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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Schutzschicht, die auf die Oberfläche eines
Drehventils für
die Mischgaseinspritzsteuerung aufgetragen ist, um das Öffnen und
Schließen
eines Verbindungskanals zu steuern, der zwischen einer Brennkammer und
einer Kammer angeschlossen ist, in einem Hilfsgassystem-Kraftstoffeinspritzmechanismus
in Anwendung auf eine Zweitakt-Brennkraftmaschine. Der Hilfsgassystem-Kraftstoffeinspritzmechanismus
ist ein Mechanismus, in dem hoch verdichtetes Gas in einer Kammer
zurückgehalten
wird, die benachbart einer Brennkammer vorgesehen ist, und unter
Verwendung des hoch verdichteten Gases als Hilfsgas Kraftstoff eingespritzt
wird, um ein Mischgas zu bilden und um das Mischgas hinauszudrücken. Als
ein solcher Mechanismus ist zum Beispiel jener bekannt, der in der
japanischen Patentoffenlegungsschrift Nr. Hei 10-325323 offenbart
ist.
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Bei
einem Mischgaseinspritzsteuerungsdrehventil in einem Hilfsgassystem-Kraftstoffeinspritzmechanismus
in Anwendung auf eine Zweitakt-Brennkraftmaschine ist bislang ein
Spalt eingestellt worden, indem der Sicherstellung der Gasdichtheit
auch unter strengsten Bedingungen Priorität gegeben wurde, unter Berücksichtigung
des Temperaturanstiegs durch Wärmeaufnahme
während
des Betriebs, dynamischer Belastung und Genauigkeit bei der Herstellung.
Daher ist der Spalt ziemlich groß, wobei die Gasdichtheit unter
anderen Betriebsbedingungen absinkt und es erforderlich ist, die
Menge des Kraftstoffeinspritzhilfsgases zu vergrößern, so dass das System größer bemessen
werden muss.
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Abgesehen
davon, muss bei der Herstellung des Drehventils die Form unter Berücksichtigung
der thermischen Belastung und dynamischen Belastung beim Betrieb
bestimmt werden, so dass es nicht leicht war, das Drehventil herzustellen.
Wo ferner, aufgrund der Produktionsstreuung, die aus Produktions fehlern
herrührt,
ein nicht richtiger Spalt erzeugt wird, besteht die Möglichkeit
des Festfressens und Hängenbleibens
aufgrund des Kontakts zwischen dem Gehäuse und dem Ventilkörper, so
dass es notwendig geworden ist, die Produktionsgenauigkeit zu verbessern,
was zu Schwierigkeiten bei der Produktion und zu höheren Kosten
führt.
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Die
US-A-5983851 offenbart einen Hilfsgas-Kraftstoffeinspritzmechanismus
gemäß dem Oberbegriff
von Anspruch 1. Dort hat der Ventilkörper keine Schutzschicht. Die
DE 3241723 A zeigt
ein trocken schmierendes Material zwischen einem Gaswechseldrehventilkörper und
einem Gehäuse
in einer Viertakt-Brennkraftmaschine.
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Die
Probleme, die in einem Hilfsgas-Kraftstoffeinspritzmechanismus für eine Zweitakt-Brennkraftmaschine
durch die vorliegende Erfindung zu lösen sind, sind wie folgt.
- 1) Um so weit wie möglich den Spalt zwischen dem
Ventilkörper
und dem Gehäuse
eines Drehventils zu reduzieren, um eine Leckage von Einspritzhilfsgas
zu reduzieren und um zu einer Größenverminderung
des Hilfsgas-Kraftstoffeinspritzmechanismus
beizutragen.
- 2) Um eine hochgenaue Bearbeitung zum Einsetzen des Ventilkörpers des
Drehventils in das Gehäuse
unnötig
zu machen, um sicherzustellen, dass ein minimal notwendiger, winziger
Spalt während
des Testlaufs spontan gebildet werden kann, und um ein kostengünstiges
Bereitstellen der Teile zu ermöglichen.
- 3) Um sicherzustellen, dass eine hohe Haltbarkeit auch dann
erhalten werden kann, wenn Fremdmaterial in einen Gleitabschnitt
gelangt ist.
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Zur
Lösung
zumindest eines der obigen Probleme sieht die vorliegende Erfin dung
einen Hilfsgas-Kraftstoffeinspritzmechanismus für eine Zweitakt-Brennkraftmaschine
gemäß Anspruch
1 vor.
- 1) Eine Schutzschicht ist an einer Außenoberfläche des
Ventilkörpers
des Drehventils unter Verwendung eines Materials vorgesehen, das
weicher ist als der Ventilkörper
des Drehventils und ein Gehäuse
des Drehventils, und das zur plastischen Verformung geeignet ist.
- 2) In dem Hilfsgas-Kraftstoffeinspritzmechanismus für eine Zweitakt-Brennkraftmaschine
gemäß dem obigen
Absatz 1) wird eine Beschichtung unter Verwendung eines Harzes mit
selbstschmierenden Eigenschaften als die Schutzschicht verwendet.
- 3) In dem Hilfsgas-Kraftstoffeinspritzmechanismus für eine Zweitakt-Brennkraftmaschine
gemäß dem obigen
Absatz 1) wird eine Plattierung mit einem Metall, das zu dem Material
des Gehäuses
des Drehventils inaktiv ist, als die Schutzschicht verwendet.
- 4) In dem Hilfsgas-Kraftstoffeinspritzmechanismus für eine Zweitakt-Brennkraftmaschine
gemäß dem obigen
Absatz 1 wird eine Kompositplattierung mit selbstschmierenden Eigenschaften
als die Schutzschicht verwendet.
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Die
vorliegende Erfindung zeigt die folgenden Effekte:
- 1) Durch die selbstschmierende Eigenschaft der Oberflächenbehandlung
kann der Spalt zwischen dem Ventilkörper und dem Gehäuse des
Drehventils so eingestellt werden, dass er nicht größer ist
als der Spalt, der zur Kontaktvermeidung erforderlich ist, kann
die Leckage des Hilfsgases zur Einspritzung reduziert werden und
kann die Größe des Hilfsgas-Kraftstoffeinspritzmechanismus reduziert
werden.
- 2) Da die Oberflächenbehandlungsschicht,
die weich und für
eine plastische Verformung geeignet ist, bereitgestellt wird, ist
es nicht erforderlich, die Passung hochgenau zu machen, wobei der Abstand
zwischen dem Drehventil und dem Gehäuse des Drehventils während eines
Testlaufs spontan eingestellt wird und hierdurch ein minimal erforderlicher
Spalt bereitgestellt wird, so dass die Teile kostengünstig hergestellt
werden können.
- 3) Selbst wenn Fremdmaterial hineingelangt, wird das Fremdmaterial
in der Oberflächenbehandlungsschicht
eingebettet und beeinträchtigt
daher die anderen Teile nicht, so dass ein Produkt mit hoher Haltbarkeit
und Zuverlässigkeit
bereitgestellt werden kann.
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Nachfolgend
wird eine Ausführung
der vorliegenden Erfindung in Bezug auf die beigefügten Zeichnungen
beschrieben, worin:
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1 ist
eine vertikale Schnittansicht einer Zweitakt-Brennkraftmaschine,
die mit einem Hilfsgas-Kraftstoffeinspritzmechanismus ausgestattet
ist.
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2 ist
eine vergrößerte vertikale
Schnittansicht eines Hauptteils der Brennkraftmaschine.
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3 ist
eine horizontale Schnittansicht der Brennkraftmaschine.
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4 zeigt
Ansichten eines Ventilkörpers
eines Drehventils, das in dem Hilfsgas-Kraftstoffeinspritzmechanismus
verwendet wird, worin a) eine Seitenansicht ist, b) eine vertikale
Schnittansicht ist und c) eine Schnittansicht entlang Linie X-X
von a) ist.
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1 ist
eine vertikale Schnittansicht einer Zweitakt-Brennkraftmaschine
gemäß einer
Ausführung
der vorliegenden Erfindung, 2 ist eine
vergrößerte vertikale
Schnittansicht eines Hauptteils von 1, 3 ist
eine horizontale Schnittansicht eines Hauptteils von 1 und 4 zeigt
Ansichten eines Drehventils, das in einem Hilfsgas-Kraftstoffeinspritzmechanismus
für die
Brennkraftmaschine verwendet wird.
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In 1 ist
die Zweitakt-Brennkraftmaschine 1 an einem zweirädrigen Kraftfahrzeug
(nicht gezeigt) angebracht, worin ein Zylinderblock 3 und
ein Zylinderkopf 4 nacheinander auf die Oberseite eines Kurbelgehäuses 2 gelegt
sind und die integral miteinander verbunden sind. Ein Kolben 6 ist
vertikal gleitend in einen Zylinder 5 eingesetzt, der in
dem Zylinderblock 3 vorgesehen ist, wobei der Kolben 6 und eine
Kurbelwelle 8 durch eine Pleuelstange 7 miteinander
verbunden sind und eine Kurbelwelle 8 einhergehend mit
Aufwärts-
und Abwärtsbewegungen
des Kolbens 6 drehend angetrieben wird.
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Ferner
ist ein Ansaugkanal 10, der von der Rückseite zur Vorderseite des
Fahrzeugkörpers weist,
mit einem Ansaugkanal 11 in dem Kurbelgehäuse 2 verbunden,
wobei ein Drosselventil (nicht gezeigt) in dem Ansaugkanal 10 und
ein Blattventil 12 in dem Ansaugkanal 11 in Serie
angeordnet sind, und das Drosselventil mit einem Drosselgriff (nicht gezeigt)
durch ein nicht gezeigtes Verbindungsmittel derart verbunden ist,
dass die Öffnung
des Drosselventils vergrößert wird,
wenn der Drosselgriff in einer Richtung gedreht wird. Ein Auspuffkanal 17 mit
einer Auslassöffnung 18 ist
an einer Seite der Umfangsrichtung des Zylinderblocks 3 vorgesehen.
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In
den 1 und 3 sind das Kurbelgehäuse 2 und
der Zylinderblock 3 mit Paaren von Luftzufuhrspülkanälen 13 versehen,
die Spülöffnungen 14 an
linken und rechten symmetrischen Positionen in Bezug auf eine Ebene
aufweisen, die die Auslassöffnung 18 und
die Zylindermittellinie enthält,
um einen oberen Abschnitt des Zylinders 5 und eine Kurbelkammer 9 miteinander
zu verbinden. Zusätzlich
ist ein Luftzufuhrspülkanal 15 mit
einer Spülöffnung 16 an
einer Seite des Zylinders vorgesehen, die der Auslassöffnung 18 entgegengesetzt
ist. Es sind nämlich
insgesamt fünf
Luftzufuhrspülkanäle vorgesehen.
Der Luftzufuhrspülkanal 15 ist
direkt mit dem Ansaugkanal 11 in dem Kurbelgehäuse an der
stromabwärtigen
Seite des Blattventils 12 verbunden. Eine angenähert halbkugelförmige Brennkammer 19 an der
Oberseite des Zylinders 5 ist näher zur Auslassöffnung 18 hin
versetzt. Die Brennkammer 19 ist mit einer Zündkerze 20 ausgestattet.
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Nun
wird der Hilfsgassystem-Kraftstoffeinspritzmechanismus beschrieben.
In den 2 und 3 ist eine Kammer 21 an
der von dem Auspuffkanal 17 entfernten Seite des Zylinderblocks 3 vorgesehen,
und ferner ist ein Verbindungskanal 30 zum Verbinden eines
oberen Abschnitts des Zylinders 5 und der Kammer 21 miteinander
vorgesehen. Ein Drehventil 40 ist an einem Zwischenabschnitt
des Verbindungskanals 30 in dem Zylinderblock 3 vorgesehen. Das
Drehventil besteht aus einem Ventilaufnahmeloch 41, das
in dem Zylinderblock vorgesehen ist, und einem darin drehbar eingesetzten
Ventilkörper 42.
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Der
Verbindungskanal 30 ist ein gemeinsamer Verbindungskanal,
so dass hoch verdichtetes Gas dorthindurch von der Brennkammer 19 zu
der Kammer 21 fließt,
und ein Mischgas und das hoch verdichtete Gas dorthindurch von der
Kammer 21 zu der Brennkammer 19 fließen. Der
Verbindungskanal 30 ist aus einem zylinderseitigen Abschnitt 31 und
einem kammerseitigen Abschnitt 32 mit dem Drehventil 40 dazwischen
aufgebaut. Eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung 34 ist mit
dem kammerseitigen Abschnitt 32 des Verbindungskanals durch
einen Verbindungskanal 33 verbunden, der sich von einer
schrägen Rückseite
aus anschließt.
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Ein
Umfangsabschnitt des Ventilaufnahmelochs 41 ist der Zylinderblock 3 selbst,
zu dem sich ein Abschnitt des zylinderseitigen Abschnitts 31 und des
kammerseitigen Abschnitts 32 des Verbindungskanals jeweils
an beiden Seiten des Ventilaufnahmelochs 41 öffnen, und
diese bilden alle zusammen ein Gehäuse 43 des Drehventils.
Der Ventilkörper 42 des Drehventils
wird in der ent gegengessetzten Richtung (in 1 im Uhrzeigersinn),
jedoch mit der gleichen Drehzahl wie die Kurbelwelle 8 durch
einen nicht gezeigten Übertragungsmechanismus
drehend angetrieben. Nummer 44 bezeichnet eine Riemenscheibe, die
auf ein Ende des Ventilkörpers 42 des
Drehventils aufgesetzt ist und um die herum der nicht gezeigte Übertragungsmechanismus
herumgelegt ist.
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4 zeigt
eine Ansicht des Ventilkörpers des
Drehventils, worin a) eine Seitenansicht ist, b) eine vertikale
Schnittansicht ist und c) eine Schnittansicht entlang Linie X-X
von a) ist. In der Figur ist der Ventilkörper 42 des Drehventils
mit einer Steuerventilnut 45 versehen. Die Ventilnut 45 besteht
aus einem vorderen Ventilnutabschnitt 46 und einem hinteren
Ventilnutabschnitt 47 in Verbindung von der Vorderseite
der Drehrichtung her. Der vordere Ventilnutabschnitt 46 ist
ein Abschnitt zum Steuern des Strahls eines Gasgemischs von der
Kammer 21 zu der Brennkammer 19, und der hintere
Ventilnutabschnitt 47 ist ein Abschnitt zum Steuern des
Stroms eines hoch verdichteten Gases aus der Brennkammer 19 zu
der Kammer 21.
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Da
der Verbindungskanal 30 ein gemeinsamer Verbindungskanal
für die
beiden Strömungen
in entgegengesetzte Richtungen ist, ist das Umschalten von der Strömung des
Mischgases während
der Öffnung
des vorderen Ventilnutabschnitts 46 zur Strömung des
hoch verdichteten Gases während
des Öffnens
des hinteren Ventilnutabschnitts 47 von dem Gleichgewicht
zwischen dem Druck innerhalb der Brennkammer 19 und dem
Druck innerhalb der Kammer 21 abhängig; die Strömung innerhalb
des Verbindungskanals 30 wechselt von der Strömung des
Gasgemischs zu der Strömung
des hoch verdichteten Gases, wenn der Druck innerhalb der Brennkammer 19 den
Druck innerhalb der Kammer 21 überschreitet. Im Wesentlichen
zu diesem Zeitpunkt findet der Übergang
von der Steuerung der Strömung
des Mischgases durch den vorderen Ventilnutabschnitt 46 zur
Steuerung der Strömung
des hoch verdichteten Gases durch den hinteren Ventilnutabschnitt 47 statt.
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In 2 ist
der Teil mit einem sichelförmigen Abschnitt,
mit dem Symbol 35 bezeichnet, ein Kraftstoffsammelvertiefungsabschnitt,
der an der Seite des Zylinderblocks 3 der Grenze zwischen
der Innenwand des Verbindungskanals 30 und der Außenumfangsoberfläche des
Ventilkörpers 42 des
Drehventils vorgesehen ist. Mit dem so vorgesehenen Vertiefungsabschnitt 35 wird
der Kraftstoff in dem Kraftstoffsammelvertiefungsabschnitt 35 zurückgehalten, nachdem
der aus der Kraftstoffeinspritzvorrichtung 34 eingespritzte
Kraftstoff die Oberfläche
des Ventilkörpers 42 des
Drehventils erreicht hat, bis der vordere Ventilnutabschnitt 46 geöffnet wird,
und daher wird der Kraftstoff sicher in die Brennkammer eingeführt, wenn
das Steuerventil sich zu öffnen
beginnt.
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Die
Bildung des Mischgases wird in folgender Weise ausgeführt. Der
von der Kraftstoffeinspritzvorrichtung 34 eingespritzte
Kraftstoff wird gegen die Innenwandoberfläche des Verbindungskanals an
einem Grenzabschnitt zwischen dem kammerseitigen Abschnitt 32 des
Verbindungskanals 30 und dem Ventilkörper 42 des Drehventils
gestrahlt, bevor der vordere Ventilnutabschnitt 46 mit
dem Verbindungskanal 30 verbunden wird. Wenn dann der vordere Ventilnutabschnitt 46 mit
dem Verbindungskanal 30 verbunden ist, fließt das in
die Kammer 21 geladene hoch verdichtete Gas durch den kammerseitigen
Abschnitt 32 des Verbindungskanals 30 hinein und
wird mit dem stehenden Kraftstoff vermischt, um ein konzentriertes
Mischgas zu bilden, das durch das hoch verdichtete Gas in der Kammer 21 unter
Druck gefördert
wird und durch eine zylinderseitige Öffnung 31 des Verbindungskanals
in die Brennkammer 19 eingespritzt wird. Wenn sich danach
das Drehventil 42 weiterdreht und sich der hintere Ventilnutabschnitt 47 in
einer Position zur Verbindung des Verbindungskanals 30 befindet,
wird hoch verdichtetes Gas von der Brennkammer 19 in die
Kammer 21 geladen, um bei der nächsten Einspritzung des Kraftstoffmischgases benutzt
zu werden.
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In
der vorliegenden Erfindung ist zur Lösung der Dinge, die oben in
den Absätzen
der zu lösenden Probleme
beschrieben sind, eine aus einem der folgenden Materialien bestehende
Schutzschicht auf der Oberfläche
des Ventilkörpers
des Drehventils vorgesehen. Als ein Material für den Ventilkörper kann
ein Eisenmaterial wie etwa Stähle
und Kohlenstoffstahl oder ein Nichteisenmetall wie etwa Aluminiumlegierungen
und Titanlegierungen verwendet werden. Als Material für das Gehäuse können Aluminiumlegierungen,
Gusseisen und dgl. verwendet werden.
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➀ Harzbeschichtung:
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Dies
ist eine Harzbeschichtung durch Verwendung eines Gemischs von Polyamid-Imid
und Molybdändisulfid
(MoS2) oder ein Gemisch von Polyamid-Imid
und PTFE (Tetrafluorethylen). Diese Materialien sind selbstschmierend
und sind weicher als die Aluminiumlegierungen, Gusseisen und dgl.,
die als das Material des Gehäuses
verwendet werden. Die Dicke der Harzbeschichtung liegt bevorzugt
im Bereich von 5 bis 50 μm.
Die Backtemperatur beträgt 240
bis 250°C.
Als Substratbehandlung wird Kugelstrahlen oder eine Alodinbehandlung
ausgeführt,
wodurch die Schälfestigkeit
der Harzbeschichtung verbessert wird und eine hohe Haltbarkeit dargestellt wird.
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➁ Metallplattierung:
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Dies
ist eine Silberplattierung oder eine Zinnplattierung. Diese Plattierungen
sind weicher als die Aluminiumlegierungen und das Gusseisen, die
als das Material des Gehäuses
verwendet werden, und sind zu den Gehäusematerialien inaktiv. Die
Dicke der Plattierung liegt bevorzugt im Bereich von 5 bis 50 μm.
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➂ Kompositplattierung:
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Dies
ist eine Kompositplattierung durch die Verwendung eines Gemischs
von Ni-P (Festlösung von
Phosphor in einer Nickelmatrix) und PTFE. Dieses Material ist selbstschmierend.
Die Härte
beträgt HMV
(25 g) 400 bis 900. Die Dicke der Plattierung liegt bevorzugt im
Bereich von 5 bis 50 μm.
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Die
oben erwähnte
Schutzschicht wird aufgetragen, indem eine Vielzahl von Objektflächen festgelegt
werden und indem unterschiedliche Materialien oder Methoden ausgewählt werden.
Als ein Beispiel kann, in 4a), die
Kompositplattierung durch Verwendung von Ni-P und PTFE von oben ❸ auf
die Oberflächen
A oder auf beide Endabschnitte des Ventilkörpers aufgetragen werden, während die Harzbeschichtung
durch Verwendung eines Gemischs von Polyamid-Imid und Molybdändisulfid (MoS2) von oben ➀ auf die Oberfläche B eines
Mittelabschnitts des Ventilkörpers
aufgetragen werden kann, der hauptsächlich aus der Ventilnut 45 besteht.
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Während in
der Beschreibung der bevorzugten Ausführung das Drehventil 40 beschrieben
wurde, um sowohl zur Steuerung der Zufuhr des konzentrierten Mischgases
von der Kammer 21 zu der Brennkammer 19 und zur
Steuerung des Ladens des hoch verdichteten Gases von der Brennkammer 19 in die
Kammer 21 verwendet zu werden, können für die jeweiligen Steuerungen
auch separate Drehventile verwendet werden. Es kann auch ein Drehventil
für nur
eine der Steuerungen verwendet werden. In diesem Fall wird zum Beispiel
hoch verdichtetes Gas in die Kammer 21 durch Verwendung
einer separat vorgesehenen Pumpe oder dgl. gefördert werden, und das Drehventil 40 steuert
nur die Zufuhr des konzentrierten Mischgases von der Kammer 21 zu
der Brennkammer 19. In diesem Fall wird der Freiheitsgrad
bei der Auslegung des Verbindungskanals 30 und des zylinderseitigen
Abschnitts 31 des Verbindungskanals erhöht.
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In
einem Hilfsgas-Kraftstoffeinspritzmechanismus für eine Zweitakt-Brennkraftmaschine,
umfassend eine Kammer, die mit einer Brennkammer durch einen Verbindungskanal
in Verbindung steht, ein Drehventil, das in dem Verbindungskanal
vorgesehen ist, um das Öffnen
und Schließen
des Verbindungskanals zu steuern, und eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung,
die in dem Verbindungskanal zwischen dem Drehventil und der Kammer
vorgesehen ist, so dass ein hoch verdichtetes Gas von der Kammer
und Kraftstoff von der Kraftstoffeinspritzvorrichtung miteinander
vermischt werden und ein konzentriertes Mischgas der Brennkammer
durch den Verbindungskanal zugeführt
wird, um den Spalt zwischen einem Ventilkörper und einem Gehäuse des
Drehventils zu minimieren, um eine Leckage von Hilfsgas zur Einspritzung
zu reduzieren und um zu einer Größenreduktion
des Hilfsgas-Kraftstoffeinspritzmechanismus beizutragen.
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Ein
Hilfsgas-Kraftstoffeinspritzmechanismus für eine Zweitakt-Brennkraftmaschine
ist dadurch gekennzeichnet, dass eine Schutzschicht auf der Außenoberfläche des
Ventilkörpers
des Drehventils unter Verwendung eines Materials vorgesehen ist,
das weicher ist als der Ventilkörper
des Drehventils und das Gehäuse
des Drehventils und das zu plastischer Verformung geeignet ist.