EP4722510A1 - Zweitaktmotor - Google Patents

Abstract

Ein Zweitaktmotor (1) weist einen Zylinder (2) auf, in dem ein Kolben (5) hin- und hergehend gelagert ist. Der Zweitaktmotor (1) umfasst einen Ansaugkanal (9), der mit einer Ansaugkanalöffnung (10) in einen Kurbelgehäuseinnenraum (14) mündet, und einen Luftkanal (11), der mit mindestens einer Luftkanalöffnung (12) an einer Zylinderbohrung (13) des Zylinders (2) mündet. Der Zweitaktmotor (1) umfasst mindestens einen Überströmkanal (17, 18). Der Kolben (5) weist mindestens eine Kolbentasche (16) auf. Es ist eine Kraftstoffzuführeinrichtung (15) vorgesehen. Die mindestens eine Kolbentasche (16) weist mindestens einen Abschnitt (23) auf, der so gestaltet und angeordnet ist, dass beim Abwärtshub des Kolbens (5) eine fluidische Verbindung zwischen der mindestens einen Kolbentasche (16) und der mindestens einen Luftkanalöffnung (12) bis zu einem Kurbelwellenwinkel (α) von mindestens 40° vor dem unteren Totpunkt (UT) besteht.

Description

• Die Erfindung betrifft einen Zweitaktmotor der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Gattung.
• Aus der DE 10 2010 045 016 A1 ist ein handgeführtes Arbeitsgerät mit einem gattungsgemäßen Zweitaktmotor bekannt. Die Kraftstoffzufuhr erfolgt über einen Vergaser in Abhängigkeit des Unterdrucks im Ansaugkanal.
• Es hat sich gezeigt, dass bei bekannten Zweitaktmotoren insbesondere in bestimmten Drehzahlbereichen eine unzureichende Kraftstoffzufuhr erfolgen kann. Dies hat sich insbesondere bei hohen Drehzahlen gezeigt.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Zweitaktmotor der gattungsgemäßen Art zu schaffen, mit dem in allen Betriebszuständen eine ausreichende Kraftstoffzufuhr erfolgen kann.
• Diese Aufgabe wird durch einen Zweitaktmotor mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
• Es hat sich gezeigt, dass die unzureichende Kraftstoffzufuhr daher rühren kann, dass der Druck im Ansaugkanal in mindestens einem Drehzahlbereich in mindestens einem Zeitraum zu hoch ist. Dadurch ist die für die Ansaugung von Kraftstoff benötigte Druckdifferenz zwischen Kraftstoffzuführsystem und Ansaugkanal insbesondere bei Kraftstoffsystemen, die mit geringem Überdruck oder näherungsweise drucklos arbeiten, unter Umständen nicht gegeben. Es hat sich gezeigt, dass diese geringe Druckdifferenz bei bekannten Zweitaktmotoren vor dem Zeitpunkt eines Motorzyklus auftreten kann, zu dem der Ansaugkanal mit dem Kurbelgehäuseinnenraum über die Ansaugkanalöffnung verbunden wird, also im Bereich der Steuerzeit des Öffnens der Ansaugkanalöffnung.
• Um den Druck im Ansaugkanal bereits absenken zu können, bevor der Ansaugkanal über die Ansaugkanalöffnung mit dem Kurbelgehäuseinnenraum verbunden ist, ist erfindungsgemäß vorgesehen, die Verbindung der Kolbentasche mit der Luftkanalöffnung beim Abwärtshub des Kolbens länger als üblich aufrecht zu erhalten. Es hat sich gezeigt, dass bei frühem Schließen der Kolbentasche beim Abwärtshub des Kolbens in der Kolbentasche vergleichsweise hoher Druck herrschen kann. Beim Abwärtshub des Kolbens werden üblicherweise zunächst die Überströmfenster zur Kolbentasche geschlossen und anschließend wird die Luftkanalöffnung zur Kolbentasche geschlossen. An der Luftkanalöffnung herrscht der Druck, der zu diesem Zeitpunkt im Luftkanal herrscht. Dies kann der gleiche Druck wie der Druck im Ansaugkanal sein.
• Der vergleichsweise hohe Überdruck, der beim Schließen der Kolbentasche bei bekannten Zweitaktmotoren beim Abwärtshub des Kolbens in der Kolbentasche herrschen kann, kann beim erneuten Öffnen der Kolbentasche zum Luftkanal zu einem Druckanstieg im Luftkanal führen. Dieser erhöhte Druck kann sich beispielsweise über eine fluidische Verbindung von Ansaugkanal und Luftkanal in den Ansaugkanal übertragen.
• Erfindungsgemäß ist nun vorgesehen, dass die fluidische Verbindung von Luftkanalöffnung und Kolbentasche bis zu einem Kurbelwellenwinkel von mindestens 40° vor dem unteren Totpunkt besteht. Im Bereich des unteren Totpunkts und auch bereits davor herrscht im Luftkanal wie auch im Ansaugkanal üblicherweise etwa Umgebungsdruck. Dadurch, dass die Verbindung zwischen Kolbentasche und Luftkanalöffnung länger als üblich aufrechterhalten wird, kann der Überdruck in der Kolbentasche frühzeitig allmählich abgebaut werden. Beim erneuten Öffnen der Kolbentasche zum Luftkanal beim folgenden Aufwärtshub werden dadurch der Druck im Luftkanal und insbesondere auch der Druck im Ansaugkanal verringert. Diese Druckverringerung kann ausreichend sein, das Druckniveau im Ansaugkanal so abzusenken, dass Kraftstoff in den Ansaugkanal unter geringem Druck zugeführt werden kann.
• Die Kraftstoffzufuhr erfolgt insbesondere über einen Vergaser oder über ein Kraftstoffventil. Der in den Ansaugkanal zugeführte Kraftstoff steht insbesondere unter geringem Druck. Insbesondere beträgt der Überdruck des Kraftstoffs höchstens 1 bar, insbesondere höchstens 500 mbar über dem Atmosphärendruck. Insbesondere beträgt der Überdruck des Kraftstoffs höchstens 200 mbar, insbesondere 50 mbar bis 150 mbar über dem Atmosphärendruck.
• Kraftstoffsysteme, die den Kraftstoff unter sehr geringem Überdruck zudosieren, können einfach aufgebaut sein. Insbesondere ist eine Kraftstoffpumpe des Kraftstoffsystems von der rotierenden Kurbelwelle des Zweitaktmotors angetrieben. Es ergibt sich ein einfacher Aufbau. Insbesondere umfasst der Zweitaktmotor einen Vergaser und der Kraftstoff wird aufgrund des Unterdrucks im Ansaugkanal in den Ansaugkanal angesaugt. Der Vergaser kann ein elektrisch betätigtes Ventil, insbesondere ein elektromagnetisches Ventil aufweisen, um die Kraftstoffzufuhr ergänzend zu steuern. Alternativ kann der Zweitaktmotor ein Kraftstoffventil, beispielsweise ein elektromagnetisches Ventil, aufweisen, das den Kraftstoff zuführt.
• Der Abschnitt der Kolbentasche, der die fluidische Verbindung zwischen Kolbentasche und Luftkanalöffnung herstellt, dient lediglich dazu, einen Druckausgleich zwischen Kolbentasche und Luftkanal bis zu einem gewünschten Zeitpunkt während des Abwärtshubs des Kolbens zu ermöglichen. Hierzu weist der Abschnitt insbesondere einen geringen Strömungsquerschnitt auf.
• Insbesondere sind Ansaugkanal und Luftkanal fluidisch verbunden.
• Insbesondere sind Ansaugkanal und Luftkanal über ein gemeinsames Drosselelement gesteuert. Im Bereich des Drosselelements sind die Kanäle zumindest außerhalb der Volllast insbesondere im Bereich des Drosselelements fluidisch miteinander verbunden.
• Der Abschnitt weist insbesondere eine Breite auf, die weniger als 50%, insbesondere weniger als 80% der maximalen Breite der Kolbentasche beträgt. Sowohl die Breite des Abschnitts als auch die Breite der Kolbentasche sind dabei in einer Abwicklung des Kolbens senkrecht zur Längsmittelachse der Zylinderbohrung gemessen. Die Breite ist in Umfangsrichtung des Kolbens bzw. in Umfangsrichtung der Zylinderbohrung gemessen.
• Der Abschnitt weist insbesondere eine parallel zur Längsmittelachse gemessene Höhe auf, die mindestens 3%, insbesondere mindestens 5% eines Hubs des Kolbens entspricht.
• Der Abschnitt soll insbesondere nicht die Steuerzeit der Verbindung der Kolbentasche mit den Überströmfenstern beim Aufwärtshub des Kolbens verändern. Hierzu ist insbesondere vorgesehen, dass der Abschnitt in einem Umfangsbereich des Kolbens liegt, der in keiner Kolbenstellung in Überdeckung mit einem Überströmfenster liegt.
• Eine einfache Gestaltung ergibt sich, wenn der Abschnitt sich an einer Oberkante der Kolbentasche erstreckt. Insbesondere ist der Abschnitt als Nut ausgebildet.
• Der Abschnitt bildet insbesondere eine Vorsteuernut. Der Abschnitt verändert insbesondere die Steuerzeit der Verbindung von Kolbentasche und Luftkanal, ohne die Steuerzeit der Verbindung der Kolbentasche mit den Überströmfenstern zu verändern.
• Der Strömungsquerschnitt der von dem Abschnitt hergestellten fluidischen Verbindung beträgt insbesondere weniger als 50%, insbesondere weniger als 80% des maximalen Strömungsquerschnitts der Verbindung von Kolbentasche und Luftkanalöffnung.
• Insbesondere sind die mindestens eine Luftkanalöffnung und die mindestens eine Kolbentasche derart gestaltet und angeordnet, dass die fluidische Verbindung zwischen der mindestens einen Kolbentasche und der mindestens einen Luftkanalöffnung beim Abwärtshub des Kolbens zu einem Zeitpunkt verschlossen wird, zu dem im Luftkanal bei mindestens einem Betriebszustand, insbesondere zumindest bei Volllast, Umgebungsdruck oder ein geringerer Druck als Umgebungsdruck herrscht.
• Insbesondere wird der Kraftstoff über ein Kraftstoffventil zugeführt. Die Kraftstoffzufuhr erfolgt insbesondere in mindestens einem Betriebszustand zumindest teilweise zu einem Zeitpunkt, zu dem die Ansaugkanalöffnung nicht mit dem Kurbelgehäuseinnenraum verbunden ist.
• Der Kolben weist insbesondere mindestens eine Kolbenringnut auf. Die Kolbentasche weist zu der Kolbenringnut insbesondere einen Abstand auf, der kleiner als 8 mm, insbesondere kleiner als 5 mm ist. Der Abstand ist dabei parallel zur Längsmittelachse der Zylinderbohrung gemessen. Der Abstand ist insbesondere möglichst klein.
• Der Zweitaktmotor weist insbesondere einen Luftfilter auf, in den der Ansaugkanal und der Luftkanal münden. Insbesondere wird über den Luftfilter die Luft für den Betrieb des Zweitaktmotors angesaugt.
• Insbesondere sind der Ansaugkanal und der Luftkanal in einem Reinraum des Luftfilters fluidisch miteinander verbunden.
• Der Ansaugkanal und der Luftkanal weisen insbesondere stromab des Luftfilters eine Verbindung auf, über die der Ansaugkanal und der Luftkanal fluidisch verbunden sind. Insbesondere weisen der Ansaugkanal und der Luftkanal einen gemeinsamen Kanalabschnitt auf, in dem ein steuerbares Drosselelement angeordnet ist, das den freien Strömungsquerschnitt von Ansaugkanal und Luftkanal steuert. Insbesondere besteht die fluidische Verbindung von Ansaugkanal und Luftkanal in dem Bereich des steuerbaren Drosselelements. Insbesondere besteht die fluidische Verbindung zumindest bei vollständig geschlossenem und/oder nur teilweise geöffnetem Drosselelement. Bei vollständig geöffnetem Drosselelement kann die fluidische Verbindung von Ansaugkanal und Luftkanal durch das Drosselelement verschlossen sein. Insbesondere sind Luftkanal und Ansaugkanal durch eine Trennwand voneinander getrennt. Das Drosselelement ist insbesondere in einer Öffnung der Trennwand angeordnet. Insbesondere verschließt das Drosselelement in vollständig geöffneter Position die Öffnung in der Trennwand.
• Die Kraftstoffzuführeinrichtung ist insbesondere ein Kraftstoffventil. Insbesondere ist die Kraftstoffzuführeinrichtung ein mit Überdruck von höchstens 1 bar, insbesondere höchstens 500 mbar, insbesondere höchstens 200 mbar, insbesondere 50 mbar bis 150 mbar über dem Atmosphärendruck. arbeitendes Kraftstoffventil.
• Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand der Zeichnung erläutert. Es zeigen:

Fig. 1

eine schematische Darstellung eines Zweitaktmotors,

Fig. 2

eine perspektivische Darstellung eines Kolbens des Zweitaktmotors aus Fig. 1,

Fig. 3

eine Abwicklung von Kolben und Zylinderbohrung des Zweitaktmotors aus Fig. 1 im unteren Totpunkt des Kolbens,

Fig. 4

eine ausschnittsweise Abwicklung gemäß Fig. 3 für ein alternatives Ausführungsbeispiel des Kolbens des Zweitaktmotors,

Fig. 5

eine ausschnittsweise Schnittdarstellung des Zweitaktmotors im Bereich von Kolben und Luftkanalöffnung,

Fig. 6

ein schematisches Diagramm, das einen möglichen Druckverlauf im Ansaugkanal bei einem Zweitaktmotor nach dem Stand der Technik und bei einem Zweitaktmotor nach der Erfindung zeigt.

• Fig. 1 zeigt schematisch einen Zweitaktmotor 1. Der Zweitaktmotor 1 ist insbesondere der Antriebsmotor in einem Arbeitsgerät wie beispielsweise einer Motorsäge, einem Trennschleifer, einem Freischneider, einem Blasgerät oder dergleichen. Das Arbeitsgerät kann beispielsweise auch ein Rasenmäher sein. Das Arbeitsgerät ist insbesondere ein handgeführtes Arbeitsgerät. Insbesondere ist das Arbeitsgerät ein handgetragenes Arbeitsgerät.
• Der Zweitaktmotor 1 umfasst einen Zylinder 2, in dem eine Zylinderbohrung 13 ausgebildet ist. Die Zylinderbohrung 13 weist eine Längsmittelachse 29 auf. In der Zylinderbohrung 13 ist ein Brennraum 3 ausgebildet. In den Brennraum 3 ragt eine Zündkerze 28. Der Brennraum 3 ist von einem Kolben 5 begrenzt. Der Kolben 5 ist in der Zylinderbohrung 13 hin- und hergehend gelagert. Der Kolben 5 treibt über ein Pleuel 6 eine in einem Kurbelgehäuse 4 um eine Drehachse 8 drehbar gelagerte Kurbelwelle 7 an. Das Kurbelgehäuse 4 weist einen Kurbelgehäuseinnenraum 14 auf.
• In Fig. 1 ist der Kolben 5 in seinem unteren Totpunkt UT dargestellt. Im unteren Totpunkt UT weist der Kolben 5 den geringsten Abstand zur Drehachse 8 der Kurbelwelle 7 auf. Der untere Totpunkt UT bildet die eine Endlage bei der hin- und hergehenden Bewegung des Kolbens 5. In der anderen Endlage des Kolbens 5 befindet sich der Kolben 5 in seinem oberen Totpunkt OT. Im oberen Totpunkt OT weist der Kolben 5 den maximalen Abstand zur Drehachse 8 der Kurbelwelle 7 auf. Zwischen dem unteren Totpunkt UT und dem oberen Totpunkt OT führt der Kolben 5 einen Hub h aus. Der Hub h ist parallel zur Längsmittelachse 29 gemessen.
• Im Bereich des oberen Totpunkts OT ist der Kurbelgehäuseinnenraum 14 mit dem Brennraum 3 über Überströmkanäle 17, 18 verbunden. Im Ausführungsbeispiel sind zwei einlassnahe Überströmkanäle 17 und zwei auslassnahe Überströmkanäle 18 vorgesehen, von denen in der Schnittdarstellung in Fig. 1 jeweils nur einer gezeigt ist. Jeder einlassnahe Überströmkanal 17 mündet mit einem Überströmfenster 19 in den Brennraum 3. Jeder auslassnahe Überströmkanal 18 mündet mit einem Überströmfenster 20 in den Brennraum 3.
• Im Ausführungsbeispiel sind alle Überströmkanäle 17 und 18 zusammengeführt und münden an einer gemeinsamen Mündungsöffnung 21 in den Kurbelgehäuseinnenraum 14. Die Mündungsöffnung 21 ist im Ausführungsbeispiel bei Blickrichtung in Richtung der Längsmittelachse 29 etwa unter der Auslassöffnung 36 angeordnet. Auch eine alternative Lage von einer oder mehreren Mündungsöffnungen 21 der Überströmkanäle 17 und 18 kann vorteilhaft sein.
• Aus dem Brennraum 3 führt eine Auslassöffnung 36. Der Zweitaktmotor 1 umfasst einen Luftfilter 30. Der Luftfilter 30 weist Filtermaterial 31 auf. Der Luftfilter 30 weist einen Reinraum 32 auf, in dem vom Filtermaterial 31 gefilterte Luft eintritt.
• Der Zweitaktmotor 1 umfasst einen Ansaugkanal 9 und einen Luftkanal 11. Der Ansaugkanal 9 und der Luftkanal 11 führen aus dem Reinraum 32. Der Ansaugkanal 9 mündet mit einer Ansaugkanalöffnung 10 an der Zylinderbohrung 13. Im Bereich des oberen Totpunkts OT des Kolbens 5 ist die Ansaugkanalöffnung 10 mit dem Kurbelgehäuseinnenraum 14 fluidisch verbunden. Die Ansaugkanalöffnung 10 ist vom Kolben 5 gesteuert und in Abhängigkeit der Position des Kolbens 5 geöffnet oder geschlossen.
• Der Luftkanal 11 mündet mit mindestens einer Luftkanalöffnung 12 (Fig. 3) an der Zylinderbohrung 13. Im Ausführungsbeispiel teilt sich der Luftkanal 11 in zwei Äste auf, die an zwei Luftkanalöffnungen 12 beidseitig der Ansaugkanalöffnung 10 münden, wie Fig. 3 zeigt.
• Wie Fig. 1 zeigt, ist am Ansaugkanal 9 eine Kraftstoffzuführeinrichtung 15 angeordnet, die dazu ausgebildet ist, Kraftstoff in den Ansaugkanal 9 zuzuführen. Im Ausführungsbeispiel ist als Kraftstoffzuführeinrichtung 15 ein Kraftstoffventil vorgesehen. Das Kraftstoffventil arbeitet insbesondere mit einem Überdruck von höchstens 1 bar, insbesondere höchstens 500 mbar über dem Atmosphärendruck. Insbesondere beträgt der Überdruck höchstens 200 mbar, insbesondere 50 mbar bis 150 mbar über dem Atmosphärendruck. Alternativ kann die Kraftstoffzuführeinrichtung 15 auch ein Vergaser sein.
• Luftkanal 11 und Ansaugkanal 9 sind über einen Teil ihrer Länge von einer Trennwand 26 getrennt. Luftkanal 11 und Ansaugkanal 9 weisen einen gemeinsamen Kanalabschnitt 33 auf, in dem Luftkanal 11 und Ansaugkanal 9 gemeinsam geführt sind. Im Ausführungsbeispiel erstreckt sich die Trennwand 26 nicht in den gemeinsamen Kanalabschnitt 33.
• Zur Steuerung der dem Zweitaktmotor 1 zugeführten Menge an Verbrennungsluft ist ein Drosselelement 25 vorgesehen. Im Ausführungsbeispiel ist das Drosselelement 25 schwenkbar gelagert. Im Ausführungsbeispiel ist das Drosselelement 25 eine Drosselklappe. Das Drosselelement 25 ist in dem gemeinsamen Kanalabschnitt 33 von Ansaugkanal 9 und Luftkanal 11 schwenkbar gelagert. Alternativ kann das Drosselelement in einer Verbindungsöffnung der Trennwand 26 angeordnet sein, wenn Luftkanal 11 und Ansaugkanal 9 keinen gemeinsamen Kanalabschnitt 33 aufweisen.
• In der in Fig. 1 dargestellten vollständig geöffneten Stellung des Drosselelements 25 trennt das Drosselelement 25 Luftkanal 11 und Ansaugkanal 9 im Bereich des gemeinsamen Kanalabschnitts 33 weitgehend. Ist das Drosselelement 25 teilweise geöffnet, wie in Fig. 1 schematisch für eine Teillaststellung des Drosselelements 25 mit gestrichelter Linie eingezeichnet ist, so sind Luftkanal 11 und Ansaugkanal 9 im gemeinsamen Kanalabschnitt 33 fluidisch miteinander verbunden. Die teilweise geöffnete Stellung des Drosselelements 25 ist in Fig. 1 mit dem Bezugszeichen 25' gekennzeichnet.
• Der Kolben 5 weist im Ausführungsbeispiel zwei Kolbenringnuten 34 und 35 auf. Alternativ kann vorgesehen sein, dass der Kolben 5 nur eine Kolbenringnut 34 und keine Kolbenringnut 35 aufweist. In der Kolbenringnut 34, 35 ist jeweils ein Kolbenring 24 angeordnet.
• Wie Fig. 1 auch zeigt, weist der Kolben 5 einen Kolbenboden 38 auf, der den Brennraum begrenzt. Im Ausführungsbeispiel ist der Kolbenboden 38 eben ausgebildet. Auch eine unebene Gestaltung des Kolbenbodens 38 kann vorteilhaft sein.
• Wie Fig. 2 zeigt, weist der Kolben 5 zwei Kolbentaschen 16 auf. Die Kolbentaschen 16 sind insbesondere symmetrisch zu einer Mittelebene 42 des Zylinders 2 (Fig. 3) ausgebildet. Die Mittelebene 42 ist die Schnittebene in Fig. 1. Die Mittelebene 42 liegt senkrecht zur Drehachse 8 der Kurbelwelle 7 und enthält die Längsmittelachse 29 der Zylinderbohrung 13.
• Wie Fig. 1 zeigt, ist der Kolben 5 über einen Kolbenbolzen 43 gelenkig am Pleuel 6 gelagert. Der Kolbenbolzen 43 ist im Kolben 5 in zwei Kolbenbolzenaugen 44 gelagert, von denen in Fig. 2 eines sichtbar ist. Wie Fig. 2 zeigt, ist das Kolbenbolzenauge 44 im Ausführungsbeispiel vollständig in der Kolbentasche 16 angeordnet.
• Im Betrieb des Zweitaktmotors 1 wird beim Aufwärtshub des Kolbens 5 über den Ansaugkanal 9 und die Ansaugkanalöffnung 10 Luft in den Kurbelgehäuseinnenraum 14 zugeführt. Dieser Luft wird über die Kraftstoffzuführeinrichtung 15 Kraftstoff zudosiert, so dass in den Kurbelgehäuseinnenraum 14 Kraftstoff/Luft-Gemisch gelangt. Im Bereich des oberen Totpunkts ist der Ansaugkanal 11 über die Luftkanalöffnungen 12 und Kolbentaschen 16 des Kolbens 5, die in Fig. 2 dargestellt sind, fluidisch mit den Überströmkanälen 17 und 18 verbunden. Die Kolbentaschen 16 liegen hierzu an der Zylinderbohrung 13 in Überdeckung mit den Überströmfenstern 19 und 20. Beim Aufwärtshub des Kolbens 5 herrscht im Kurbelgehäuseinnenraum 14 Unterdruck. Aufgrund des Unterdrucks im Kurbelgehäuseinnenraum 14 erfolgt die Ansaugung von Kraftstoff/Luft-Gemisch aus dem Ansaugkanal 9 in den Kurbelgehäuseinnenraum 14 und die Ansaugung von Luft aus dem Luftkanal 11 über die Überströmkanäle 17 und 18 in den Kurbelgehäuseinnenraum 14. Der Aufwärtshub des Kolbens ist dabei die Bewegung des Kolbens 5 vom unteren Totpunkt UT zum oberen Totpunkt OT. Im Bereich des oberen Totpunkts OT ist die Ansaugkanalöffnung 10 zum Kurbelgehäuseinnenraum 14 vollständig geöffnet. Der Luftkanal 11 ist über die mindestens eine Kolbentasche 16 und die Überströmfenster 19 und 20 mit den Überströmkanälen 17 und 18 fluidisch verbunden.
• Beim darauffolgenden Abwärtshub des Kolbens 5, also bei der Bewegung des Kolbens 5 vom oberen Totpunkt OT zum unteren Totpunkt UT, wird das Kraftstoff/Luft-Gemisch im Kurbelgehäuseinnenraum 14 verdichtet. Sobald die Überströmfenster 19 und 20 zum Brennraum 3 vom Kolben 5 geöffnet werden, strömt zunächst die in den Überströmkanälen 17 und 18 aus dem Luftkanal 11 vorgelagerte Luft in den Brennraum 3 ein und spült Abgase aus dem vorangegangenen Motorzyklus aus dem Brennraum 3 aus. Über die Überströmkanäle 17 und 18 strömt frisches Kraftstoff/Luft-Gemisch aus dem Kurbelgehäuseinnenraum 14 in den Brennraum 3 nach. Im unteren Totpunkt UT sind die Luftkanalöffnung 12 und die Überströmfenster 19 und 20 vollständig in Überdeckung mit der Kolbentasche 16. Nachdem die Überströmfenster 19 und 20 sowie die Auslassöffnung 36 beim Aufwärtshub des Kolbens 5 vom Kolben 5 geschlossen wurden, wird das Kraftstoff/Luft-Gemisch im Brennraum 3 verdichtet und im Bereich des oberen Totpunkts OT von der Zündkerze 28 gezündet. Die darauf folgende Verbrennung beschleunigt den Kolben 5 zurück in Richtung auf den unteren Totpunkt UT.
• Die Position des Kolbens 5 ist vorliegend als Kurbelwellenwinkel α angegeben. Der Kurbelwellenwinkel α bezeichnet die Drehlage der Kurbelwelle 7 um die Drehachse 8 der Kurbelwelle 7. Die in Fig. 1 dargestellte Position des unteren Totpunkts UT entspricht dabei einem Kurbelwellenwinkel α von 0°, und die Position des Kolbens 5 im oberen Totpunkt OT entspricht einem Kurbelwellenwinkel α von 180°. Im unteren Totpunkt UT und im oberen Totpunkt OT liegt eine Schwenkachse 41, um die das Pleuel 6 an der Kurbelwelle 7 schwenkbar gelagert ist, im Ausführungsbeispiel auf der Längsmittelachse 29 der Zylinderbohrung 13.
• Die Kolbentasche 16 weist eine Oberkante 22 auf, wie Fig. 2 zeigt. Die Oberkante 22 ist die dem Kolbenboden 38 naheliegende Seite der Kolbentasche 16, die beim Hub des Kolbens 5 in Überdeckung mit den Überströmfenstern 19 und 20 kommt. Die Oberkante 22 bestimmt damit die Steuerzeit der Verbindung der Kolbentasche 16 zu den Überströmfenstern 19 und 20. Wie Fig. 2 zeigt, ist an der Oberkante 22 ein Abschnitt 23 der Kolbentasche 16 angeordnet, der sich von der Oberkante 22 in Richtung auf den Kolbenboden 38 erstreckt.
• Der Abschnitt 23 stellt eine fluidische Verbindung zwischen der Kolbentasche und der Luftkanalöffnung 12 her, bevor die Oberkante 22 in Überdeckung mit der Luftkanalöffnung 12 zu liegen kommt. Der Abschnitt 23 weist eine parallel zur Längsmittelachse 29 gemessene Höhe c auf. Die Höhe c ist dabei zu der Oberkante 22, also zu einem Bereich der Kolbentasche, der beim Kolbenhub in Überdeckung mit einem Überströmfenster 19, 20 kommt, gemessen.
• Zu der Kolbenringnut 35, die dem Kolbenboden 38 entfernt liegt, weist der Abschnitt 23 einen parallel zur Längsmittelachse 29 (Fig. 1) gemessenen Abstand d auf. Der Abstand d ist vorteilhaft möglichst klein. Der Abstand d beträgt insbesondere weniger als 8 mm, insbesondere weniger als 5 mm. Die Höhe c ist insbesondere möglichst groß gewählt. Die Höhe c beträgt insbesondere mindestens 3%, insbesondere mindestens 5% des Hubs h des Kolbens 5.
• Die Höhe c ist insbesondere so ausgebildet, dass die Kolbentasche 16 zu der mindestens einen Kolbenringnut 34, 35 einen Abstand d aufweist, der größer als 1% des Kolbenhubs ist.
• Wie Fig. 2 zeigt, weist der Kolben 5 zwischen den Kolbentaschen 16 und dem Kolbenboden 38 Zusatztaschen 37 auf. Die Zusatztaschen 37 sind in den Fig. 3 und 4 nicht dargestellt. Die Zusatztaschen 37 sind so angeordnet, dass sie beim Hub des Kolbens 5 nur mit einer funktionalen Öffnung an der Zylinderbohrung 13 in Verbindung stehen. Im Ausführungsbeispiel stehen die Zusatztaschen 37 mit den Überströmfenstern 20 in Verbindung. Die Zusatztaschen 37 dienen zur Gewichtsreduzierung des Kolbens 5. Die Zusatztaschen 37 beeinflussen die Steuerzeiten des Zweitaktmotors 1 nicht.
• Fig. 3 zeigt eine Abwicklung von Zylinderbohrung 13 und Kolben 5 im unteren Totpunkt UT des Kolbens 5. Die Kolbentasche 16 besitzt eine Breite b. Die Breite b ist in der Abwicklung und senkrecht zur Längsmittelachse 29 gemessen. Der Abschnitt 23 weist eine Breite a auf. Die Breite a ist in der Abwicklung und senkrecht zur Längsmittelachse 29 gemessen. Die Breite a und die Breite b sind in der gleichen Richtung am Umfang des Kolbens 5 und benachbart zur Zylinderbohrung 13 gemessen. Es ist vorgesehen, dass die Breite a kleiner als die Breite b ist. Die Breite a beträgt insbesondere weniger als 50%, insbesondere weniger als 80% der Breite b. Die Breite b ist dabei die maximale Breite der Kolbentasche 16 in der Abwicklung in Richtung senkrecht zur Längsmittelachse 29.
• Der Abschnitt 23 ist so gestaltet und angeordnet, dass beim Abwärtshub des Kolbens 5 bis zu einem Kurbelwinkel α von mindestens 40° vor dem unteren Totpunkt UT eine fluidische Verbindung besteht zwischen der Kolbentasche 16 und der Luftkanalöffnung 12.
• Fig. 4 zeigt eine alternative Ausführungsvariante. Der Abschnitt 23 weist beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 4 eine Höhe c' auf. Die Höhe c' ist größer als die Höhe c. Die Höhe c' ist so gewählt, dass der Abschnitt 23 auch im unteren Totpunkt UT mit der Luftkanalöffnung 12 verbunden ist.
• Fig. 5 zeigt die Anordnung des Abschnitts 23 in einer Position, in der der Abschnitt 23 eine Verbindung zwischen der Kolbentasche 16 und der Luftkanalöffnung 12 herstellt. Die Oberkante 22 der Kolbentasche 16 ist in dieser Position des Kolbens 5 noch nicht in Überdeckung mit der Luftkanalöffnung 12. Aufgrund des Abschnitts 23 bleibt die Kolbentasche 16 beim Abwärtshub des Kolbens 5 länger mit der Luftkanalöffnung 12 verbunden. Beim Aufwärtshub des Kolbens 5 stellt der Abschnitt 23 zu einem früheren Zeitpunkt eine fluidische Verbindung von Kolbentasche 16 und Luftkanal 11 her.
• Der Abschnitt 23 ist als Nut ausgebildet. Der Abschnitt 23 bildet eine Vorsteuernut. Der Abschnitt 23 weist einen geringen Strömungsquerschnitt auf. Der Abschnitt 23 ist in einem Umfangsbereich 40 des Kolbens 5 angeordnet, wie Fig. 3 zeigt. Die Oberkante 22 ist in einem daran in Umfangsrichtung anschließenden Umfangsbereich 39 angeordnet. Wie Fig. 3 zeigt, ist der Umfangsbereich 40 am Umfang seitlich versetzt zu den Überströmfenstern 19 und 20. Dadurch kommt der Abschnitt 23 bei der Hubbewegung des Kolbens 5 ausschließlich mit der Luftkanalöffnung 12 in Überdeckung. Der Abschnitt 23 liegt in keiner Stellung des Kolbens 5 in Überdeckung zu einem der Überströmfenster 19 bzw. 20.
• Der Abschnitt 23 stellt eine fluidische Verbindung zwischen Luftkanalöffnung 12 und Kolbentasche 16 her. Der Strömungsquerschnitt dieser fluidischen Verbindung beträgt insbesondere weniger als 50%, insbesondere weniger als 80% des maximalen Strömungsquerschnitts der Verbindung von Kolbentasche 16 und Luftkanalöffnung 12. Der maximale Strömungsquerschnitt der Verbindung von Kolbentasche 16 und Luftkanalöffnung 12 wird insbesondere durch den Strömungsquerschnitt der Luftkanalöffnung 12 bestimmt.
• Fig. 6 zeigt schematisch den Druck p im Ansaugkanal 9 während einer Umdrehung der Kurbelwelle 7. Der Druck p ist für einen nicht erfindungsgemäßen Zweitaktmotor als Kurve 50 dargestellt. In Fig. 6 ist außerdem schematisch der Mitteldruck p_m im Kurbelgehäuseinnenraum 14 angegeben. In Fig. 6 ist außerdem ein Druck p₁ eingezeichnet, der dem Druck des zuzuführenden Kraftstoffs entspricht. Der Druck p₁ ist in Fig. 6 als konstanter Druck angegeben. Der Druck p₁ kann je nach Kraftstoffsystem auch schwanken.
• Während einer Zeitspanne 51 ist die Kraftstoffzuführeinrichtung 15 geöffnet. Dies ist insbesondere dann vorgesehen, wenn die Kraftstoffzuführeinrichtung 15 ein Kraftstoffventil umfasst, das mit einer Steuereinrichtung des Zweitaktmotors geöffnet und geschlossen wird. Alternativ kann die Kraftstoffzufuhr auch über einen Vergaser erfolgen und über die gesamte Umdrehung der Kurbelwelle geöffnet sein. Die Kraftstoffzufuhr kann auch über einen Vergaser mit elektrischem Ventil erfolgen, bei dem durch Öffnen und Schließen des Ventils gesteuert werden kann, zu welchen Zeitspannen Kraftstoff angesaugt werden kann.
• Die Zeitspanne 51 erstreckt sich von einem Zeitpunkt t₁ bis zu einem Zeitpunkt t₅. Zum Zeitpunkt t₁ liegt der Druck p im Ansaugkanal 9 unter dem Druck p₁ und Kraftstoff kann aufgrund der Druckdifferenz zugeführt werden. Der Druck im Kurbelgehäuseinnenraum 14 steigt zwischen dem unteren Totpunkt UT und dem oberen Totpunkt OT an, und zwar auf einen Druck p₂. Zwischen einem Zeitpunkt t₂ und einem Zeitpunkt t₃ liegt der Druck im Kurbelgehäuseinnenraum 14 oberhalb des Kraftstoffdrucks p₁. Während dieser Zeitspanne kann eine Kraftstoffzufuhr in den Ansaugkanal 9 bei einem nicht erfindungsgemäßen Zweitaktmotor nicht gewährleistet werden.
• Zu einem Zeitpunkt t₄, der später liegt als der Zeitpunkt t₃, wird die Ansaugkanalöffnung 10 geöffnet. Daraufhin nimmt der Druck im Ansaugkanal 9 sehr stark ab und ist im Bereich des oberen Totpunkts OT minimal, bis er weiter ansteigt. Zu einem Zeitpunkt t₅ schließt die Kraftstoffzuführeinrichtung 15. Zum Zeitpunkt t₆ schließt die Ansaugkanalöffnung 10. In einer Zeitspanne 52 ist die Ansaugkanalöffnung 10 mit dem Kurbelgehäuseinnenraum 14 fluidisch verbunden. Bei weiterem Abwärtshub des Kolbens 5 steigt der Druck im Ansaugkanal 9 erneut an und sinkt dann wieder ab.
• Bei üblichen Zweitaktmotoren 1 wird die Verbindung von Kolbentasche 16 und Luftkanalöffnung 12 beispielsweise zum Zeitpunkt t₇ unterbrochen. Erfindungsgemäß ist nun vorgesehen, den Zeitpunkt des Schließens der Kolbentasche 16 auf einen späteren Zeitpunkt t₈ zu verschieben, wie schematisch durch den Pfeil 53 in Fig. 6 dargestellt ist. Alle weiteren Steuerzeiten des Zweitaktmotors 1 bleiben insbesondere unverändert. Für die Beschreibung der weiteren Steuerzeiten des erfindungsgemäßen Zweitaktmotors 1 wird auf die vorstehende Beschreibung des nicht erfindungsgemäßen Zweitaktmotors 1 verwiesen.
• Zwischen dem Zeitpunkt t₇ und dem Zeitpunkt t₈ sinkt der Druck im Ansaugkanal 9. Insbesondere sinkt der Druck im Luftkanal 11 entsprechend, beispielsweise aufgrund eines gemeinsamen Kanalabschnitts 33 oder aufgrund einer fluidischen Verbindung von Luftkanal 11 und Ansaugkanal 9 im Reinraum 32 des Luftfilters 30. Dadurch, dass die Verbindung von Kolbentasche 16 und Luftkanalöffnung 12 länger aufrechterhalten wird als bisher üblich, so dass ein Druckausgleich stattfinden kann, kann das Druckniveau in der Kolbentasche 16 verringert werden. Dadurch kann das Druckniveau im Ansaugkanal 9 nach dem Öffnen der Kolbentasche 16 zur Luftkanalöffnung 12, die beispielsweise etwa zum Zeitpunkt t₁ erfolgen kann, verringert werden, wie durch den Pfeil 54 in Fig. 6 verdeutlicht ist. Ein exemplarischer sich ergebender Druckverlauf für den Druck im Ansaugkanal 9 mit einem erfindungsgemäßen Zweitaktmotor 1 ist mit gestrichelter Linie in Fig. 6 mit einer Kurve 55 angedeutet.
• Insbesondere sind die Kolbentasche 16 und die Luftkanalöffnung 12 derart gestaltet und angeordnet, dass die fluidische Verbindung zwischen der Kolbentasche 16 und der Luftkanalöffnung 12 beim Abwärtshub des Kolbens 5 zu einem Zeitpunkt t₈ geschlossen wird, zu dem im Luftkanal 11 ein Unterdruck, also ein Druck von 0 bar oder weniger herrscht.
• Insbesondere ist der Zweitaktmotor 1 so ausgebildet, dass das Öffnen des Luftpfads und das Öffnen des Gemischpfads etwa gleichzeitig erfolgen. Die Verbindung der beiden Überströmkanäle 17 und 18 mit der Kolbentasche 16 und die Verbindung der Ansaugkanalöffnung 10 mit dem Kurbelgehäuseinnenraum 14 erfolgt insbesondere zu Kurbelwellenwinkeln α, die um nicht mehr als 10° Kurbelwellenwinkel α, insbesondere um nicht mehr als 5° Kurbelwellenwinkel α zu einander beabstandet sind. Es kann vorteilhaft sein, dass die Überströmkanäle 17 und 18 mit der Kolbentasche 16 verbunden werden, bevor die Ansaugkanalöffnung 10 in den Kurbelgehäuseinnenraum 14 öffnet. Alternativ kann auch vorgesehen sein, dass die Ansaugkanalöffnung 10 mit dem Kurbelgehäuseinnenraum 14 verbunden ist, bevor die Überströmkanäle 17 und 18 mit der Kolbentasche 16 verbunden sind.

Claims (8)

1. Zweitaktmotor mit einem Zylinder (2), in dem ein Kolben (5) hin- und hergehend gelagert ist, wobei der Kolben (5) einen in dem Zylinder (2) ausgebildeten Brennraum (3) begrenzt, wobei der Kolben (5) eine in einem Kurbelgehäuse (4) drehbar gelagerte Kurbelwelle (7) rotierend antreibt, mit einem Ansaugkanal (9), der mit einer Ansaugkanalöffnung (10) in einen Kurbelgehäuseinnenraum (14) mündet, und mit einem Luftkanal (11), der mit mindestens einer Luftkanalöffnung (12) an einer Zylinderbohrung (13) mündet, mit mindestens einem Überströmkanal (17, 18), der mit mindestens einem Überströmfenster (19, 20) an der Zylinderbohrung (13) des Zylinders (2) mündet und der den Kurbelgehäuseinnenraum (14) im Bereich des unteren Totpunkts (UT) des Kolbens (5) fluidisch mit dem Brennraum (3) verbindet, wobei der Kolben (5) mindestens eine Kolbentasche (16) aufweist, die die mindestens eine Luftkanalöffnung (12) zumindest im Bereich des oberen Totpunkts (OT) des Kolbens (5) mit dem mindestens einen Überströmfenster (19, 20) verbindet, mit einer Kraftstoffzuführeinrichtung (15) zur Zufuhr von Kraftstoff in den Ansaugkanal (9),
   dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Kolbentasche (16) mindestens einen Abschnitt (23) aufweist, der so gestaltet und angeordnet ist, dass beim Abwärtshub des Kolbens (5) eine fluidische Verbindung zwischen der mindestens einen Kolbentasche (16) und der mindestens einen Luftkanalöffnung (12) bis zu einem Kurbelwellenwinkel (α) von mindestens 40° vor dem unteren Totpunkt (UT) besteht.
2. Zweitaktmotor nach Anspruch 1,
   dadurch gekennzeichnet, dass der Abschnitt (23) eine in einer Abwicklung des Kolbens (5) senkrecht zu einer Längsmittelachse (29) der Zylinderbohrung (13) gemessene Breite (a) aufweist, die weniger als 50%, insbesondere weniger als 80% der maximalen in einer Abwicklung des Kolbens (5) senkrecht zur Längsmittelachse (29) gemessenen Breite (b) der Kolbentasche (16) beträgt.
3. Zweitaktmotor nach Anspruch 1 oder 2,
   dadurch gekennzeichnet, dass der Abschnitt (23) eine parallel zur Längsmittelachse (29) gemessene Höhe (c) aufweist, die mindestens 3%, insbesondere mindestens 5% eines Hubs (h) des Kolbens (5) entspricht.
4. Zweitaktmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
   dadurch gekennzeichnet, dass der Abschnitt (23) in einem Umfangsbereich (40) des Kolbens (5) liegt, der in keiner Kolbenstellung in Überdeckung mit einem Überströmfenster (19, 20) liegt.
5. Zweitaktmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
   dadurch gekennzeichnet, dass der Abschnitt (23) sich an einer Oberkante (22) der Kolbentasche (16) erstreckt.
6. Zweitaktmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
   dadurch gekennzeichnet, dass der Abschnitt (23) als Nut ausgebildet ist.
7. Zweitaktmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
   dadurch gekennzeichnet, dass der Strömungsquerschnitt der von dem Abschnitt (23) hergestellten fluidischen Verbindung weniger als 50%, insbesondere weniger als 80% des maximalen Strömungsquerschnitts der Verbindung von Kolbentasche (16) und Luftkanalöffnung (12) beträgt.
8. Zweitaktmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
   dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben (5) mindestens eine Kolbenringnut (34, 35) aufweist, zu der die Kolbentasche (16) einen parallel zur Längsmittelachse (29) der Zylinderbohrung (13) gemessenen Abstand (d) aufweist, der kleiner als 8 mm, insbesondere kleiner als 5 mm ist.