DE69006906T2

DE69006906T2 - Wärmeisolierte Zweitaktmaschine.

Info

Publication number: DE69006906T2
Application number: DE69006906T
Authority: DE
Inventors: Hideo Kawamura
Original assignee: Isuzu Motors Ltd
Current assignee: Isuzu Motors Ltd
Priority date: 1989-05-09
Filing date: 1990-04-27
Publication date: 1994-07-14
Anticipated expiration: 2010-04-28
Also published as: EP0397361A1; DE69006906D1; DE397361T1; US5000133A; JPH02294524A; EP0397361B1; JPH06100094B2

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen wärmeisolierten Zweitakt-Motor, bei dem Einlaßventile und Auslaßventile zur Öffnung und Schließung durch elektromagnetische Kraft betätigt werden.
Ein bekannter Ventilmechanismus mit elektrischen Einlaß-/Auslaßventilen, die als Ventilmechanismus eines Verbrennungsmotors elektrisch betätigt werden, ist z.B. in der japanischen Patent-Offenlegungsschrift Nr. 183805/1983 beschrieben. Der Ventilmechanismus dieses Verbrennungsmotors umfaßt eine Erfassungseinrichtung zum Erfassen des Betriebszustandes des Verbrennungsmotors und betätigt die Einlaß- und Auslaßventile auf der Grundlage des Erfassungssignals aus der Erfassungseinrichtung. Die Erfassungseinrichtung zum Erfassen der Betriebszustände des Verbrennungsmotors erfaßt einen Drehzustand einer Kurbelwelle oder eine Beschleunigungsöffnung. Die Betätigung der Einlaß- und Auslaßventile durch die elektrische Antriebseinrichtung wird bewirkt, indem der Öffnungsgrad der Ventilteile in Abhängigkeit von den Betriebszuständen des Verbrennungsmotors geregelt wird, wie dem Kraftstoff-Einlaßzustand und einem Auslaßzustand für gezündete und verbrannte Substanz.
Beim Betrieb von Benzinmotoren und Dieselmotoren wird im allgemeinen ein Zyklus von vier Vorgängen wiederholt, d.h. einem Einlaßhub, einem Verdichtungshub, einem Verbrennungshub und einem Auslaßhub. Unter diesen ist es lediglich der Verbrennungshub, in welchem Leistung erzeugt und Drehmoment auf eine Kurbelwelle ausgeübt wird. In den drei anderen Zuständen wird Drehung durch Trägheitskraft bewirkt. Es gibt zwei Arten von Systemen, d.h. einen Viertakt-Motor und einen Zweitakt- Motor, als Betriebsprinzip für jeden dieser Hübe. Nun werden bei einem Zweitakt-Motor der Einlaßhub und der Auslaßhub teilweise vom Verbrennungshub und teilweise vom Kompressionshub bewirkt, und ein Zyklus wird in den zwei Hüben des Kolbens oder, mit anderen Worten, einer Umdrehung der Kurbelwelle beendet. Da dementsprechend die Anzahl von Verbrennungshüben oder die Anzahl von Explosionen beim Zweitakt-Motor im Vergleich mit dem Viertakt-Motor das Zweifache beträgt, wird die Leistung etwa das 1,5-fache von derjenigen des Viertakt- Motors bei der gleichen Abgasmenge.
Ein Zweitakt-Motor ist in der FR-A-2593855 beschrieben, wobei dieser Motor Zylinder enthält, die mit einem Auslaßkanal im Zylinderkopfund einem Einlaßkanal in einem davon entfernten Bereich des Zylinders versehen sind.
In einem wärmeisolierten Motor mit einem wärmeisolierenden Aufbau, bei welchem der Zylinderkopfund die Verbrennungskammern, die von im Zylinderblock gebildeten Zylindern begrenzt werden, aus einem wärmeisolierenden Material, einem Keramikmaterial oder dergl. bestehen, fällt der Volumen-Wirkungsgrad infolge der in jedem Zylinder erzeugten großen Wärme ab und entsprechend fällt die Motorleistung. Der Grund liegt in folgendem. Da der Zylinderkopfund der obere Teil des Zylinders einen wärmeisolierenden Aufbau haben, erreichen der obere Teil und die Wandfläche jeder Verbrennungskammer eine hohe Temperatur und in den Zylinder angesaugte Frischluft nimmt die Wärme von innerhalb des Zylinders oder aus der Wandfläche auf , wird auf geheizt und dehnt sich aus, so daß der Volumen-Wirkungsgrad absinkt. Darüber hinaus wird die in die Verbrennungskammer angesaugte Luftmenge um 20 % oder darüber durch die Einflüsse der Wandfläche, die sich auf der hohen Temperatur befindet, reduziert.
Ein wärmeisolierter Motor ist beispielsweise aus der EP-A- 0321159 der Anmelderin bekannt, in welchem die Zylinder und der Zylinderkopf mit wärmeisolierenden und wärmebeständigen Keramik-Auskleidungen versehen sind.
Wenn bei Zweitakt-Motoren der Auslaßkanal geöffnet ist und das Abgas durch den Auslaßkanal zum Luftaustausch ausgestoßen wird, tritt eine Druckwelle oder eine Impulswelle innerhalb des Zylinders auf und bläst das Abgas aus. Entsprechend fließt die Frischluft in den Unterdruckbereich ein, der im nachströmenden Abschnitt dieses Abgases aus dem unteren Teil des Zylinders erzeugt wird, aber da der untere Teil des Zylinders keine so hohe Temperatur annimmt wie der Zylinderkopf, wird die Frischluft durch die Wandtemperatur im unteren Teil des Zylinders nicht stark beeinflußt. Dies ergibt einen Vorteil insbesondere im wärmeisolierten Motor, daß nämlich beim Absaugen der Frischluft aus dem unteren Teil des Zylinders bei Betrieb des Zweitakt-Motors die Spülluftmenge oder die Ansaugluftmenge nicht reduziert wird.
Andererseits ist die Temperatur des Abgases beim wärmeisolierten Motor sehr hoch. Wenn daher die Einlaßventile und die Auslaßventile im Zylinderkopfangeordnet und einander benachbart sind, wie es bei einem Viertakt-Motor der Fall ist, werden die Einlaßkanäle eher durch die Wärmeeinflüsse der Auslaßkanäle und des Abgases beeinflußt, so daß die Einlaßluft infolge der Wärmeeinflüsse expandiert wird und die Einlaßluftmenge drastisch abfällt.
Die Erfindung sucht einen wärmeisolierten Zweitakt-Motor zu schaffen, bei dem die oben beschriebenen Probleme gelöst werden können.
Dementsprechend schafft die Erfindung einen wärmeisolierten Zweitakt-Motor mit:
einem Zylinderblock, der Zylinder enthält;
einem am Zylinderblock befestigten Zylinderkopfund Verbrennungskammern in den Zylindern;
Auslaßkanälen, die am Zylinderkopfausgebildet sind,
Auslaßventilen zum Öffnen und Schließen der Auslaßkanäle;
Einlaßkanälen, die in einem unteren Bereich des Zylinderblocks ausgebildet sind und mit Einlaßöffnungen in Verbindung stehen, die in die Verbrennungskammern münden; und in den Einlaßkanälen angeordneten Einlaßventilen zum Öffnen und Schließen der Einlaßkanäle;
dadurch gekennzeichnet, daß:
Zylinderlaufbuchsen in die Zylinder eingepaßt sind, die mit dem Zylinderkopf die Verbrennungskammern bilden, wobei die Verbrennungskammern einen wärmeisolierten Aufbau haben und die Einlaßöffnungen in den Zylinderlaufbuchsen im Umfangsbereich und in einem unteren Bereich der Zylinderlaufbuchsen entfernt vom Zylinderkopfausgebildet sind;
eine elektromagnetische Ventilantriebseinrichtung zum Öffnen und Schließen der Auslaßventile und der Einlaßventile durch elektromagnetische Kraft vorgesehen ist;
eine Erfassungseinrichtung zum Erfassen der Betriebszustände des Motors und zum Abgeben von diese Zustände anzeigenden Erfassungssignalen vorgesehen ist, wobei die Erfassungseinrichtung einen Drehsensor zum Erfassen der Drehzahl des Motors einschließt; und
eine Steuereinrichtung zum Steuern des Öffnens und Schließens der Einlaßventile und der Auslaßventile in Abhängigkeit von den Erfassungssignalen aus der Erfassungseinrichtung vorgesehen ist, wobei die Steuereinrichtung geeignet ist, die Auslaßventile mit verzögertem Öffnen derart zu betreiben, daß die Auslaßventile zu einem Zeitpunkt im Zyklus nahe dem unteren Totpunkt der Kolbenstellung in Abhängigkeit von einem Erfassungssignal aus dem Drehsensor geöffnet werden, was bedeutet, daß die Motordrehzahl (NE) unterhalb eines vorbestimmten Wertes (NE1) liegt.
Vorzugsweise bestehen die Einlaßventile und die Auslaßventile aus einem nicht-magnetischen Keramikmaterial.
Wenn die Einlaß- und Auslaßventile aus einem leichten Material, wie einem Keramikmaterial, hergestellt werden, können sie zum Öffnen und Schließen durch elektromagnetische Kraft betätigt und zum Öffnen und Schließen unabhängig von der Drehung einer Kurbel durch Steuerung ihrer Öffnungs-/Schließzeiten gesteuert werden. Der erfindungsgemäße wärmeisolierte Zweitakt-Motor bedient sich der Tatsache, daß bei Anordnung der Auslaßventile im Zylinderkopf eines wärmeisolierten Motors, in welchem jede vom Zylinderkopf und der Zylinderlaufbüchse gebildete Verbrennungskammer einen wärmeisolierten Aufbau hat, der untere Teil des Zylinders, der im Abstand vom Zylinderkopfangeordnet ist, nicht eine verhältnismäßig hohe Temperatur erreicht, obwohl der Zylinderkopf-Abschnitt eine hohe Temperatur erreicht. Daher sind beim erfindungsgemäßen wärmeisolierten Zweitakt-Motor die Einlaßkanäle im unteren Abschnitt der Zylinder angeordnet, um die Steuerung des Zweitakt-Betriebes so auszubilden, daß zumindest der Abfall des Volumen-Wirkungsgrades aufgrund des wärmeisolierten Aufbaus verhindert wird. Der erfindungsgemäße wärmeisolierte Zweitakt-Motor kann den Öffnungs-/Schließvorgang der Einlaßventile durch elektromagnetische Kraft unter den optimalen Ventilbetriebsbedingungen steuern, so daß der Rückstrom von Abgas zu den Einlaßkanälen verhindert wird und darüber hinaus Wärmeeinflüsse des Abgases und der hohe Temperatur auf weisenden Wandfläche auf die Ansaugluft minimal gemacht werden, um einen Abfall der Ansaugluftmenge zu verhindern und eine hohe Motorleistung zu erreichen.
Insbesondere im niedrigen Drehzahlbereich des Motors können bei diesem wärmeisolierten Zweitakt-Motor die Auslaßventile später im Zyklus, nahe dem unteren Totpunkt, geöffnet werden, als es während der hohen Drehzahl der Fall ist, während die Ventilöffnungsgeschwindigkeit im niedrigen Drehzahlbereich schneller gesteuert werden kann als im hohen Drehzahlbereich. Dementsprechend kann das Abgas innerhalb der Verbrennungskammer gehalten werden, um einen Energieverlust des Abgases zu verhindern, und die geleistete Arbeit kann verbessert werden, wodurch die Motorleistung erhöht wird. Ferner wird, wenn das Auslaßventil in diesem Zeitpunkt geöffnet wird, das Abgas impulsartig und alles zugleich aus den Abgaskanälen des Zylinderkopfabschnitts ausgeblasen.
Dieser wärmeisolierte Zweitakt-Motor kann die Einlaß-/Auslaßventile für die Öffnung und Schließung unabhängig von einem Kurbelwinkel steuern, indem die Einlaß-/Auslaßventile durch elektromagnetische Kraft betätigt werden, um ihren Öffnungs-/Schließzeitpunkt zu steuern. Durch Anordnung der Einlaßkanäle im unteren Teil des Zylinders, der einen Abstand vom hohe Temperatur aufweisenden Zylinderkopf im wärmeisolierten Motor aufweist und in welchem die Temperatur nicht so hoch ist oder in welchem die Wärmeeinflüsse der Auslaßkanäle und der Abgase geringer sind, ist es durch die Zweitakt-Betriebssteuerung des Motors und Steuerung des Öffnungs- und Schließvorgangs der Einlaßventile durch die elektromagnetische Kraft möglich, eine Rückströmung des Abgases in die Einlaßkanäle zu verhindern, den Abfall der Ansaugluftmenge zu verhindern, indem die Wärmeeinflüsse des Abgases und der hohe Temperatur aufweisenden Wandfläche auf die Ansaugluft minimal gemacht werden, und es ist eine Optimierung der Zeitsteuerung der Ventilöffnung/-schließung möglich, um einen ausgezeichneten Zweitakt-Betrieb zu erzielen und eine hohe Motorleistung zu erhalten.
Vorzugsweise weist die elektromagnetische Antriebseinrichtung Schiebeteile, die aus einem magnetischen Material hergestellt und an einem oberen Ende der jeweiligen Ventile befestigt sind, Schiebeteilspulen zum Erregen der Schiebeteile, Festteile, die aus einem magnetischen Material hergestellt und oberhalb der Schiebeteile derart angeordnet sind, daß sie den Schiebeteilen gegenüberliegen, Festteilspulen zum Erregen der Festteile, wobei eine elektromagnetische Kraft auf die Schiebeteile wirkt, und Ventilfedern zum Erzeugen einer Rückstellkraft für die Schiebeteile auf .
Bei der erfindungsgemäßen Anordnung können die Auslaßventile im Zylinderkopf in einem Einheitsströmungsaufbau angeordnet werden, wobei die Spülwirkung bewirkt wird, indem die Gasströmung eine vorbestimmte Richtung bezüglich der Mittellinie des Zylinders besitzt, der Motorwirkungsgrad verbessert ist und darüber hinaus der Öffnungs-/Schließvorgang jedes Ventils durch die magnetische Kraft im optimalen Zustand entsprechend dem Erfassungssignal aus der Erfassungseinrichtung zum Erfassen der Hubstellung des Kolbens, d.h. dem Kurbelwinkel, unabhängig von der Drehung der elektromagnetischen Kraft gesteuert werden kann.
Ferner sind jeweils zwei Auslaßkanäle und Auslaßventile vorzugweise im Zylinderkopfangeordnet, um das Abgas stärker auszublasen. Darüber hinaus tritt der an der nachlaufenden Strömung auftretende Unterdruck drastisch auf und die Einströmmenge der Ansauglauft kann erhöht werden, da sie durch diesen Unterdruck angesaugt wird. Mit anderen Worten, da das Abgas wirksam aus diesen beiden Auslaßkanälen ausgestoßen werden kann und sodann die Ansaugluft in dem Zustand eingeblasen wird, daß sie den Unterdruckbereich der Nachlaufströmung der impulsartigen Welle des Abgases füllt, wird die Strömung eine einheitlich gerichtete Strömung. Daher befindet sich sogar, wenn die Wandtemperatur am Zylinderkopf und im oberen Zylinderabschnitt einen hohen Wert besitzt, der untere Teil des Zylinders auf einer verhältnismäßig niedrigen Temperatur, wird durch die Wärmeeinflüsse nicht stark beeinflußt und dehnt sich nicht aus. Daher ist der Abfall der Saugwirkung gering.
Bei diesem Zweitakt-Motor sind die Einlaßventile an den Einlaßkanälen angeordnet und ihr Öffnungs-/Schließvorgang wird durch die elektromagnetische Kraft gesteuert. Insbesondere da die Einlaßventile nach dem Verstreichen einer vorbestimmten Zeitspanne, nachdem der größere Teil des Abgases durch das Öffnen der Auslaßventile ausgestoßen ist, geöffnet werden können, tritt keine Rückströmung des Abgases in die Einlaßkanäle auf, anders als beim bekannten Motor, bei dem die Einlaßventile beim Absteigen des Kolbens geöffnet werden, und es tritt auch kein Abfall der Ansaugströmungsmenge ein.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden mit Bezugnahme auf die Figuren beschrieben, in denen zeigt:
Fig. 1 eine schematische Darstellung, die zur Erläuterung des erfindungsgemäßen wärmeisolierten Zweitakt-Motors dient;
Fig. 2 eine Erläuterungskizze, die eine Antriebseinrichtung für ein elektromagnetisches Ventil darstellt, welche in den erfindungsgemäßen wärmeisolierten Zweitakt-Motor eingebaut werden kann; und
Fig. 3 ein Ablaufdiagramm, das ein Beispiel des Betriebs eines wärmeisolierten Zweitakt-Motors darstellt, in den die elektromagnetische Ventilantriebseinrichtung eingebaut ist.
Anschließend wird eine bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen wärmeisolierten Zweitakt-Motors mit Bezugnahme auf die Figuren beschrieben.
Figur 1 zeigt eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen wärmeisolierten Zweitakt-Motors. Bei diesem wärmeisolierten Zweitakt-Motor ist eine Verbrennungskammer 8, die aus einem Zylinderkopf 3 und Zylinder bildenden Zylinderlaufbüchsen 4 besteht, aus einem wärmeisolierenden Material, einem Keramikmaterial oder dergleichen, in einem wärmeisolierenden Aufbau hergestellt. Auch der Zylinder oder ein innerhalb der Zylinderlaufbüchse 4 hin und her gehender Kolben 7 können natürlich aus einem wärmeisolierenden Material, einem Keramikmaterial oder dergleichen, in dem wärmeisolierenden Aufbau hergestellt sein. Die Zylinderlaufbüchse 4 ist in den Zylinder 34 eingepaßt, der in dem den Motor bildenden Zylinderblock 6 ausgebildet ist, und ein Zylinderkopf 3 ist auf der oberen Fläche des Zylinderblocks 6 über eine Dichtung 33 befestigt. Der Kolben 7 kann in der Zylinderlaufbüchse 4 hin und her gehen. Die Verbrennungskammer 8 ist die Kammer, die von der Zylinderlaufbüchse 4, dem Zylinderkopf 3 und dem Kolben 7 eingeschlossen und gebildet wird. Zwei Auslaßkanäle 22 sind im Zylinderkopf 3 ausgebildet und Auslaßventile 2 sind jeweils in diesen Auslaßkanälen 22 angeordnet. Mit anderen Worten, dieser Zweitakt-Motor weist einheitliche Strömungsrichtung auf, wobei die beiden Auslaßventile 2 im Zylinderkopf 3 angeordnet sind und eine Spülung erfolgt durch eine Luftströmung mit einer vorbestimmten Richtung bezüglich der Mittellinie des Zylinders, wodurch der Motorwirkungsgrad verbessert wird. Ferner sind ringartige Einlaßkanäle 9 am Innenumfang des unteren Abschnitts des Zylinderblocks 6 ausgebildet und eine Anzahl von Einlaßöffnungen 5 ist in Umfangsrichtung derart durchgebrochen, daß sie den Einlaßkanälen 9 entsprechen. Einlaßkanäle 11 sind im unteren Abschnitt des Zylinderblocks 6 ausgebildet, um Ansaugluft in die Einlaßkanäle 11 einzuleiten, und Einlaßöffnungen 32 sind so ausgebildet, daß sie die Einlaßkanäle 11 mit den Einlaßkanälen 9 verbinden. Ein Ventilsitz 18 ist an jeder Einlaßöffnung 32 ausgebildet und ein Einlaßventil 1 ist an jedem Ventilsitz 18 angeordnet. Obwohl in der Figur nur ein Einlaßventil 1 dargestellt ist, ist es natürlich möglich, eine Anzahl von Einlaßkanälen 9 im unteren Abschnitt des Zylinderblocks 6 vorzusehen und jeweils die Einlaßventile 1 in diesen Einlaßkanälen anzuordnen, wenn sie auch nicht in der Figur dargestellt sind, um gleichmäßig große Mengen von Ansaugluft aus der Umfangsrichtung in die Verbrennungskammer 8 anzusaugen. Die Ansaugluft kann natürlich durch einen Kompressor eines Turboladers eingeleitet werden.
Bei diesem wärmeisolierten Zweitakt-Motor wird jedes Ventil 1,2 zum Öffnen und Schließen durch elektromagnetische Kraft betätigt. Daher kann die Öffnungs-/Schließ-Zeitsteuerung jedes Ventils 1,2 unabhängig von der Drehung einer Kurbel in Abhängigkeit von dem Erfassungssignal aus einem Lagesensor 35 zum Erfassen einer Hubstellung des Kolbens oder, mit anderen Worten, eines Kurbelwinkels in optimaler Weise gesteuert werden. Mit anderen Worten, das Einlaßventil 1 und das Auslaßventil 2 in diesem wärmeisolierten Zweitakt-Motor sind jeweils mit Ventilhebern 10 von elektromagnetischen Ventilantriebseinrichtungen ausgestattet und werden zum Öffnen und Schließen durch die elektromagnetische Kraft der jeweiligen Ventilheber 10 betätigt. Der Ventilheber 10 der elektromagnetischen Ventilantriebseinrichtung wird durch eine weiter unten erläuterte Steuereinrichtung 15 gesteuert, die Erfassungssignale aus einem weiter unten erläuterten Drehsensor 14 zum Erfassen der Drehzahl des Motors, einem Lastsensor 31 zum Erfassen der Motorbelastung, einem Stellungssensor 35 zum Erfassen der Hubstellung des Kolbens 7 oder des Kurbelwinkels und einem Ansaugluft-Strömungsgeschwindigkeitssensor 29 zum Erfassen der Ansaugluftmenge empfängt und einen Befehl in Abhängigkeit von jedem dieser Erfassungssignale erzeugt.
Als nächstes wird ein Beispiel der elektromagnetischen Ventilantriebseinrichtung zum Betätigen der Einlaß- und Auslaßventile zum Öffnen und Schließen in diesem wärmeisolierten Zweitakt-Motor mit Bezugnahme auf Figur 2 erläutert. Für die Teile dieser elektromagnetischen Ventilantriebseinrichtung werden die gleichen Bezugszeichen verwendet, um diejenigen Teile zu bezeichnen, welche die gleiche Funktion haben wie die in Figur 1 gezeigten Motorteile. Zur Erleichterung der Beschreibung wird sie anhand des Aufbaus vorgenommen, bei dem der Einlaßkanal 11 und das Einlaßventil 1 gemäß Figur 2 beispielsweise am Zylinderkopf 3 angeordnet sind. Bei dem erfindungsgemäßen wärmeisolierten Zweitakt-Motor ist das Einlaßventil 1 jedoch im unteren Abschnitt des Zylinderblocks 6 angeordnet und es sind natürlich einige Änderungen des Aufbaus nötig, um den Einlaßkanal 11 und das Auslaßventil 1 gemäß Figur 2 an den erfindungsgemäßen wärmeisolierten Zweitakt-Motor anzupassen.
Wie in Fig. 2 gezeigt, ist diese elektromagnetische Ventilantriebseinrichtung in den Motor 13 eingebaut, wobei Hauptteile der elektromagnetischen Antriebseinrichtung aus dem Motor 13 herausgezogen sind und eine Einspritzdüse 12, der Ansaugluft- Strömungsgeschwindigkeitssensor 29 und dergl. dargestellt sind. Eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung 21 zur Steuerung der Kraftstoffzuführung zum Motor 13 weist die Einspritzdüse 12 auf, welche vom oberen Teil des Zylinderkopfes 3 her in den Einlaßkanal 11 eingesetzt ist, so daß der aus einer Düsenöffnung eingespritzte Kraftstoff zerstäubt und in den Zylinder eingeleitet werden kann. Diese Kraftstoffeinspritzeinrichtung 21 wird durch einen Befehl aus der Steuereinrichtung 15 gesteuert, damit eine vorbestimmte Kraftstoffmenge eingespritzt wird. Der Drehsensor l4 zum Erfassen der Drehzahl des Motors ist auf der Abtriebswelle des Motors 13 angeordnet. Der Erfassungswert der Motordrehzahl, d.h. das Drehsignal wird auf die Steuereinrichtung 15 gegeben. Das Einlaßventil 1 besteht aus Keramikmaterial und ist derart angeordnet, daß es sich hin und her bewegen kann, während es durch eine Ventilführung 16 geführt wird, die am Zylinderkopf 3 befestigt ist.
Obwohl die Figur lediglich das Einlaßventil 1 zeigt, werden die beiden Auslaßventile 2, 2 beim erfindungsgemäßen wärmeisolierten Zweitakt-Motor in gleicher Weise zum Öffnen und Schließen jeweils durch gleiche elektromagnetische Ventilantriebseinrichtungen betätigt. Im vorliegenden Fall sind die Kraftstoffeinspritzdüse und der Strömungsgeschwindigkeitssensor natürlich nicht im Auslaßsystem angeordnet, in welchem diese Auslaßventile 2, 2 angeordnet sind.
Der Einlaßkanal 11 wird geöffnet und geschlossen, wenn eine Ventilfläche 17 des Einlaßventils 1 infolge der Hin- und Herbewegung des Einlaßventils 1 mit dem am Einlaßkana1 11 des Zylinderkopfes 3 angeordneten Ventilsitz 18 in Berührung kommt oder sich von diesem trennt. Daher wird die in den Zylinder des Motors 13 gelangende Ansaugluftmenge durch den Öffnungs-/Schließvorgang oder das Öffnungs-/Schließausmaß des Ansaugventils 1 gesteuert. Ein bewegliches Teil 19 aus Magnetmaterial, wie Weicheisen, ist am oberen Ende 23 des Ansaugventils 1 befestigt, und eine Spule 24 für das bewegliche Teil ist an diesem beweglichen Teil 19 angeordnet. Ein feststehendes Teil 25 aus Magnetmaterial, wie Weicheisen, ist am Zylinderkopf 3 oberhalb des beweglichen Teils 19 derart angeordnet, daß es dem beweglichen Teil 19 gegenüberliegt und eine Spule 20 für das feststehende Teil ist am feststehenden Teil 25 angeordnet. Wenn daher Spannung an die Spule 24 des beweglichen Teils und an die Spule 20 für das feststehende Teil angelegt oder unterbrochen wird, zieht das feststehende Teil 25 das bewegliche Teil 19 an oder trennt sich von diesem, wodurch das Einlaßventil 5 in den geöffneten/gechlossenen Zustand betätigt wird.
In der Figur ist eine Ventilfeder 26 gezeigt, die zwischen dem Ventilfedersitz, der an der oberen Fläche des Zylinderkopfes 3 ausgebildet ist, und dem beweglichen Teil 19 eingespannt ist. Obwohl die Ausbildung der Ventilfeder 26 in der Figur nicht im einzelnen dargestellt ist, kann diese Ventilfeder 26 entweder eine Zugfeder oder eine Druckfeder sein und ihre Federkraft hat eine Rückstellwirkung, die in der entgegengesetzten Richtung wie die elektromagnetische Kraft wirkt. Wenn daher das Einlaßventil 1 und die Auslaßventile 2, 2 durch die elektromagnetische Kraft der Ventilheber 10 geöffnet werden, werden sie durch die Federkraft der Ventilfeder 26 geschlossen.
Was ferner die Einlaß-/Auslaßventile betrifft, die durch die elektromagnetische Kraft betätigt werden, so ist das die Einlaß-/Auslaßventile selbst bildende Material vorzugsweise ein Keramikmaterial, um das Gewicht zu reduzieren, und ist vorzugsweise ein nichtmagnetisches Keramikmaterial, um die Anziehung von Eisenpulver oder dergl. an die Ventilfläche 17 der Einlaß-/Auslaßventile und an den Gleitteil des Ventilschaftes zu verhindern. Wenn Eisenpulver oder dergl. an die Ventilfläche 17 und an den Gleitteil des Ventilschaftes angezogen wird, wird der dichte Schließzustand der Einlaß-/Auslaßkanäle durch die Einlaß-/Auslaßventile verschlechtert, und da der Reibungswiderstand des Gleitteils groß wird, treten unerwünschte Zustände, wie Klemmen, auf. Um daher die Einlaß-/Auslaßventile durch die elektromagnetische Kraft zu betätigen, wird das bewegliche Teil 19 aus dem Magnetmaterial getrennt am oberen Endabschnitt der Einlaß-/Auslaßventile angeordnet. Wenn die Einlaß-/Auslaßventile in der oben beschriebenen Weise ausgebildet sind, kann das feststehende Teil 25 sich vom beweglichen Teil 19 trennen oder dasselbe gegen die Belastungskraft der Feder 26 anziehen, wenn ein gesteuerter Strom aus der Steuereinrichtung 15 der Spule 24 des beweglichen Teils und der Spule 20 des feststehenden Teils zugeführt oder unterbrochen wird, so daß die Einlaßventile 1 sich nach unten oder oben bewegen können, und die Ventilfläche 17 jedes Einlaßventils 1 den Einlaßkanal 11 öffnen oder schließen kann.
Bei dieser elektromagnetischen Ventilantriebseinrichtung empfängt die Steuereinrichtung 15 jedes der Erfassungssignale, die vom Lastsensor 31, Drehsensor 14 und Lagesensor 35 erfaßt werden, leitet den Strom zur Spule 20 des feststehenden Teils und zur Spule 24 des beweglichen Teils im Ventilheber 10 der elektromagnetischen Ventilantriebseinrichtung in Abhängigkeit von dem erfaßten Lastsignal und kann so jedes Ventil durch Erregen des Elektromagneten betätigen. Der Lastsensor 31 des Motors 13 dient zur Erfassung der Motorbelastung und kann sie erfassen, indem er die Kraftstoffzuführmenge erfaßt, die aus der Einspritzdüse 12 der Kraftstoffeinspritzeinrichtung 21 dem Motor 13 zugeführt wird, oder durch Erfassen der Einrückstrecke eines Gaspedals 28. Mit anderen Worten, der Lastsensor 31 kann aus einem Erfassungssensor für die Kraftstoffzuführmenge zum Motor und/oder einem Erfassungssensor für die Einrückstrecke des Gaspedals 28 bestehen. Daher kann die elektromagnetische Ventilantriebseinrichtung jedes der Einlaß-/Auslaßventile durch Eingeben der Kraftstoffzuführmenge zum Motor 13 und/oder das Einrücksignal des Gaspedals 28 als Lastsignal des Motors auf die Steuereinrichtung 15 gesteuert werden. Der Lagesensor 35 des Motors 13 dient zum Erfassen der Hublage des Kolbens 7 und kann die Lage durch Erfassen eines Kurbelwinkels erfassen. Der Ansaugluft-Strömungsgeschwindigkeitssensor 29 ist in dem jeden Einiaßkanal 11 bildenden Ansaugrohr angeordnet. Dieser Ansaugluft-Strömungsgeschwindigkeitssensor 29 erfaßt die Luftströmung, die auf einen vom Strom durchflossenen Heizdraht auftrifft, durch die Widerstandsänderung des Heizdrahtes, und das Signal aus diesem Ansaugluft-Strömungsgeschwindigkeitssensor 29 wird auf einen Ansaugluft-Strömungsgeschwindigkeitsprozessor 30 gegeben und kann die Ansaugluft-Strömungsgeschwindigkeit in jedem Einlaßkanal 11 erfassen. Die so erfaßte Ansaugluft-Strömungsgeschwindigkeit wird auf die Steuereinrichtung 15 gegeben.
Die Steuereinrichtung 15 weist einen Mikrocomputer auf und ist mit einer zentralen Datenverarbeitungseinheit zur Durchführung der Ablaufsteuerung, verschiedenen Speichereinrichtungen zum Speichern der Abfolge der Ablaufsteuerung, Steuereinrichtungen usw. sowie Einlaß-/Auslaßkanälen ausgestattet. Wenn verschiedene Signale aus den erwähnten verschiedenen Sensoren und dem Luftmengen-Strömungsgeschwindigkeitsprozessor 30 eingegeben werden, führt die Steuereinrichtung 15 die Prozeßsteuerung gemäß der im Speicher niedergelegten Abfolge aus, erzeugt einen Steuerbefehl und gibt ihn auf die elektromagnetischen Spulen 20, 24 für den Ventilmechanismus zum Öffnen und Schließen des Einlaßventils 1 und der Auslaßventile und steuert das Öffnen und Schließen dieser Einlaß-/Auslaßventile. Außer dem Öffnungs-/Schließvorgang der Einlaß-/Auslaßventile steuert die Steuereinrichtung 15 eine Ventilöffnung, eine Ventilhubstrecke, eine Ventilzeitsteuerung, eine Ventilöffnungszeit, eine Kraftstoffeinspritz-Zeitsteuerung und dergl. und erzeugt den Steuerbefehl gemäß dem Betriebsergebnis. Das Bezugszeichen 27 in der Figur bezeichnet eine Batterie, die als Spannungsquelle für die Steuereinrichtung 15 und verschiedene Spulen für die Ventilmechanismen dient.
Die elektromagnetische Ventilantriebseinrichtung, die in den erfindungsgemäßen wärmeisolierten Zweitakt-Motor eingebaut werden kann, hat den oben beschriebenen Aufbau, und ein Beispiel für die Wirkungsweise dieses wärmeisolierten Zweitakt- Motors wird nun mit Bezugnahme auf die Figuren 1, 2 und 3 erläutert. Fig. 3 ist ein Steuerungsablaufdiagramm, das ein Beispiel für die Wirkungsweise des wärmeisolierten Zweitakt- Motors wiedergibt, in den die elektromagnetische Ventilantriebseinrichtung eingebaut werden kann.
Zunächst wird der Betrieb der Ventilheber 10 des Einlaßventils 1 und der Auslaßventile 2, 2 durch die elektromagnetische Kraft mittels des Befehls aus der Steuereinrichtung 15 gesteuert, um die Betriebsbedingungen der Ventilzeitsteuerung usw. des Einiaßventils 1 und der Auslaßventile 2, 2 optimal zu steuern. Mit anderen Worten, da jeder Ventilheber 10 unabhängig von der Drehung der Kurbelwelle gesteuert werden kann, wird die Steuerung der Einlaßluftmenge in die Verbrennungskammer 8, die Auslaßmenge und die Ventilzeitsteuerung beider Ventile 1, 2, 2 im Zeitpunkt des Ansaugens der Ansaugluft in die Verbrennungskammer 8 und im Zeitpunkt des Ausstoßens des Abgases aus der Verbrennungskammer 8 entsprechend der Drehzahl des Motors 13 für einen optimalen Zustand geeignet eingestellt, so daß der Motor 13 hervorragend arbeiten kann.
Sodann wird die elektromagnetische Antriebseinrichtung mit dem Start des Motors 13 eingeschaltet und gesteuert. Als erster Schritt wird der Motor 13 betätigt, und die Drehzahl des Motors wird durch den Drehsensor 14 erfaßt und dieses Erfassungssignal wird in die Steuereinrichtung 15 eingegeben (Schritt 40).
Ferner wird der Kurbelwinkel oder, mit anderen Worten, die Hublage des Kolbens 7 durch den Lagesensor 35 erfaßt, und dieses Erfassungssignal wird auf die Steuereinrichtung 15 gegeben. Die Steuereinrichtung 15 erzeugt einen Befehl für den Ventilheber 10 jedes Einlaßventils 1 und Auslaßventils 2, 2 in Abhängigkeit von jedem dieser Erfassungssignale, leitet den Strom zu der Spule 20 für das feststehende Teil und der Spule 24 des beweglichen Teils des Ventilhebers 10 jedes der Einlaß- und Auslaßventile 1, 2, 2, und betätigt das Einlaßventil 1 und die Auslaßventile 2, 2 zur Steuerung des Öffnens und Schließens (Schritt 41).
Ob die vom Drehsensor 41 erfaßte Drehzahl NE des Motors größer ist als eine vorbestimmte Drehzahl NE1, die im voraus für den Fall berechnet wurde, daß die Änderung des Betriebszustandes der Ventile bevorzugt wird oder nicht, wird beurteilt. Mit anderen Worten, da die Auslaßventile 2, 2 vorzugsweise geöffnet sind, wenn die Kolben 7 nahe dem unteren Totpunkt in der Zeit der niedrigen Drehzahl des Motors 13 angeordnet sind, wird die vorbestimmte Drehzahl NE1 im voraus für die Drehzahl des Motors 13 eingestellt, um die Ventilöffnungszeit dieser Ventile zu steuern (Schritt 42).
Wenn die Drehzahl NE größer ist als die vorbestimmte Drehzahl NE1, kann der normale Zweitakt-Betrieb für den Motor 13 durchgeführt werden. Daher wird der Ventilheber 10 jedes der Einlaß- und Auslaßventile 1, 2, 2, d.h. der Betriebszustand des Ventilantriebssystems, geprüft, um einen Ventilbewegungsvorgang der Einlaß- und Auslaßventile 1, 2, 2 durch die elektromagnetische Kraft des Ventilhebers 10 der elektromagnetischen Ventilantriebseinrichtung zu führen (Schritt 43).
Wenn keine Abnormalität im Betriebszustand des Ventilantriebssystems der Einlaß- und Auslaßventile 1, 2, 2 auftritt, werden diese Ventile 1, 2, 2 für die Öffnung und Schließung bei der normalen Ventilzeitsteuerung durch die elektromagnetische Kraft gesteuert, und der Betrieb des Motors 13 wird in dem normalen Zweitakt-Betrieb gesteuert (Schritt 44).
Wenn die Drehzahl NE des Motors kleiner ist als die vorbestimmte Drehzahl NE1, arbeitet der Motor 13 im niedrigen Drehzahlbereich. Daher wird der Befehl für den Motor 13 auf jeden Ventilheber 10 durch den Befehl aus der Steuereinrichtung 15 gegeben, so daß die Auslaßventile 2, 2 geöffnet werden, wenn sich der Kolben 7 nahe dem unteren Totpunkt befindet. Um das Einlaßventil 1 und die Auslaßventile 2, 2 durch die elektromagnetische Kraft der jeweiligen Ventilheber 10 der elektromagnetischen Ventilantriebseinrichtung zu betätigen, werden die Betriebsbedingungen der Ventilheber 10 des Einlaßventils 1 und der Auslaßventile 2, 2, d.h. die Betriebsbedingungen des Ventilantriebssystems, geprüft (Schritt 45).
Wenn keine Abnormalität in den Betriebsbedingungen des Ventilantriebssystems jedes der Einlaß- und Auslaßventile 1, 2, 2 gefunden wird, werden diese Ventile 1, 2, 2 durch die elektromagnetische Kraft mit der vorbestimmten Ventilzeitsteuerung gesteuert, die im voraus berechnet wurde, und diese zwei Auslaßventile 2, 2 werden geöffnet, wenn sich der Kolben 7 so dicht als möglich am unteren Totpunkt nahe dem Ende des Verbrennungshubes und am Beginn des Auslaßhubes befindet. Auf diese Weise wird das Abgas in einer möglichst großen Menge innerhalb der Verbrennungskammer zurückgehalten, um das Ausströmen der Abgasenergie zu verhindern und die geleistete Arbeit zu vergrößern. Die Steuerung wird dann so durchgeführt, daß das Ansaugventil nach Verlauf einer vorbestimmten Zeitspanne geöffnet wird (Schritt 46).

Claims

1. Wärmeisolierter Zweitaktmotor mit:

einem Zylinderblock (6), der Zylinder enthält;

einem am Zylinderblock (6) befestigten Zylinderkopf (3) und Verbrennungskammern (8) in den Zylindern;

Auslaßkanälen (22), die im Zylinderkopf (3) ausgebildet sind;

Auslaßventilen (2) zum Öffnen und Schließen der Auslaßkanäle (22);

Einlaßkanälen (9), die in einem unteren Bereich des Zylinderblocks (6) ausgebildet sind und mit Einlaßöffnungen (5) in Verbindung stehen, die in die Verbrennungskammern (8) münden; und in den Einlaßkanälen (9) angeordneten Einlaßventilen (1) zum Öffnen und Schließen der Einlaßkanäle (9),

dadurch gekennzeichnet, daß:

Zylinderlaufbuchsen (4) in die Zylinder eingepaßt sind, die mit dem Zylinderkopf (3) die Verbrennungskammern (8) bilden, wobei die Verbrennungskammern (8) einen wärmeisolierten Aufbau haben und die Einlaßöffnungen (5) in den Zylinderlaufbuchsen (4) im Umfangsbereich und in einem unteren Bereich der Zylinderlaufbuchsen (4) entfernt vom Zylinderkopf (3) ausgebildet sind;

eine elektromagnetische Ventilantriebseinrichtung (10) zum Öffnen und Schließen der Auslaßventile (2) und der Einlaßventile (1) durch elektromagnetische Kraft vorgesehen ist;

eine Erfassungseinrichtung (14, 29, 31, 35) zum Erfassen der Betriebszustände des Motors und zum Abgeben von diese Zustände anzeigenden Erfassungssignalen vorgesehen ist, wobei die Erfassungseinrichtung einen Drehsensor (14) zum Erfassen der Drehzahl des Motors einschließt; und

eine Steuereinrichtung (15) zum Steuern des Öffnens und Schließens der Einlaßventile (1) und der Auslaßventile (2) in Abhängigkeit von den Erfassungssignalen aus der Erfassungseinrichtung (14, 29, 31, 35) vorgesehen ist, wobei die Steuereinrichtung geeignet ist, die Auslaßventile (2) mit verzögertem Öffnen derart zu betreiben, daß die Auslaßventile (2) zu einem Zeitpunkt im Zyklus nahe dem unteren Totpunkt der Kolbenstellung in Abhängigkeit von einem Erfassungssignal aus dem Drehsensor (14) geöffnet werden, das bedeutet, daß die Motordrehzahl (NE) unterhalb eines vorbestimmten Wertes (NE1) liegt.

2. Wärmeisolierter Zweitaktmotor nach Anspruch 1, bei welchem die Auslaßkanäle (22) je Zylinder in dem Zylinderkopf (3) ausgebildet sind und die jeweiligen Auslaßventile (2) in den Auslaßkanälen (22) angeordnet sind.

3. Wärmeisolierter Zweitaktmotor nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei welchem die Einlaßkanäle (9) je Zylinder in dem unteren Bereich des Zylinderblocks (6) ausgebildet sind, und die Einlaßventile (1) in den jeweiligen Einlaßkanälen (9) angeordnet sind.

4. Wärmeisolierter Zweitaktmotor nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei welchem die Einlaßventile (1) und die Auslaßventile (2) aus nichtmagnetischem Keramikmaterial hergestellt sind.

5. Wärmeisolierter Zweitaktmotor nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei welchem die elektromagnetische Antriebseinrichtung (10) Schiebeteile (19), die aus einem magnetischen Material hergestellt und an einem oberen Ende der jeweiligen Ventile (1, 2) befestigt sind, Schiebeteilspulen (24) zum Erregen der Schiebeteile (19), Festteile (35), die aus einem magnetischen Material hergestellt und oberhalb der Schiebeteile (19) derart angeordnet sind, daß sie den Schiebeteilen (19) gegenüberliegen, Festteilspulen (20) zum Erregen der Festteile (25), wobei eine elektromagnetische Kraft auf die Schiebeteile (19) wirkt, und Ventilfedern (26) zum Erzeugen einer Rückstellkraft für die Schiebeteile (19) auf weist.

6. Wärmeisolierter Zweitaktmotor nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei welchem die Erfassungseinrichtung einen Lagesensor (35) zum Erfassen eines Kurbelwinkels aufweist, wobei die Steuereinrichtung (15) so ausgebildet ist, daß sie den Betrieb der Einlaßventile (1) und der Auslaßventile (2) in Abhängigkeit von einem Erfassungssignal aus dem Lagesensor (35) steuert.