WO2018166669A1 - Kolben, verbrennungsmotor und arbeitsgerät - Google Patents

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WO2018166669A1
WO2018166669A1 PCT/EP2018/050867 EP2018050867W WO2018166669A1 WO 2018166669 A1 WO2018166669 A1 WO 2018166669A1 EP 2018050867 W EP2018050867 W EP 2018050867W WO 2018166669 A1 WO2018166669 A1 WO 2018166669A1
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piston
extension
inlet opening
combustion engine
internal combustion
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PCT/EP2018/050867
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Michael Schönfeld
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Makita Corporation
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    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02F—CYLINDERS, PISTONS OR CASINGS, FOR COMBUSTION ENGINES; ARRANGEMENTS OF SEALINGS IN COMBUSTION ENGINES
    • F02F1/00—Cylinders; Cylinder heads 
    • F02F1/18—Other cylinders
    • F02F1/22—Other cylinders characterised by having ports in cylinder wall for scavenging or charging
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B33/00—Engines characterised by provision of pumps for charging or scavenging
    • F02B33/02—Engines with reciprocating-piston pumps; Engines with crankcase pumps
    • F02B33/04—Engines with reciprocating-piston pumps; Engines with crankcase pumps with simple crankcase pumps, i.e. with the rear face of a non-stepped working piston acting as sole pumping member in co-operation with the crankcase
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02F—CYLINDERS, PISTONS OR CASINGS, FOR COMBUSTION ENGINES; ARRANGEMENTS OF SEALINGS IN COMBUSTION ENGINES
    • F02F3/00—Pistons 
    • F02F3/24—Pistons  having means for guiding gases in cylinders, e.g. for guiding scavenging charge in two-stroke engines
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B75/00—Other engines
    • F02B75/02—Engines characterised by their cycles, e.g. six-stroke
    • F02B2075/022—Engines characterised by their cycles, e.g. six-stroke having less than six strokes per cycle
    • F02B2075/025—Engines characterised by their cycles, e.g. six-stroke having less than six strokes per cycle two
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B25/00—Engines characterised by using fresh charge for scavenging cylinders
    • F02B25/14—Engines characterised by using fresh charge for scavenging cylinders using reverse-flow scavenging, e.g. with both outlet and inlet ports arranged near bottom of piston stroke

Definitions

  • TITLE Pistons, combustion engine and implement
  • the present invention relates to a piston for an internal combustion engine of a working device. Furthermore, the invention relates to an internal combustion engine of a working device, which has a combustion chamber having a cylinder, a crankshaft and a movably mounted in the cylinder, coupled to the crankshaft piston. Furthermore, the invention relates to a working device with such a piston and / or such an internal combustion engine.
  • An implement may be, for example, a blower, a brush cutter, a hedge trimmer, a motor chain saw or a cut-off grinder.
  • These implements have an internal combustion engine with which they are driven.
  • the internal combustion engine has a cylinder in which a combustion space is formed for the combustion of a fuel / air mixture.
  • a piston movable up and down in the cylinder is driven, which acts via a connecting rod on a crankshaft, which is rotatably mounted in a crank chamber of the internal combustion engine.
  • the engine designed as a two-stroke engine has an inlet opening on the cylinder, via which the fuel / air mixture is introduced into the cylinder.
  • the inlet opening is opened and closed, wherein a pointing towards the crankshaft piston lower edge of the piston forms a kind control edge for opening and closing the inlet opening.
  • the piston lower edge extends over the entire circumferential surface of the piston.
  • the piston lower edge is usually formed horizontally, so that when opening and closing the inlet opening at a guidance of the piston lower edge along the inlet opening relatively quickly a large cross-sectional area of the inlet opening is released or closed, which can lead to a pressure surge.
  • This pressure surge in turn can lead to a so-called “spitting back" of the fuel / air mixture in the direction of the carburetor and the air filter of the internal combustion engine, resulting in an undesirable wetting of the air filter with the fuel / air mixture
  • the functionality of the air filter can be limited, in particular reduced.
  • the object of the invention is achieved by means of a piston which has a piston upper edge pointing in the direction of the combustion chamber of a cylinder of the internal combustion engine and extending along a circumferential surface of the piston and a piston lower edge extending in the direction of the crankshaft of the internal combustion engine and running along the peripheral surface of the piston, wherein the piston lower edge in the region of an inlet opening of the cylinder of the internal combustion engine, an extension nose directed in the direction of the crankshaft is formed, wherein a cross-sectional area of the extension nose is smaller than a cross-sectional area of the inlet opening.
  • the piston has a pointing in the direction of the combustion chamber, along a circumferential surface of the piston extending piston top and a pointing in the direction of the crankshaft, extending along the peripheral surface of the piston piston lower edge, wherein at the lower edge of the piston in the region of an inlet opening of the cylinder is directed towards the crankshaft extension nose, wherein a cross-sectional area of the extension nose is smaller than a cross-sectional area of the inlet opening.
  • an extension nose is integrally formed on the piston lower edge of the piston.
  • the extension nose extends starting from the lower edge of the piston in the direction of the crankshaft.
  • the extension nose preferably has a thickness which corresponds to the thickness of the wall of the piston between the piston lower edge and the piston top edge.
  • the extension nose is disposed on a portion of the piston or a portion of the piston lower edge of the piston, which moves on a movement of the piston via the inlet opening. Due to the extension nose, the closing and opening behavior of the inlet opening can be influenced or specifically controlled. Due to the extension nose, the control edge is displaced from the lower edge of the piston in the direction of the crankshaft to a free end of the extension nose.
  • the extension tab may prevent an abrupt closing and opening of the inlet opening due to the cross-sectional area of the extension tab being smaller than the cross-sectional area of the inlet opening, so that the opening and closing of the inlet opening by means of the extension tab may be gentler, as a change in the size of the released cross-section of the inlet opening when opening and closing can be done by the moving along the inlet opening extension lug slower.
  • the smoother opening and closing of the inlet opening can reduce or even prevent the occurrence of pressure surges within the fuel / air mixture when opening and closing the inlet opening.
  • a so-called "spitting back" of the fuel / air mixture when opening and closing the inlet opening can thereby be reduced or even completely prevented, so that wetting of the air filter with fuel / air mixture can be effectively reduced or even prevented, whereby the performance and the life of the air filter can be significantly increased.
  • the extension nose at least partially has a width which is smaller than a width of the inlet opening extending in the circumferential direction of the cylinder. At least in some areas, this means that the width of the extension lug has a smaller width than the width of the inlet opening, at least over a partial section of its length.
  • the extension nose can also have a smaller width than the width of the inlet opening over its entire length, starting from the lower edge of the piston up to its free end. A complete overlap of the inlet opening thus preferably takes place only when the piston with its extending between the piston lower edge and the piston top peripheral surface at the height of the inlet opening is positioned.
  • the extension nose preferably has a width extending along an overall length of the piston lower edge, which width is smaller than 1/6, preferably smaller than 1/8, of the total length of the piston lower edge.
  • the region at which the extension lug is connected to the lower edge of the piston is thus preferably relatively small, so that the extension lug only extends over a small area along the piston lower edge.
  • the extension nose may have various cross-sectional shapes.
  • the extension lug does not have a rectangular cross-sectional area, but preferably, the extension lug has a cross-sectional area that varies along the length of the extension lug.
  • the shape of the extension lug is formed such that the extension lug has two opposing flank side surfaces which are tapered towards a free end of the extension lug.
  • the extension nose then preferably has a cross-sectional area tapering from the piston lower edge in the direction of the free end of the extension nose. It has been found that by means of such a shape of the extension nose, the pressure surges and thus the pulsation in the fuel / air mixture can be minimized particularly efficiently when opening and closing the inlet opening.
  • flank side surfaces each have an arcuate have trained contour.
  • the flank side surfaces may each have a concave curvature.
  • the shape of the cross-sectional surface of the extension nose can be particularly adapted to the shape of a crank arm of the crankshaft by the shape and thus the outer contour of the peripheral surface of the extension nose of the shaping or the outer contour of the peripheral surface of the crank arm corresponds.
  • the free end of the extension nose may be rectilinear.
  • the free end of the extension lug then preferably has an edge surface connecting the two flank side surfaces, which runs parallel to the piston lower edge.
  • the extension nose has a length which is smaller than a length of the inlet opening.
  • the extension lug is formed so long that at a position of the piston in a top dead center of the crankshaft no overlap of the extension lug is formed with the inlet opening.
  • the extension nose is thus preferably positioned above the inlet opening. In a position at top dead center so that the inlet opening can be fully released, so that the fuel / air mixture can flow freely through the inlet opening.
  • the extension nose is formed so long that at a position of the piston in a bottom dead center of the crankshaft, the extension nose is positioned at a height with a crank arm of the crankshaft.
  • the extension lug is preferably in at least partial overlap with the inlet opening in order to control the flow of the fuel / air mixture when closing and opening the inlet opening.
  • a working device in particular a hand-guided working device, which has a piston which has been developed and developed as described above and / or an internal combustion engine which has been developed and developed as described above.
  • FIG. 1 is a schematic representation of a piston according to the invention
  • FIG. 2 shows a schematic plan view of a piston lower edge of the piston shown in FIG. 1, FIG.
  • Fig. 3 is a schematic representation of a detail of an internal combustion engine according to the invention.
  • Fig. 4 is a further schematic representation of a detail of an internal combustion engine according to the invention in a partially sectioned illustration.
  • FIGS. 1 and 2 schematically show a piston 100 for an internal combustion engine 200 of a working device, in particular a hand-guided working device, as shown in FIGS. 3 and 4.
  • the piston 100 has a piston top edge 11 extending along a peripheral surface 10 of the piston 100 and a piston lower edge 12 arranged opposite the piston top edge 11 and extending along the circumferential surface 10 of the piston 100.
  • the lower piston edge 12 extends parallel to the upper piston edge 11 of the piston 100. Both the lower piston edge 12 and the upper piston edge 11 have a substantially circular shape, with the piston upper edge 11 and lower piston edge 12 extending over the entire length of the circumferential surface 10 of the piston 100.
  • an extension nose 13 is arranged, which extends from the piston lower edge 12 in the direction of the crankshaft 22.
  • the extension nose 13 is here integrally formed on the lower piston edge 12.
  • the extension nose 13 forms a kind of "tip" on the lower piston edge 12.
  • the extension nose 13 extends over only a small portion of the lower piston edge 12, as can be seen in the plan view of the lower piston edge 12 shown in FIG.
  • the extension nose 13 has a width B v , which is at least smaller than 1/6 of the total length L of the lower piston edge 12.
  • the total length L of the lower piston edge 12 corresponds to the length of the circumferential surface 10 of the piston 100.
  • the extension nose 13 has a deviating from a rectangular shape cross-sectional area A v .
  • the extension nose 13 has a shape or cross-sectional area A v , which tapers from the piston lower edge 12 in the direction of a free end 14 of the extension nose 13.
  • the extension lug 13 has two opposite flank side surfaces 15, 16, which are formed in the direction of the free end 14 of the extension lug 13 tapering towards each other.
  • the two flank side surfaces 15, 16 are not rectilinear, but they each have a curvature, so that the contour of the two flank side surfaces 15, 16 is formed in each case arcuate.
  • the flank side surfaces 15, 16 each have a concave curvature.
  • the extension lug 13 At the free end 14 of the extension lug 13, this has an edge surface 17 connecting the two flank side surfaces 15, 16 which runs parallel to the piston lower edge 12 and is rectilinear.
  • the extension lug 13 is positioned on the lower piston edge 12 of the piston 100 in such a way that the extension lug 13 overlaps with an inlet opening 23 of the cylinder 20, via which a fuel / air mixture into the cylinder 20 flows in, can be arranged.
  • the amount of the fuel / air mixture flowing through the inlet opening 23 can thereby be regulated and adjusted by the size of the passage or the released cross section of the inlet opening 23 being variable by means of the extension lug 13 and thus controllable or controllable.
  • the extension nose 13 has a cross-sectional area A v which is smaller than the cross-sectional area A E of the inlet opening 23.
  • the width B v of the extension lug 13 is at least partially smaller than a width B E of the inlet opening 23 extending in the circumferential direction of the cylinder 20.
  • the width B v of the extension lug 13 is smaller than the width B E of the inlet opening 23.
  • the extension lug has a width B v which is smaller than half the width B E of the inlet opening 23.
  • extension lug 13 has a length L v which extends from the lower piston edge 12 as far as the free end 14 of the extension lug 13 and which is smaller than the length L E of the inlet opening 23.
  • the piston 100 is shown in a position between a top dead center and a bottom dead center of the crankshaft 22, in which an opening or closing of the inlet opening 23 takes place while the extension lug 13 the Inlet opening 23 is at least partially overlapped in order to regulate the amount of fuel / air mixture flowing through the inlet port 23 and thereby reduce or even prevent pressure surges or pulsations in the fuel / air mixture flowing through the inlet port 23.
  • FIG. 4 shows the piston 100 in a position in which the piston 100 is at top dead center of the crankshaft 22.
  • the extension lug 13 is positioned above the inlet opening 23, so that no overlap of the extension lug 13 formed with the inlet opening 23 and thereby the inlet opening 23 is released over its entire cross-sectional area A E , so that the fuel / air mixture unhindered by the Inlet opening 23 can flow.
  • the inlet opening 23 is completely covered by the extending between the piston lower edge 12 and the piston top edge 11 peripheral surface 10, and the extension lug 13 is moved so far down in the direction of the crankshaft that the extension lug 13 is positioned at a height with a crank arm 24 of the crankshaft 22.

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Abstract

Gegenstand der Erfindung ist ein Kolben (100) für einen Verbrennungsmotor (200) eines Arbeitsgerätes, welcher eine in Richtung Brennraum (21) eines Zylinders (20) des Verbrennungsmotors (200) zeigende, entlang einer Umfangsfläche (10) des Kolbens (100) verlaufende Kolbenoberkante (11) und eine in Richtung Kurbelwelle (22) des Verbrennungsmotors (200) zeigende, entlang der Umfangsfläche (10) des Kolbens (100) verlaufende Kolbenunterkante (12) aufweist, wobei an der Kolbenunterkante (12) im Bereich einer Einlassöffnung (23) des Zylinders (20) des Verbrennungsmotors (200) eine in Richtung Kurbelwelle (22) gerichtete Verlängerungsnase (13) ausgebildet ist, wobei eine Querschnittsfläche (AV) der Verlängerungsnase (13) kleiner ist als eine Querschnittsfläche (AE) der Einlassöffnung (23).

Description

TITEL: Kolben, Verbrennungsmotor und Arbeitsgerät
Beschreibung
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Kolben für einen Verbrennungsmotor eines Arbeitsgerätes. Weiter betrifft die Erfindung einen Verbrennungsmotor eines Arbeitsgerätes, welcher einen einen Brennraum aufweisenden Zylinder, eine Kurbelwelle und einen beweglich in dem Zylinder gelagerten, mit der Kurbelwelle gekoppelten Kolben aufweist. Ferner betrifft die Erfindung ein Arbeitsgerät mit einem derartigen Kolben und/oder einem derartigen Verbrennungsmotor.
Stand der Technik
Ein Arbeitsgerät kann beispielsweise ein Blasgerät, ein Freischneidgerät, eine Heckenschere, eine Motorkettensäge oder ein Trennschleifer sein. Diese Arbeitsgeräte weisen einen Verbrennungsmotor auf, mit welchem sie angetrieben werden. Der Verbrennungsmotor weist einen Zylinder auf, in dem ein Brennraum für die Verbrennung eines Kraftstoff/Luft-Gemisches ausgebildet ist. Durch die Verbrennung wird ein im Zylinder auf und ab bewegbarer Kolben angetrieben, der über eine Pleuelstange auf eine Kurbelwelle einwirkt, die in einer Kurbelkammer des Verbrennungsmotors drehbar gelagert ist. Der als Zweitaktmotor ausgebildete Verbrennungsmotor weist am Zylinder eine Einlassöffnung auf, über welche das Kraftstoff/Luft-Gemisch in den Zylinder eingelassen wird. Durch die Bewegung des Kolbens innerhalb des Zylinders zwischen einem oberen Totpunkt und einem unteren Totpunkt wird die Einlassöffnung geöffnet und geschlossen, wobei eine in Richtung Kurbelwelle zeigende Kolbenunterkante des Kolbens eine Art Steuerkante für das Öffnen und Schließen der Einlassöffnung ausbildet. Die Kolbenunterkante erstreckt sich über die gesamte Umfangsfläche des Kolbens. Insbesondere im Bereich der Einlassöffnung ist die Kolbenunterkante üblicherweise waagerecht ausgebildet, so dass bei einem Öffnen und einem Schließen der Einlassöffnung bei einer Führung der Kolbenunterkante entlang der Einlassöffnung relativ schnell eine große Querschnittsfläche der Einlassöffnung freigegeben bzw. geschlossen wird, was zu einem Druckstoß führen kann. Dieser Druckstoß wiederum kann zu einem sogenannten„Rückspucken" des Kraftstoff/Luft-Gemisches in Richtung des Vergasers und des Luftfilters des Verbrennungsmotors führen, was zu einem unerwünschten Benetzen des Luftfilters mit dem Kraftstoff/Luft-Gemisch führt. Durch diese Benetzung des Luftfilters mit Kraftstoff/Luft-Gemisch kann die Funktionsfähigkeit des Luftfilters eingeschränkt, insbesondere vermindert werden.
Darstellung der Erfindung: Aufgabe, Lösung, Vorteile
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Kolben, einen Verbrennungsmotor sowie ein Arbeitsgerät zur Verfügung zu stellen, bei welchen ein derartiges„Rückspucken" des Kraftstoff/Luft-Gemisches beim Öffnen und Schließen der Einlassöffnung reduziert oder sogar vollständig verhindert werden kann.
Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Die Lösung der erfindungsgemäßen Aufgabe erfolgt mittels eines Kolbens, welcher eine in Richtung Brennraum eines Zylinders des Verbrennungsmotors zeigende, entlang einer Umfangsfläche des Kolbens verlaufende Kolbenoberkante und eine in Richtung Kurbelwelle des Verbrennungsmotors zeigende, entlang der Umfangsfläche des Kolbens verlaufende Kolbenunterkante aufweist, wobei an der Kolbenunterkante im Bereich einer Einlassöffnung des Zylinders des Verbrennungsmotors eine in Richtung Kurbelwelle gerichtete Verlängerungsnase ausgebildet ist, wobei eine Querschnittsfläche der Verlängerungsnase kleiner ist als eine Querschnittsfläche der Einlassöffnung.
Weiter erfolgt die Lösung der erfindungsgemäßen Aufgabe mittels eines Verbrennungsmotors, welcher sich dadurch auszeichnet, dass der Kolben eine in Richtung des Brennraums zeigende, entlang einer Umfangsfläche des Kolbens verlaufende Kolbenoberkante und eine in Richtung der Kurbelwelle zeigende, entlang der Umfangsfläche des Kolbens verlaufende Kolbenunterkante aufweist, wobei an der Kolbenunterkante im Bereich einer Einlassöffnung des Zylinders eine in Richtung Kurbelwelle gerichtete Verlängerungsnase ausgebildet ist, wobei eine Querschnittsfläche der Verlängerungsnase kleiner ist als eine Querschnittsfläche der Einlassöffnung.
Erfindungsgemäß ist es nunmehr vorgesehen, dass an der Kolbenunterkante des Kolbens eine Verlängerungsnase angeformt ist. Die Verlängerungsnase erstreckt sich ausgehend von der Kolbenunterkante in Richtung der Kurbelwelle. Die Verlängerungsnase weist vorzugsweise eine Dicke auf, welche der Dicke der Wandung des Kolbens zwischen der Kolbenunterkante und der Kolbenoberkante entspricht. Die Verlängerungsnase ist an einenn Abschnitt des Kolbens bzw. einenn Abschnitt der Kolbenunterkante des Kolbens angeordnet, welcher bei einer Bewegung des Kolbens über die Einlassöffnung verfährt. Durch die Verlängerungsnase kann das Schließ- und Öffnungsverhalten der Einlassöffnung beeinflusst bzw. gezielt gesteuert werden. Durch die Verlängerungsnase wird die Steuerkante von der Kolbenunterkante in Richtung der Kurbelwelle auf ein freies Ende der Verlängerungsnase verlagert. Die Verlängerungsnase kann, aufgrund dessen, dass die Querschnittsfläche der Verlängerungsnase kleiner ist als die Querschnittsfläche der Einlassöffnung, ein abruptes Schließen und Öffnen der Einlassöffnung verhindern, so dass das Öffnen und Schließen der Einlassöffnung mittels der Verlängerungsnase sanfter erfolgen kann, da eine Veränderung der Größe des freigegebenen Querschnitts der Einlassöffnung beim Öffnen und Schließen durch die entlang der Einlassöffnung bewegte Verlängerungsnase langsamer erfolgen kann. Durch das sanftere Öffnen und Schließen der Einlassöffnung kann ein Entstehen von Druckstößen innerhalb des Kraftstoff/Luft-Gemisches beim Öffnen und Schließen der Einlassöffnung vermindert oder sogar ganz verhindert werden. Ein sogenanntes „Rückspucken" des Kraftstoff/Luft-Gemisches beim Öffnen und Schließen der Einlassöffnung kann dadurch reduziert oder sogar vollständig verhindert werden, so dass ein Benetzen des Luftfilters mit Kraftstoff/Luft-Gemisch effektiv verringert oder sogar verhindert werden kann, wodurch die Leistungsfähigkeit und die Lebensdauer des Luftfilters wesentlich gesteigert werden kann.
Bevorzugt weist die Verlängerungsnase zumindest bereichsweise eine Breite auf, welche kleiner als eine sich in Umfangsrichtung des Zylinders erstreckende Breite der Einlassöffnung ist. Zumindest bereichsweise bedeutet hierbei, dass die Breite der Verlängerungsnase zumindest über einen Teilabschnitt ihrer Länge eine kleinere Breite aufweist als die Breite der Einlassöffnung groß ist. Die Verlängerungsnase kann aber auch über ihre gesamte Länge ausgehend von der Kolbenunterkante bis hin zu ihrem freien Ende eine kleinere Breite aufweisen als die Breite der Einlassöffnung. Eine vollständige Überlappung der Einlassöffnung findet damit vorzugsweise nur dann statt, wenn der Kolben mit seiner sich zwischen der Kolbenunterkante und der Kolbenoberkante erstreckenden Umfangsfläche auf der Höhe der Einlassöffnung positioniert ist. Sobald ein Bereich der Verlängerungsnase in Überlappung mit der Einlassöffnung kommt, ist ein Teilbereich der Einlassöffnung geöffnet, so dass Kraftstoff/Luft-Gemisch durch die Einlassöffnung strömen kann, wobei in Abhängigkeit der Position der Verlängerungsnase relativ zu der Einlassöffnung die Größe des geöffneten Bereiches der Einlassöffnung, durch welchen Kraftstoff/Luft- Gemisch strömen kann, variiert werden kann. Dadurch ist eine besonders gezielte Steuerung der Größe des geöffneten Bereiches und damit der Größe des Durchlasses durch die Einlassöffnung möglich.
Besonders vorteilhaft hat sich dabei ergeben, wenn die Verlängerungsnase vorzugsweise eine sich entlang einer Gesamtlänge der Kolbenunterkante erstreckende Breite aufweist, welche kleiner als 1/6, vorzugsweise kleiner als 1/8, der Gesamtlänge der Kolbenunterkante ist. Der Bereich, an welchem die Verlängerungsnase an die Kolbenunterkante angebunden bzw. angeformt ist, ist damit vorzugsweise relativ klein, so dass sich die Verlängerungsnase nur über einen kleinen Bereich entlang der Kolbenunterkante erstreckt.
Die Verlängerungsnase kann verschiedene Querschnittsformen aufweisen. Bevorzugt weist die Verlängerungsnase keine rechteckförmige Querschnittsfläche auf, sondern vorzugsweise weist die Verlängerungsnase eine sich entlang der Länge der Verlängerungsnase verändernde Querschnittsfläche auf.
Bevorzugt ist die Form der Verlängerungsnase derart ausgebildet, dass die Verlängerungsnase zwei sich gegenüberliegende Flankenseitenflächen aufweist, welche in Richtung eines freien Endes der Verlängerungsnase aufeinander zulaufend ausgebildet sind. Die Verlängerungsnase weist dann vorzugsweise eine sich ausgehend von der Kolbenunterkante in Richtung des freien Endes der Verlängerungsnase verjüngende Querschnittsfläche auf. Es hat sich gezeigt, dass durch eine derartige Form der Verlängerungsnase die Druckstöße und damit die Pulsation in dem Kraftstoff/Luft-Gemisch bei einem Öffnen und Schließen der Einlassöffnung besonders effizient minimierbar sind.
Eine weitere Minimierung der Druckstöße und damit der Pulsation in dem Kraftstoff/Luft-Gemisch bei einem Öffnen und Schließen der Einlassöffnung kann dadurch erfolgen, dass die Flankenseitenflächen jeweils eine bogenförmig ausgebildete Kontur aufweisen. Besonders bevorzugt können die Flankenseitenflächen jeweils eine konkav ausgebildete Krümmung aufweisen.
Die Form der Querschnittsfläche der Verlängerungsnase kann besonders bevorzugt an die Form einer Kurbelwange der Kurbelwelle angepasst sein, indem die Formgebung und damit die Außenkontur der Umfangsfläche der Verlängerungsnase der Formgebung bzw. der Außenkontur der Umfangsfläche der Kurbelwange entspricht.
Das freie Ende der Verlängerungsnase kann hingegen geradlinig ausgebildet sein. Das freie Ende der Verlängerungsnase weist dann vorzugsweise eine die beiden Flankenseitenflächen verbindende Kantenfläche auf, welche parallel zur Kolbenunterkante verläuft.
Bevorzugt weist die Verlängerungsnase eine Länge auf, welche kleiner als eine Länge der Einlassöffnung ist.
Vorzugsweise ist die Verlängerungsnase derart lang ausgebildet, dass bei einer Position des Kolbens in einem oberen Totpunkt der Kurbelwelle keine Überlappung der Verlängerungsnase mit der Einlassöffnung ausgebildet ist. Im oberen Totpunkt ist die Verlängerungsnase damit vorzugsweise oberhalb der Einlassöffnung positioniert. Bei einer Position im oberen Totpunkt kann damit die Einlassöffnung vollständig freigegeben sein, so dass das Kraftstoff/Luft-Gemisch ungehindert durch die Einlassöffnung strömen kann.
Weiter ist es bevorzugt vorgesehen, dass die Verlängerungsnase derart lang ausgebildet ist, dass bei einer Position des Kolbens in einem unteren Totpunkt der Kurbelwelle die Verlängerungsnase auf einer Höhe mit einer Kurbelwange der Kurbelwelle positioniert ist.
Bei einer Position des Kolbens zwischen dem oberen Totpunkt und dem unteren Totpunkt befindet sich die Verlängerungsnase vorzugsweise in einer zumindest teilweisen Überdeckung mit der Einlassöffnung, um die Strömung des Kraftstoff/Luft- Gemisches beim Schließen und Öffnen der Einlassöffnung steuern zu können. Die Lösung der erfindungsgemäßen Aufgabe erfolgt ferner mit einenn Arbeitsgerät, insbesondere einem handgeführten Arbeitsgerät, welches einen wie vorstehend beschriebenen, aus- und weitergebildeten Kolben und/oder einen wie vorstehend beschriebenen, aus- und weitergebildeten Verbrennungsmotor aufweist.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Weitere, die Erfindung verbessernde Maßnahmen werden nachstehend gemeinsam mit der Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung anhand der Figuren näher dargestellt. Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Kolbens gemäß der Erfindung,
Fig. 2 eine schematische Draufsicht auf eine Kolbenunterkante des in Fig. 1 gezeigten Kolbens,
Fig. 3 eine schematische Darstellung eines Ausschnitts eines Verbrennungsmotors gemäß der Erfindung, und
Fig. 4 eine weitere schematische Darstellung eines Ausschnitts eines Verbrennungsmotors gemäß der Erfindung in einer teilweise geschnittenen Darstellung.
Bevorzugte Ausführungsform der Erfindung
Fig. 1 und 2 zeigen schematisch einen Kolben 100 für einen wie in Fig. 3 und 4 gezeigten Verbrennungsmotor 200 eines Arbeitsgerätes, insbesondere eines handgeführten Arbeitsgerätes.
Der Kolben 100 weist eine entlang einer Umfangsfläche 10 des Kolbens 100 verlaufende Kolbenoberkante 11 und eine gegenüberliegend zu der Kolbenoberkante 11 angeordnete, entlang der Umfangsfläche 10 des Kolbens 100 verlaufende Kolbenunterkante 12 auf. Im eingebauten Zustand des Kolbens 100 in einem Zylinder
20 des Verbrennungsmotors 200 zeigt die Kolbenoberkante 11 in Richtung Brennraum
21 des Zylinders 20 und die Kolbenunterkante 12 zeigt in Richtung einer Kurbelwelle
22 des Verbrennungsmotors 200, wie in Fig. 4 zu erkennen ist. Die Kolbenunterkante 12 verläuft parallel zur Kolbenoberkante 11 des Kolbens 100. Sowohl die Kolbenunterkante 12 als auch die Kolbenoberkante 11 weisen eine im Wesentlichen kreisrunde Form auf, wobei sich Kolbenoberkante 11 und Kolbenunterkante 12 über die gesamte Länge der Umfangsfläche 10 des Kolbens 100 erstrecken.
An der Kolbenunterkante 12 ist eine Verlängerungsnase 13 angeordnet, welche sich ausgehend von der Kolbenunterkante 12 in Richtung der Kurbelwelle 22 erstreckt. Die Verlängerungsnase 13 ist hier einstückig an der Kolbenunterkante 12 angeformt. Die Verlängerungsnase 13 bildet einen Art„Zipfel" an der Kolbenunterkante 12 aus.
Die Verlängerungsnase 13 erstreckt sich über einen nur kleinen Teilbereich der Kolbenunterkante 12, wie in der in Fig. 2 gezeigten Draufsicht auf die Kolbenunterkante 12 zu erkennen ist. Die Verlängerungsnase 13 weist dabei eine Breite Bv auf, welche mindestens kleiner als 1/6 der Gesamtläng L der Kolbenunterkante 12 ist. Die Gesamtlänge L der Kolbenunterkante 12 entspricht dabei der Länge der Umfangsfläche 10 des Kolbens 100.
Die Verlängerungsnase 13 weist eine von einer Rechteckform abweichende Querschnittsfläche Av auf. Die Verlängerungsnase 13 weist eine Form bzw. Querschnittsfläche Av auf, welche sich ausgehend von der Kolbenunterkante 12 in Richtung eines freien Endes 14 der Verlängerungsnase 13 verjüngt.
Dabei weist die Verlängerungsnase 13 zwei sich gegenüberliegende Flankenseitenflächen 15, 16 auf, welche in Richtung des freien Endes 14 der Verlängerungsnase 13 aufeinander zulaufend ausgebildet sind. Die beiden Flankenseitenflächen 15, 16 sind nicht geradlinig verlaufend ausgebildet, sondern sie weisen jeweils eine Krümmung auf, so dass die Kontur der beiden Flankenseitenflächen 15, 16 jeweils bogenförmig ausgebildet ist. Bei der hier gezeigten Ausgestaltung weisen die Flankenseitenflächen 15, 16 jeweils eine konkav ausgebildete Krümmung auf.
An dem freien Ende 14 der Verlängerungsnase 13 weist diese eine die beiden Flankenseitenflächen 15, 16 verbindende Kantenfläche 17 auf, welche parallel zur Kolbenunterkante 12 verläuft und geradlinig ausgebildet ist. Wie in Fig. 3 und 4 zu erkennen ist, ist die Verlängerungsnase 13 derart an der Kolbenunterkante 12 des Kolbens 100 positioniert, dass die Verlängerungsnase 13 überlappend mit einer Einlassöffnung 23 des Zylinders 20, über welche ein Kraftstoff/Luft-Gemisch in den Zylinder 20 einströmt, anordbar ist. Mittels der Verlängerungsnase 13 kann dadurch die Menge des durch die Einlassöffnung 23 einströmenden Kraftstoff/Luft-Gemisches geregelt und eingestellt werden, indem die Größe des Durchlasses bzw. des freigegebenen Querschnitts der Einlassöffnung 23 mittels der Verlängerungsnase 13 veränderbar und damit steuerbar bzw. regelbar ist.
Wie insbesondere in Fig. 3 zu erkennen ist, weist die Verlängerungsnase 13 dabei eine Querschnittsfläche Av auf, welche kleiner als die Querschnittsfläche AE der Einlassöffnung 23 ist. Bei einer Positionierung der Verlängerungsnase 13 im Bereich der Einlassöffnung 23 ist damit die Einlassöffnung 23 immer nur bereichsweise geschlossen, jedoch nicht vollständig geschlossen. In der vollständig geschlossenen Position der Einlassöffnung 23 ist der Kolben 100 innerhalb des Zylinders 20 derart weit in Richtung der Kurbelwelle 23 bewegt, dass der Kolben 100 mit seiner sich zwischen der Kolbenoberkante 11 und Kolbenunterkante 12 erstreckenden Umfangsfläche 10 die Einlassöffnung 23 überlappt.
Wie insbesondere in Fig. 3 zu erkennen ist, ist die Breite Bv der Verlängerungsnase 13 zumindest bereichsweise kleiner als eine sich in Umfangsrichtung des Zylinders 20 erstreckende Breite BE der Einlassöffnung 23. Insbesondere im Bereich des freien Endes 14 der Verlängerungsnase 13 ist die Breite Bv der Verlängerungsnase 13 kleiner als die Breite BE der Einlassöffnung 23. Im Bereich des freien Endes 14 weist bei der hier gezeigten Ausgestaltung die Verlängerungsnase eine Breite Bv auf, welche kleiner als die Hälfte der Breite BE der Einlassöffnung 23 ist.
Weiter weist die Verlängerungsnase 13 eine sich von der Kolbenunterkante 12 bis hin zu dem freien Ende 14 der Verlängerungsnase 13 erstreckende Länge Lv auf, welche kleiner ist als die Länge LE der Einlassöffnung 23.
In Fig. 3 ist der Kolben 100 in einer Position zwischen einen oberen Totpunkt und einem unteren Totpunkt der Kurbelwelle 22 gezeigt, bei welcher ein Öffnen bzw. ein Schließen der Einlassöffnung 23 erfolgt und dabei die Verlängerungsnase 13 die Einlassöffnung 23 zumindest teilweise überlappt, um die Menge des durch die Einlassöffnung 23 strömenden Kraftstoff/Luft-Gemisches regulieren zu können und dadurch Druckstöße bzw. Pulsationen in dem durch die Einlassöffnung 23 strömenden Kraftstoff/Luft-Gemisch verringern oder sogar verhindern zu können.
Fig. 4 zeigt den Kolben 100 hingegen in einer Position, bei welcher der Kolben 100 sich im oberen Totpunkt der Kurbelwelle 22 befindet. In dieser Position ist die Verlängerungsnase 13 oberhalb der Einlassöffnung 23 positioniert, so dass keine Überlappung der Verlängerungsnase 13 mit der Einlassöffnung 23 ausgebildet und dadurch die Einlassöffnung 23 über ihre gesamte Querschnittsfläche AE freigegeben ist, so dass das Kraftstoff/Luft-Gemisch ungehindert durch die Einlassöffnung 23 strömen kann.
Bei einer Position der Kolbens 100 im unteren Totpunkt der Kurbelwelle 22 wird die Einlassöffnung 23 vollständig von der sich zwischen der Kolbenunterkante 12 und der Kolbenoberkante 11 erstreckenden Umfangsfläche 10 überdeckt, und die Verlängerungsnase 13 ist derart weit nach unten in Richtung Kurbelwelle bewegt, dass die Verlängerungsnase 13 auf einer Höhe mit einer Kurbelwange 24 der Kurbelwelle 22 positioniert ist.
Die Erfindung beschränkt sich in ihrer Ausführung nicht auf das vorstehend angegebene bevorzugte Ausführungsbeispiel. Vielmehr ist eine Anzahl von Varianten denkbar, welche von den dargestellten Lösungen auch bei grundsätzlich anders gearteten Ausführungen Gebrauch macht. Sämtliche aus den Ansprüchen, der Beschreibung oder den Zeichnungen hervorgehenden Merkmale und/oder Vorteile, einschließlich konstruktiven Einzelheiten, räumliche Anordnungen und Verfahrensschritte, können sowohl für sich als auch in den verschiedensten Kombinationen erfindungswesentlich sein. Bezugszeichenliste
100 Kolben
10 Umfangsfläche
11 Kolbenoberkante
12 Kolbenunterkante
13 Verlängerungsnase
14 Freies Ende
15 Flankenseitenfläche
16 Flankenseitenfläche
17 Kantenfläche
200 Verbrennungsmotor
20 Zylinder
21 Brennraum
22 Kurbelwelle
23 Einlassöffnung
24 Kurbelwange
Av Querschnittsfläche Verlängerungsnase
AE Querschnittsfläche Einlassöffnung
Bv Breite Verlängerungsnase
BE Breite Einlassöffnung
L Gesamtlänge Kolbenunterkante
Lv Länge Verlängerungsnase
LE Länge Einlassöffnung

Claims

Ansprüche
1. Kolben (100) für einen Verbrennungsmotor (200) eines Arbeitsgerätes, welcher eine in Richtung Brennraum (21) eines Zylinders (20) des Verbrennungsmotors (200) zeigende, entlang einer Umfangsfläche (10) des Kolbens (100) verlaufende Kolbenoberkante (11) und eine in Richtung Kurbelwelle (22) des Verbrennungsmotors (200) zeigende, entlang der Umfangsfläche (10) des Kolbens (100) verlaufende Kolbenunterkante (12) aufweist, wobei an der Kolbenunterkante (12) im Bereich einer Einlassöffnung (23) des Zylinders (20) des Verbrennungsmotors (200) eine in Richtung Kurbelwelle (22) gerichtete Verlängerungsnase (13) ausgebildet ist, wobei eine Querschnittsfläche (Av) der Verlängerungsnase (13) kleiner ist als eine Querschnittsfläche (AE) der Einlassöffnung (23).
2. Kolben (100) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Verlängerungsnase (13) eine sich entlang einer Gesamtlänge (L) der Kolbenunterkante (12) erstreckende Breite (Bv) aufweist, welche kleiner als 1/6, vorzugsweise kleiner als 1/8, der Gesamtlänge (L) der Kolbenunterkante
(12) ist.
3. Kolben (100) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Verlängerungsnase (13) zwei sich gegenüberliegende Flankenseitenflächen (15, 16) aufweist, welche in Richtung eines freien Endes (14) der Verlängerungsnase
(13) aufeinander zulaufend ausgebildet sind.
4. Kolben (100) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Flankenseitenflächen (15, 16) jeweils eine konkav ausgebildete Krümmung aufweisen.
5. Kolben (100) nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass das freie Ende (14) der Verlängerungsnase (13) eine die beiden Flankenseitenflächen (15, 16) verbindende Kantenfläche (17) aufweist, welche parallel zur Kolbenunterkante (12) verläuft.
6. Verbrennungsmotor (200) eines Arbeitsgerätes, mit einem einen Brennraum (21) aufweisenden Zylinder (20), einer Kurbelwelle (22) und einem beweglich in dem Zylinder (20) gelagerten, mit der Kurbelwelle (22) gekoppelten Kolben (100), dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben (100) eine in Richtung des Brennraums (21) zeigende, entlang einer Umfangsfläche (10) des Kolbens (100) verlaufende Kolbenoberkante (11) und eine in Richtung der Kurbelwelle (22) zeigende, entlang der Umfangsfläche (10) des Kolbens (100) verlaufende Kolbenunterkante (12) aufweist, wobei an der Kolbenunterkante (12) im Bereich einer Einlassöffnung (23) des Zylinders (20) eine in Richtung Kurbelwelle (22) gerichtete Verlängerungsnase (13) ausgebildet ist, wobei eine Querschnittsfläche (Av) der Verlängerungsnase (13) kleiner ist als eine Querschnittsfläche (AE) der Einlassöffnung (23).
7. Verbrennungsmotor (200) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben (100) nach einem der Ansprüche 2 bis 5 ausgebildet ist.
8. Verbrennungsmotor (200) nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Verlängerungsnase (13) zumindest bereichsweise eine Breite (Bv) aufweist, welche kleiner als eine sich in Umfangsrichtung des Zylinders (20) erstreckende Breite (BE) der Einlassöffnung ist.
9. Verbrennungsmotor (200) nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Verlängerungsnase (13) eine Länge (Lv) aufweist, welche kleiner als eine Länge (LE) der Einlassöffnung (23) ist.
10. Verbrennungsmotor (200) nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Verlängerungsnase (13) derart lang ausgebildet ist, dass bei einer Position des Kolbens (100) in einem oberen Totpunkt der Kurbelwelle (22) keine Überlappung der Verlängerungsnase (13) mit der Einlassöffnung (23) ausgebildet ist.
11. Verbrennungsmotor (200) nach einem der Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Verlängerungsnase (13) derart lang ausgebildet ist, dass bei einer Position des Kolbens (100) in einem unteren Totpunkt der Kurbelwelle (22) die Verlängerungsnase (13) auf einer Höhe mit einer Kurbelwange (24) der Kurbelwelle (22) positioniert ist.
Arbeitsgerät, mit einem nach einem der Ansprüche 1 bis 5 ausgebildeten Kolben (100) und/oder einem nach einem der Ansprüche 6 bis 11 ausgebildeten Verbrennungsmotor (200).
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