, 8' früher zu öffnen beginnt,
als die Verbindung zwischen der Kolbenvertiefung und dem Spülschlitz 31, 31' geöffnet wird,
und das Maximum erreicht, bevor diese Verbindung zwischen der Kolbenvertiefung
und dem Spülschlitz 31, 31' geöffnet wird.
Hierdurch wird die Empfindlichkeit gegenüber verschiedenen Herstellungstoleranzen
vermindert sowie der Strömungswiderstand
der Luft zu einem gewissen Grad reduziert. Insgesamt bedeutet dies,
dass die Vertiefung 9, 9', 10, 10', 11, 11' im Kolben,
welche auf jeden Verbindungsschlitz 7, 7' beziehungsweise 8, 8' trifft, genau
an dieser Stelle des Schlitzes eine axiale Höhe aufweist, welche größer ist
als das 1,5-fache des jeweiligen Verbindungsschlitzes, aber vorzugsweise
größer als das
2-fache der Höhe
des Verbindungsschlitzes. Daher ist/sind bei der Ausführungsform
gemäß 3 der/die
Verbindungsschlitz/e 8, 8' in der Zylinderwandung 12 des
Motors dergerstalt angeordnet, dass der Kolben 13 sie überdeckt,
wenn er sich an seinem unteren Totpunktes befindet. Folglich können Abgase nicht
in den Lufteinlass am unteren Totpunktes eindringen.
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Die
relative örtliche
Lage des Verbindungsschlitzes 7, 7', 8, 8' und des Schlitzes
des Überströmkanals 31, 31' oder des Spülschlitzes 31, 31' können in
einer axialen Richtung beträchtlich
verändert
werden, vorausgesetzt dass die Schlitze seitwärts verschoben werden, d. h.
in der tangentialen Richtung des Zylinders, wie dies in den 1, 3 und 4 dargestellt
ist. 1 veranschaulicht einen Fall, wo der Verbindungsschlitz
und der Spülschlitz 31, 31' auf dem gleichen
Niveau angeordnet sind, während
die 3 und 4 Lösungen zeigen, wo die Verbindungsschlitze
auf einem beträchtlich
niedrigeren Niveau als der Spülschlitz
angeordnet sind. Wie bereits erwähnt
worden ist, sind alle dazwischen liegenden örtlichen Anordnungen einleuchtend. Selbst
wenn der/die Verbindungsschlitz/e durch den Kolben an seinem unteren
Totpunktes überdeckt wird/werden,
kann es von Vorteil sein, wenn ein axiales Überlappen zwischen dem Verbindungsschlitz und
dem Spülschlitz
erfolgt, d. h. dass der obere Rand eines jeden Verbindungsschlitzes
in der axialen Richtung des Zylinders so hoch angeordnet ist wie
der untere Rand eines jeden Spülschlitzes
oder noch höher.
Ein Vorteil besteht darin, dass die zwei Schlitze in einer Anordnung
von dieser Art untereinander besser ausgerichtet sind, was den Strömungswiderstand
vermindert, wenn die Luft vom Verbindungsschlitz zum Spülschlitz
transportiert wird. Folglich kann mehr Luft transportiert werden,
was die positiven Auswirkungen dieser Anordnung erhöhen kann,
d. h. es werden der Kraftstoffverbrauch und die Abgasemissionen
reduziert. Bei vielen Zweitaktmotoren ist die Oberseite des Kolbens
niveaugleich mit dem unteren Rand des Abgasaustritts und dem unteren
Rand des Spülschlitzes,
wenn sich der Kolben an seinem unteren Totpunkt befindet. Es ist
jedoch durchaus üblich,
dass sich der Kolben einen oder ein paar Millimeter bis über den
unteren Rand des Spülschlitzes
erstreckt. Falls der untere Rand des Spülschlitzes weiter abgesenkt
wird, wird sogar ein größeres axiales Überlappen
zwischen dem Verbindungsschlitz und dem Spülschlitz geschaffen. Wenn Luft zum
Spülkanal
zugeführt
wird, so wird jetzt der Strömungswiderstand
verringert, was sowohl darauf zurückzuführen ist, dass die Öffnungen
untereinander mehr Niveaugleichheit haben, als auch darauf, dass der
Oberflächenbereich
des Spülschlitzes
größer ist.
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In
den Ausführungsformen
entsprechend den 1, 2 und 3 sind
die Strömungswege
im Kolben in der Gestalt von Vertiefungen im Umfang des Kolbens
ausgebildet. Es ist jedoch auch möglich, die Strömungswege
im Kolben in Form von mindestens einem Kanal 14, 14' zu gestalten.
Dies ist in 4 offensichtlich. Eine obere
und eine untere Vertiefung 11' sind über einen Kanal verbunden,
welcher im Innern des Kolbens verläuft. Dies wird komplizierter
als die Lösung
gemäß 3,
kann aber eine ruhigere Gas- oder Luftströmung vom Verbindungsschlitz 8' über den
oberen Teil des entsprechenden Überströmkanals 3' liefern. Falls
der oberen Vertiefung 11, 11', welche auf den Schlitz 31, 31' des jeweiligen Überströmkanale
trifft, eine größere Höhe gegeben
wird, indem ihr oberer Rand in axialer Richtung angehoben wird,
kann der Luftzuführung
dann eine Zeitdauer eingeräumt
werden, die so lang wie die des Einlasses ist oder länger. Falls
der Kanal, wie dargestellt ist, die volle Breite besitzt, dann kann
die Ausführungsform
als lediglich mit einem Kanal betrachtet werden, aber der Kanal
kann auch eine geringere Breite besitzen, und in diesem Fall würde er zweckmäßigerweise
als ein Kanal mit zwei Vertiefungen in der Oberfläche des Kolbens
zu betrachten sein. Sogar in der in den 1 und 2 dargestellten
Ausführungsform
kann die Verbindung in Form eines Kanals oder zum Beispiel in Form
einer Vertiefung und eines Kanals oder in Form von zwei Vertiefungen
und einem Kanal erfolgen. Es kann von besonderem Interesse sein,
Kombinationen mit einem Kanal zu verwenden, wenn nur ein einziger
Verbindungsschlitz 6 benutzt wird. Für alle angewendeten Varianten
der Ausführungsformen
gilt folglich, dass die Strömungswege
entweder – zumindest
teilweise – in
Form von mindestens einer Vertiefung auf dem Umfang des Kolbens
ausgeführt
sind, oder andererseits die Strömungswege
im Kolben – zumindest
teilweise – in
Form von mindestens einem Kanal im Innern des Kolbens ausgeführt sind.
Bei der Ausführungsform
entsprechend der 4 ist der Verbindungsschlitz 8, 8' niedriger als
der Austrittsschlitz 20 angeordnet. Dadurch dichtet der
Kolben an seinem unteren Totpunkt derart ab, dass die Abgase nicht durch
den Verbindungsschlitz eindringen können. Die 5 veranschaulicht
eine besonders interessante Positionierung des Verbindungsschlitzes 7, 7'. Er ist im
Wesentlichen innerhalb eines angrenzenden Überströmkanals 3, 3' angeordnet,
so dass der Verbindungsschlitz im Grunde unter dem Schlitz des Überströmkanals 31, 31' austritt. Da
der Verbindungsschlitz den Raum innerhalb des Überströmkanals benutzt, können die
Vertiefung 10, 10' und/oder der
Kanal 14, 14' besonders
eng in der seitwärtigen Richtung
ausgeführt
werden, was einen Vorteil darstellt.
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Was
den dargestellten Ausführungsformen gemeinsam
ist, besteht darin, dass der Strömungsweg
vom Lufteinlass 2 zum oberen Teil des Überströmkanals 3, 3' völlig ohne
ein Rückschlagventil
zur Ausführung
kommt. Wie bereits erwähnt
worden ist, stellt dies einen großen Vorteil dar, aber gleichzeitig ist
es natürlich
möglich,
in speziellen Ausführungsformen
ein Rückschlagventil
zu verwenden. Die Erfindung ist am Beispiel eines Motors mit zwei Überströmkanälen 3, 3' erläutert worden,
aber sie kann natürlich
auch eine abweichende Anzahl von Kanälen aufweisen, zum Beispiel
vier, was üblich
ist. Fünf Kanäle oder
sogar ein Kanal sind natürlich
auch denkbar. Normalerweise sollen sich die Strömungswege im Kolben in den
unterschiedlichen Ausführungsformen
zum oberen Teil sämtlicher
der Überströmkanäle erstrecken.
Es ist jedoch auch möglich, dass
sich die Strömungswege
lediglich zu den Überströmkanälen erstrecken,
welche am Nächsten
zum Auslassschlitz 19 angeordnet sind. Die in den Beispielen
der unterschiedlichen Ausführungsformen dargestellten
Strömungswege
sind in erster Linie für den
angegebenen Verwendungszweck vorgesehen. Die dargestellten vorteilhaften
Kanalanordnungen sind jedoch natürlich
auch für
artverwandte Zwecke anwendbar. Ein Beispiel dafür kann darin bestehen, dass
der Lufteinlass 2, die Überströmkanäle 6 und die
Strömungswege
im Kolben stattdessen für
die Zuführung
von abgekühlten
Abgasen zum oberen Teil der Überströmkanäle benutzt
werden. Ein weiteres Beispiel besteht darin, dass bestimmte Überströmkanäle mit einem
angereicherten Gemisch versorgt werden.
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In
Verbindung mit der Anwendung der weiter oben beschriebenen Konstruktion
besteht eine große Schwierigkeit
in der Steuerung des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses des Motors. Diese
wird in geeigneter Weise mittels des Regelventils 4 durchgeführt. Im
Leerlauf soll das Ventil vollständig
oder fast vollständig
geschlossen sein und erst danach bei höheren Motordrehzahlen geöffnet werden.
Der Übergang kann
plötzlich
durch ein Überschnappen
des Ventils oder durch ein allmähliches Öffnen erfolgen.
Die letztgenannte Funktionsweise kann dadurch erreicht werden, dass
man das Drosselventil 26 mit dem Regelventils 4 verbindet.
In diesem Fall wird das Regelventil 4 einzig und allein
durch die Stellung des Drosselventils gesteuert. Es wurde jedoch
herausgefunden, dass Veränderungen
der Belastung des Motors dahingehend tendieren, dass sie unakzeptable
Veränderungen
des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses
zur Folge haben. Dieses Problem kann dadurch vermieden werden, dass
man das Regelventil 4 durch die Drehzahl des Motors steuern
lässt,
so dass im Leerlauf das Ventil im Wesentlichen geschlossen bleibt
und sich danach, bei einer oberhalb des Leerlaufes liegenden spezifizierten
niedrigen Drehzahl des Motors geöffnet
wird. In 6 ist eine Lösung dieses Typs schematisch
dargestellt. Die Figur veranschaulicht auch, dass das Regelventil
auch durch mindestens einen zusätzlichen
Motorparameter neben der Drehzahl des Motors gesteuert wird, und
zwar in diesem Fall durch die Stellung des Drosselventils. Der zusätzliche
Parameter kann jedoch auch der Unterdruck im Einlassrohr des Motors
sein. Ein von der Drehzahl des Motors abhängiger Drehmoment- oder Kraftwandler 46 kann
in einer ganzen Anzahl von unterschiedlichen Arten angeordnet werden,
ist aber hier nur relativ schematisch dargestellt. Dies wird ausführlicher
in der schwedischen Patentanmeldung Nr. 9900139-8 beschrieben, welche
zur gleichen Zeit eingereicht wird. Der von der Drehzahl des Motors abhängige Wandler 46 besteht,
zusammen mit der Kurbelwelle, aus einer rotierenden Scheibe oder Teller 35 aus
Aluminium oder etwas Ähnlichem,
zum Beispiel das Schwungrad. Ein oder zwei Segmente 36, 37,
welche mit Permanentmagneten ausgestattet sind, können in
Rotationsrichtung gemäß Pfeil 38 bzw. 39 gegen
eine Federkraft gedreht werden. Die beiden Segmente können sich
getrennt bewegen oder so verbunden werden, dass sie sich gemeinsam im
Wesentlichen um das Rotationszentrum der Scheibe oder des Tellers 35 herum
drehen. Ein Seil 40 ist mit einem Ende am Segment 36 angebracht und
wirkt mit seinem anderen Ende auf das Regelventil 4. Eine
Umlenkrolle 41 mit einem veränderlichen Abrollradius ist
auf die Welle 47 des Regelventils 4 montiert.
Das System erlaubt wesentliche Veränderungsmöglichkeiten für das Öffnen, Schließen und
die Drosselfunktion des Ventils. Natürlich kann das Seil auch direkt
auf einen einfachen Hebel an Stelle der Umlenkrolle 41 wirken,
falls diese großen Variationsmöglichkeiten
nicht gewünscht
werden. Das Regelventil 4 wird im Leerlauf in geeigneter
Weise geschlossen oder fast geschlossen und beginnt sich bei einer
spezifischen Motordrehzahl zu öffnen, welche über der
Leerlaufdrehzahl liegt. In geeigneter Weise erfolgt das Öffnen allmählich. Das
Ventil kann sich möglicherweise
auch derart überdrehen,
dass es bei Überdrehzahlen
mit der Drosselung beginnt, d. h. dass es sich weiter dreht als
bis zu dem Punkt, an welchem es den geringstmöglichen Strömungswiderstand im Lufteinlass 2 liefert.
Das Regelventil 4 könnte
hierdurch auch als ein Schutz gegen eine Überdrehzahl durch die Anreicherung
des Luft/Kraftstoff-Gemisches
wirken. Diese von der Drehzahl des Motors abhängige Steuerung kann auch mit
einer Steuerung kombiniert werden, welche von der Stellung des Drosselventils
abhängig
ist. In diesem Fall wird das Seil 42 entweder an einer
Umlenkrolle 43 oder einem Hebel angebracht, welcher an
der Welle des Regelventils 4 angebracht ist. Das andere
Ende des Seils ist über
eine Spannfeder 44 am Drosselgestänge 45 angebracht.
Daher wird mit Hilfe des Seils 40 das Regelventil 4 durch
eine von der Drehzahl des Motors abhängige Rotationskraft beeinflusst
und über
das Seil 42 durch eine von der Stellung des Drosselventils
abhängige
mitwirkende Rotationskraft. Mit anderen Worten t, das Regelventil 4 befindet
sich in einem Drehmomentgleichgewicht zwischen den erwähnten Rotationsdrehmomenten
und dem Drehmoment von einer Rückhaltefeder,
d. h. einem System des Kraftgleichgewichtes. Andererseits könnte man
ein lagedefiniertes System betrachten, bei welchem eine drehzahlgesteuerte
elektrische Steuervorrichtung das Regelventil 4 allein
bewegt oder im Zusammenwirken mit einem Gestänge, welches mit der Stellung
des Drosselventils gekoppelt ist. Falls eine elektrische Steuervorrichtung
verwendet wird, wird sie natürlich
mit Energie von dem Motor selbst versorgt werden müssen, während der
dargestellte drehzahlabhängige
Wandler 46 autonom ist und in dieser Hinsicht einfacher
ist. Falls eine elektrische Steuervorrichtung zum Einsatz kommt,
ist es einfach, geeignete unterschiedliche Motorparameter zu erfassen,
sogar den Unterdruck im Einlassrohr, und diese einem Mikrocomputer
zuzuleiten, von welchem Signale für eine geeignete Bewegungssteuerung
des Regelventils 4 abgegeben werden.
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Das
Regelventil 4 kann auch durch den Unterdruck gesteuert
werden, welcher im Einlassrohr des Motors herrscht, so dass das
Ventil im Leerlauf im Wesentlichen geschlossen ist, um bei einem
Unterdruck geöffnet
zu werden, welcher niedriger als ein spezifizierter Unterdruck ist.
Der Unterdruck im Einlassrohr des Motors kann auf einen kleinen
Zylinder wirken, welcher durch sich selbst oder über ein zwischengeschaltetes
Element das Regelventil 4 beeinflusst. In entsprechender
Weise wie in dem weiter oben gegebenen Beispiel, welches sich auf
die Drehzahl des Motors und die Stellung des Drosselventils bezieht,
kann die Steuerung des Unterdruckes zusammen mit einem zusätzlichen
Motorparameter wie beispielsweise der Stellung des Drosselventils
und der Drehzahl des Motors gewichtet werden.
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Die
verschiedenen Methoden zur Steuerung des Regelventils 4,
welche weiter oben beschrieben worden sind, wirken mit der Kolbensteuerung
des Strömungsweges
vom Lufteinlass zum jeweiligen Überströmkanal zusammen,
um die genaue Menge an Luft oder Gas bei unterschiedlichen Drehzahlen und
Belastungen des Motors zur Verfügung
zu stellen. Jedoch dürften
mit Hilfe einer etwas abweichenden Einstellung der Steuerung des
Regelventils die verschiedenen beschriebenen Steuerungsmethoden auch
in der Lage sein, mit den Strömungswegen, welche
durch Rückschlagventile
gesteuert werden, zusammenzuwirken.