DE102007051171B4

DE102007051171B4 - Zweitakt-Verbrennungsmotor

Info

Publication number: DE102007051171B4
Application number: DE102007051171A
Authority: DE
Inventors: Mitsujiro Mochizuka; Kentaro Matsuo; Takahiro Yamazaki; Shigeru Sato
Original assignee: Yamabiko Corp
Current assignee: Yamabiko Corp
Priority date: 2006-10-27
Filing date: 2007-10-25
Publication date: 2012-08-16
Anticipated expiration: 2027-10-26
Also published as: US20080098992A1; JP2008111339A; US7520253B2; JP4309418B2; DE102007051171A1

Abstract

Zweitakt-Verbrennungsmotor (1), der so konfiguriert ist, dass er in einem Spültakt kraftstofffreie Luft (A) zusammen mit einem in einer Kurbelkammer (8) vorverdichteten Luft-Kraftstoff-Gemisch (M) in eine Brennkammer (6) einbringt, umfassend;
eine Zylinderbohrung (4), in die ein Kolben (5) so eingepasst ist, dass er sich hin und her bewegt und die Brennkammer (6) darin definiert;
einen Auslassschlitz (11), der so in der Zylinderbohrung (4) ausgebildet ist, dass er von dem Kolben (5) geöffnet und geschlossen wird;
ein Paar erste Spülschlitze (12), die so auf einander gegenüberliegenden Seiten des Auslassschlitzes (11) in der Zylinderbohrung (4) angeordnet sind, dass sie von dem Kolben (5) geöffnet und geschlossen werden; und
ein Paar zweite Spülschlitze (13), die so auf einander gegenüberliegenden Seiten des Auslassschlitzes (11) in der Zylinderbohrung (4) angeordnet sind, dass sie von dem Kolben (5) geöffnet und geschlossen werden, wobei die zweiten Spülschlitze (13) von dem Auslassschlitz (11) weiter...

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft Zweitakt-Verbrennungsmotoren im Allgemeinen. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung solche Motoren, die als Energiequelle für tragbare Kraftarbeitsmaschinen wie Kettensägen, Heckenscheren, Motorsensen und dergleichen verwendet werden.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Zweitakt-Ottomotoren werden als Energiequelle für tragbare Kraftarbeitsmaschinen wie Heckenscheren, Motorsensen, Kettensägen oder dergleichen verwendet. Bei Zweitaktmotoren dieser Art wird eine Brennkammer durch einen Strom eines in einer Kurbelkammer vorverdichteten Luft-Kraftstoff-Gemischs gespült. Genauer gesagt wird, wenn sich der Kolben nach oben bewegt, das Luft-Kraftstoff-Gemisch in das Kurbelgehäuse eingebracht und wird durch den sich abwärts bewegenden Kolben vorverdichtet. Dann wird das vorverdichtete Luft-Kraftstoff-Gemisch während des Spültakts in die Brennkammer eingebracht, um Verbrennungsabgas (Abgas) aus der Brennkammer auszustoßen und zu ersetzen.
Zweitaktmotoren als solche sind so konfiguriert, dass sie die Brennkammer durch die Verwendung von Strömen eines Luft-Kraftstoff-Gemischs spülen, und haben daher das Problem des Vorbeiströmens („Blowby”). Das heißt, ein Teil des in die Brennkammer eingebrachten, jedoch nicht verbrannten Luft-Kraftstoff-Gemischs wird zusammen mit dem Verbrennungsgas aus der Brennkammer ausgestoßen. Dieses Blowby-Phänomen erschwert es, effektive Maßnahmen zur Emissionsbegrenzung bei Zweitaktmotoren zu ergreifen.
Zum Bekämpfen des Phänomens des Vorbeiströmens des Luft-Kraftstoff-Gemischs wurde in Dokument 1 ( US-Patent Nr. 6,571,756 ), Dokument 2 ( japanische Offenlegungsschrift Nr. H05-33657 ) und Dokument 3 ( japanische Offenlegungsschrift Nr. 2000-240457 ) die Technik der „Schichtspülung” (stratified scavenging) vorgeschlagen. In Dokument 1 wird vorgeschlagen, während eines Spültakts kraftstofffreie Luft (Luft, die keinen Kraftstoff enthält) von einem ersten Paar Spülschlitze, die näher bei einem Auslassschlitz liegen, und ein Luft-Kraftstoff-Gemisch von einem zweiten Paar Spülschlitze, die von dem Auslassschlitz weiter entfernt liegen, in eine Brennkammer einzubringen, wodurch eine Schicht kraftstofffreie Luft zwischen dem Kraftstoff-Luft-Gemisch und dem Verbrennungsgas in der Brennkammer gebildet wird.
Genauer gesagt wird in Dokument 1 vorgeschlagen, die ersten und die zweiten Spülschlitze in der linken und der rechten Zylinderwand jeweils auf gegenüberliegenden Seiten des Auslassschlitzes vorzusehen. Das erste Paar Spülschlitze, das näher bei dem Auslassschlitz liegt, und das zweite Paar Spülschlitze, das von dem Auslassschlitz weiter entfernt liegt, werden gleichzeitig geöffnet und bringen kraftstofffreie Luft von dem ersten Paar Spülschlitze in die Brennkammer und das Luft-Kraftstoff-Gemisch von dem zweiten Paar Spülschlitze in die gleiche Brennkammer ein.
Ähnlich wird in Dokument 2 vorgeschlagen, die ersten und die zweiten Spülschlitze in der linken und der rechten Zylinderwand jeweils auf gegenüberliegenden Seiten des Auslassschlitzes vorzusehen. So bringt der Motor zunächst kraftstofffreie Luft von dem ersten Paar Spülschlitze, die näher bei dem Auslassschlitz liegen, in die Brennkammer ein und bringt dann ein Luft-Kraftstoff-Gemisch von den zweiten Spülschlitzen, die weiter entfernt von dem Auslassschlitz liegen, in die gleiche Brennkammer ein.
In Dokument 3 wird vorgeschlagen, einen ersten Spülschlitz jeweils in der linken und der rechten Zylinderwand auf einander gegenüberliegenden Seiten eines Auslassschlitzes und einen zweiten Spülschlitz an einer dem Auslassschlitz abgewandten Stelle vorzusehen. Bei einem Spültakt bringt dieser Motor zuerst kraftstofffreie Luft von dem Paar erster Spülschlitze in eine Brennkammer ein und bringt dann ein Luft-Kraftstoff-Gemisch von dem Paar zweiter Spülschlitze, die dem Auslassschlitz abgewandt sind, in die gleiche Brennkammer ein.
Auch in Dokument 4 ( japanische Offenlegungsschrift Nr. 2002-129963 ) wird eine Technik zum Minimieren des Phänomens des Vorbeiströmens von Luft-Kraftstoff-Gemisch vorgeschlagen. In diesem Dokument wird vorgeschlagen, einen ersten und einen zweiten Spülschlitz jeweils in der linken und rechten Zylinderwand auf gegenüberliegenden Seiten des Auslassschlitzes vorzusehen. Bei einem Spültakt wird zuerst kraftstofffreie Luft von dem ersten und dem zweiten Spülschlitz in eine Brennkammer eingebracht, und dann wird ein Luft-Kraftstoff-Gemisch von dem ersten und dem zweiten Spülschlitz in die gleiche Brennkammer eingebracht.
Aus der EP 1 314 870 A1 ist ein Zweitakt-Verbrennungsmotor bekannt, der in einem Spültakt kraftstofffreie Luft zusammen mit einem in einer Kurbelkammer vorverdichteten Luft-Kraftstoff-Gemisch in eine Brennkammer einbringt. Dieser Zweitakt-Verbrennungsmotor hat einen in einer Zylinderbohrung ausgebildeten Auslassschlitz, der von einem Kolben geöffnet und geschlossen wird. In der Zylinderbohrung sind ferner erste und zweite Spülschlitze ausgebildet, die jeweils in horizontaler Richtung von dem Auslassschlitz weg gerichtet sind. Die für die kraftstofffreie Luft vorgesehenen zweiten Spülschlitze sind von dem Auslassschlitz weiter entfernt als die für das Luft-Kraftstoff-Gemisch vorgesehenen ersten Spülschlitze.
Zweitakt-Verbrennungsmotoren, die in einem Spültakt kraftstofffreie Luft zusammen mit einem vorverdichteten Luft-Kraftstoff-Gemisch in eine Brennkammer einbringen und eine mit Auslassschlitzen und Spülschlitzen versehene Zylinderbohrung aufweisen, sind auch in der US 4 289 094 A und der DE 27 43 705 A1 offenbart.
In den jüngsten in unserer Gesellschaft geführten Diskussionen über Umweltprobleme, wird dringend gefordert, schädliche Emissionen aus Verbrennungsgasen weiter zu reduzieren.
Es hat sich erwiesen, dass die konventionelle Schicht-Spültechnik, die kraftstofffreie Luft von dem näher bei dem Auslassschlitz liegenden ersten Paar Spülschlitze in die Brennkammer einbringt, während sie in die gleiche Brennkammer ein Luft-Kraftstoff-Gemisch von dem von dem Auslassschlitz weiter entfernt liegenden zweiten Paar Spülschlitze einbringt, wie sie in dem oben besprochenen Dokument 2 und anderen offenbart ist, gewisse Grenzen hat. Unter den gegebenen Umständen sind weitere Verbesserungen notwendig.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Es ist daher erstrebenswert, die oben erwähnten Nachteile der verwandten Technik zu beseitigen, indem ein Zweitakt-Verbrennungsmotor angegeben wird, der Abgas ausstößt, das weniger schädliche Emissionen enthält.
Es ist auch erstrebenswert, einen Zweitakt-Verbrennungsmotor anzugeben, der ein Schichtspülungssystem verwendet, das auf einem anderen als dem herkömmlichen Konzept basiert.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung wird ein Zweitakt-Verbrennungsmotor nach Anspruch 1 angegeben.
Bei dem vorgenannten Zweitakt-Verbrennungsmotor (1) werden bei jedem Spültakt die von dem Auslassschlitz (11) weiter entfernt liegenden zweiten Spülschlitze (13) früher geöffnet, um die Luft (A) in die Brennkammer (6) einzubringen, und die näher bei dem Auslassschlitz (11) liegenden ersten Spülschlitze (12) werden später geöffnet, um das Luft-Kraftstoff-Gemisch (M) in die Brennkammer (6) einzubringen. Die früher in die Brennkammer (6) eingebrachte Luft (A) umhüllt dadurch also das später durch die ersten Spülschlitze (12), die später geöffnet werden als die zweiten Spülschlitze (13), in die Brennkammer (6) eingebrachte Luft-Kraftstoff-Gemisch (M). Daher kann verhindert werden, dass das in die Brennkammer (6) eingebrachte und noch nicht verbrannte Luft-Kraftstoff-Gemisch (M) zu dem Auslassschlitz (11) ausgestoßen wird. Mit anderen Worten: Das so genannte „Blowby”-Phänomen wird vermieden. Das Verhindern des Vorbeiströmens von Luft-Kraftstoff-Gemisch, welches das Problem von Zweitakt-Verbrennungsmotoren darstellt, ermöglicht es, den Anteil an schädlichen Emissionen in Abgas (E) zu reduzieren.
Diese und andere Merkmale, Aspekte und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der ausführlichen Beschreibung von Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen deutlich.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist ein Längsschnitt des Zweitakt-Verbrennungsmotors, der als ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung dient.
2 ist ein Querschnitt des Motors der 1.
3 ist ein fragmentarischer Längsschnitt des Zweitakt-Verbrennungsmotors der 1, um insbesondere eine Querschnittskonfiguration eines zweiten Spülschlitzes zu zeigen.
4 ist eine Vorderansicht eines auf der Einlassseite vorgesehenen Flanschs eines bei dem Motor der 1 verwendeten Zylinderblocks.
5 ist eine Seitenansicht des Zylinderblocks, die eine rechteckige Öffnung (blockseitiger Kanal) erläutert, die sich an einem Seitenabschnitt des Zylinderblocks öffnet.
6 ist eine vergrößerte Vorderansicht eines in 5 gezeigten Seitenflanschs, die insbesondere die innere Struktur der rechteckigen Öffnung und den Seitenflansch um die rechteckige Öffnung herum erläutern soll.
7 ist eine Vorderansicht eines einen Kanal definierenden Elements, das zum Bilden eines externen Luftkanals an dem Zylinderblock angebracht ist.
8 ist ein Querschnitt entlang der Linie VIII-VIII in 7.
9 ist ein Diagramm, das Vorgänge bei einem Spültakt des Zweitaktmotors gemäß Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung erläutert.
10 ist ein Diagramm, das Vorgänge bei einem Spültakt eines als Vergleichsbeispiel dienenden herkömmlichen Zweitaktmotors erläutert.
11 ist ein Diagramm, das Auswirkungen des Reinigens von Abgas durch den Zweitaktmotor gemäß Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung erläutert.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Im Folgenden werden ein Zweitakt-Verbrennungsmotor gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung und einige Variationen desselben unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen erläutert. 1 und andere Zeichnungen zeigen ein Beispiel, das als Einzylinder zu betreiben ist. Der allgemein mit dem Bezugszeichen 1 bezeichnete Zweitakt-Verbrennungsmotor ist ein mit vier Strömen spülender, luftgekühlter, kompakter Zweitakt-Ottomotor, der in tragbaren Kraftarbeitsmaschinen verwendet wird.
Wie in 1 dargestellt, enthält der Motor 1 einen Zylinderblock 2 mit Kühlrippen 2a und ein an der Unterseite des Zylinderblocks 2 angebrachtes Kurbelgehäuse 3. Eine in dem Zylinderblock 2 ausgebildete Zylinderbohrung 4 nimmt einen Kolben 5 passgenau auf, so dass dessen Hin- und Herbewegung darin möglich ist. Der Kolben 5 definiert in der Zylinderbohrung 4 eine Brennkammer 6.
Die Brennkammer 6 hat eine Quetschkopf-Form (halbkugelförmig). Eine Zündkerze 7 ist an der Oberseite der Brennkammer 6 angeordnet. In einer durch das Kurbelgehäuse 3 definierten Kurbelkammer 8 ist eine Kurbelwelle 9 von dem Kurbelgehäuse 3 so gehalten, dass sie eine Drehbewegung ausführen kann. In 1 bezeichnet das Referenzzeichen O den Rotationsmittelpunkt der Kurbelwelle 9. Die Kurbelwelle 9 und der Kolben 5 sind durch eine Pleuelstange 10 miteinander verbunden. Die Hin- und Herbewegung des Kolbens 5 wird durch die Kurbelwelle 9 in eine Drehbewegung umgewandelt, und die Motorleistung wird in Form der Drehung der Kurbelwelle 9 ausgegeben.
Wie in 2, die eine Längsschnittsdarstellung ist, gezeigt, hat der Zylinderblock 2 einen einzigen Auslassschlitz 11, der zur Zylinderbohrung hin offen ist, um Abgas E auszustoßen. Der Zylinderblock 2 hat ferner ein Paar erste Spülschlitze 12 der Schnürle-Art und ein Paar zweite Spülschlitze 13 der Schnürle-Art, die jeweils in doppelseitiger Symmetrie bezüglich einer imaginären Mittellinie CL (siehe 2), die den Mittelpunkt des Auslassschlitzes 11 und den Mittelpunkt der Zylinderbohrung 4 miteinander verbindet, darin ausgebildet sind. Jeder der ersten und zweiten Auslassschlitze 12 und 13 ist durch eine rechteckige Seitenöffnung 17, die wie in 5 dargestellt in dem Zylinderblock 2 ausgebildet ist, zur äußeren Umgebung offen.
Wie weiter hinsichtlich des Paars erster Spülschlitze 12, die verhältnismäßig näher bei dem Auslassschlitz 11 liegen, und des Paars zweiter Spülschlitze 13, die weiter entfernt von dem Auslassschlitz liegen, in 1 zu erkennen, so haben die ersten und die zweiten Spülschlitze 12 und 13 jeweils erste und zweite rechteckige Spülfenster 14 und 15, die zu der Zylinderbohrung 4 hin offen sind. Alle Spülfenster 14 und 15 sind auf einer Ebene tiefer als eine Oberkante 11a des Auslassschlitzes 11 angeordnet. Die Oberkanten 14a und 15a der ersten und der zweiten Spülfenster 14 und 15 sind auf unterschiedlichen Ebenen angeordnet, wie in 1 am deutlichsten dargestellt ist. Die Oberkante 14a des ersten Spülfensters 14 liegt eine Ebene tiefer als die Oberkante 15a des zweiten Spülfensters 15. Mit anderen Worten: Die Oberkante 15a des zweiten Spülfensters 15, das von dem Auslassschlitz 11 weiter entfernt ist, liegt auf einer Ebene, die um Δh höher ist als das erste Spülfenster 14, das näher bei dem Auslassschlitz 11 liegt, wie in 1 dargestellt ist.
Das heißt, wenn sich der Kolben 5 abwärts bewegt, öffnet dieser Zweitaktmotor 1 zuerst den Auslassschlitz 11 und öffnet beim nächsten Spültakt die ersten Spülschlitze 12 nach Öffnen der zweiten Spülschlitze 13.
Die ersten und zweiten Spülschlitze 12 und 13 sind, in einer horizontalen Ebene betrachtet, in einer dem Auslassschlitz 11 abgewandten Richtung geneigt, wie in 2 am besten dargestellt, und sind, in einer vertikalen Ebene betrachtet, um einen Winkel θ (Elevationswinkel) nach oben gerichtet, wie in 3 am besten dargestellt. Zwar zeigt 3 nur die zweiten Spülschlitze 13, doch sind die ersten Spülschlitze 12 ebenfalls um einen ähnlichen Elevationswinkel nach oben gerichtet.
Die Elevationswinkel der ersten und der zweiten Spülschlitze 12 und 13 können entweder gleich oder voneinander verschieden sein. Vorzugsweise sollte der Elevationswinkel des zweiten Spülschlitzes 13 größer ausgelegt sein als der des ersten Spülschlitzes 12.
Wie in 1 dargestellt, hat der Zylinderblock 2 einen auf der Auslassseite angeordneten Flansch 18, der den Auslassschlitz 11 enthält, und einen auf der Einlassseite angeordneten Flansch 19, der an einer diametral gegenüberliegenden Stelle angeordnet ist. Der auf der Einlassseite angeordnete Flansch 19 hat zwei Kanäle 20 und 21, die vertikal voneinander getrennt sind. 4 ist eine Vorderansicht, die nur den auf der Einlassseite angeordneten Flansch 19 des Zylinderblocks 2 zeigt. Gemäß 1 und 4 hat der obere Kanal 20, im Folgenden als Luftkanal bezeichnet, einen Querschnitt, dessen längere Achse horizontal angeordnet ist. Die keinen Kraftstoff enthaltende Luft A (was im Wesentlichen reine Luft sein kann und hier auch als „kraftstofffreie Luft” bezeichnet wird) strömt durch den Luftkanal 20. Der untere Kanal 21 hat einen rechteckigen Querschnitt (4). Das Luft-Kraftstoff-Gemisch M strömt durch den unteren Kanal 21.
Mit dem auf der Einlassseite angeordneten Flansch 19 sind Komponenten des Einlasssystems verbunden, wozu ein Luftfilter und ein Vergaser mit Drosselklappe gehören (beides in 1 nicht dargestellt). Kraftstofffreie Luft A wird dem Luftkanal 20 von dem Vergaser zugeführt, wie auch in Dokument 3 ( JP 2000-240457 ) beschrieben, und ein Luft-Kraftstoff-Gemisch M wird dem unteren Luft-Kraftstoff Gemisch-Kanal 21 zugeführt.
Der Luft-Kraftstoff-Gemisch-Kanal 21 kommuniziert mit der Kurbelkammer 8 durch einen Luft-Kraftstoff-Gemisch-Auslass 21a, der zu dem unteren Ende der Zylinderbohrung 4 hin offen ist, wie in 1 gezeigt. Wenn sich der Kolben 5 aufwärts bewegt, wird das Luft-Kraftstoff Gemisch M der Kurbelkammer 8 durch den Luft-Kraftstoff-Gemisch-Auslass 21a zugeführt.
In dem Zylinderblock 2 ist ein blockseitiger Kanal 23 ausgebildet, der vertikal entlang der Zylinderbohrung 4 verläuft, wie in den 1, 5 und 6 dargestellt ist. 6 ist eine Vorderansicht eines Seitenflansches 25, der die auf der seitlichen Fläche des Zylinderblocks 2 ausgebildete rechteckige Seitenöffnung 17 enthält. Die Hauptfunktion des blockseitigen Kanals 23 besteht darin, die Kommunikation des ersten Spülschlitzes 12 mit der Kurbelkammer 8 herzustellen, so dass das in der Kurbelkammer 8 vorverdichtete Luft-Kraftstoff-Gemisch M in die Brennkammer 6 eingebracht werden kann.
Gemäß den 2 und 4 ist der Luftkanal 20 in zwei Lufteinlass-Abschnitte 27 verzweigt, von denen jeder an einem Luftauslass 27a endet, der zu der seitlichen Fläche des Zylinderblocks 2 hin offen ist. In 2 sind elliptische Figuren mit Schraffuren in dem Luftkanal 20 gezeigt. Diese Figuren zeigen, dass der Luftkanal 20 einen elliptischen Querschnitt hat und in welche Richtungen die Ausrichtung der längeren Achse des Luftkanals 20 von Abschnitt zu Abschnitt desselben verläuft. Das heißt, an den Luftauslässen 27a weist der Luftkanal 20 einen elliptischen Querschnitt auf, dessen längere Achse, in 2 betrachtet, nach oben (vertikal) verläuft. Stromaufwärts davon neigt sich die längere Achse des elliptischen Querschnitts jedoch schrittweise und liegt schließlich nahe dem Einlass annähernd horizontal. Genauer gesagt ist der Lufteinlass-Abschnitt 27 des Luftkanals 20 so ausgerichtet, dass die längere Achse seines elliptischen Querschnitts an dem Verzweigungspunkt nahe dem vorderen Ende in einer seitlichen Richtung liegt, und zum stromabwärtigen Ende hin steigt die längere Achse schrittweise, bis sie an dem Luftauslass 27a, der ein Umfang des Luftkanals 20 ist, aufrecht steht. Das heißt, dass der Lufteinlass-Abschnitt 27 über seine gesamte Länge den elliptischen Querschnitt hat und so verdreht ist, dass der elliptische Querschnitt in dem stromaufwärtigen Abschnitt horizontal lang ist, dann stromabwärts schrittweise verdreht wird und schließlich an dem Endabschnitt des Kanals (dem Luftauslass 27a) vertikal lang wird. Die Lufteinlass-Abschnitte 27 und die Luftauslässe 27a grenzen an die Zylinderbohrung 4 und den zweiten Auslassschlitz 13 und verlaufen, in einer Ebene betrachtet, wie sie am besten in 2 dargestellt ist, gekrümmt entlang letzterem. Mit anderen Worten: Der Luftkanal 20 hat eine Konfiguration, die eng an der Zylinderbohrung 4 und dem zweiten Auslassschlitz 13 liegt, während sie entlang deren Konturen im Allgemeinen gekrümmt ist.
Die 5 und 6 zeigen den Seitenflansch 25, der um die rechteckige Seitenöffnung 17 herum vorgesehen ist. 6 ist eine Vorderansicht des Seitenflanschs 25 alleine. Der Seitenflansch 25 hat ein einen Kanal bildendes Element 30, das wie in den 7 und 8 gezeigt daran befestigt ist. Das Bezugszeichen 31 bezeichnet Gewindebohrungen, die in dem Seitenflansch 25 ausgebildet sind. Das einen Kanal bildende Element 30 ist an dem Zylinderblock 2 mit Schrauben 32 (die mit einer imaginären Linie in 2 dargestellt sind) befestigt, die in einzelne Schraubenlöcher 37 eingesetzt sind, die so in dem einen Kanal bildenden Element 30 ausgebildet sind, dass sie mit den Gewindebohrungen 31 Paare bilden. Dadurch wird die rechteckige Seitenöffnung 17 in dem Zylinderblock 2 abgedeckt.
Wie in den 7 und 8 dargestellt, hat das einen Kanal bildende Element 30 eine äußere Kontur, die der Form des Seitenflanschs 25 des Zylinders 2 entspricht. In dem einen Kanal bildenden Element 30 sind auch eine Einlassöffnung 34 (7), die dem sich zu dem Seitenflansch 25 hin öffnenden Luftauslass 27a (siehe 6) gegenübersteht, eine dem zweiten Spülschlitz 13 (6) gegenüberstehende Auslassöffnung 35 (siehe 7) und ein externer Luftkanal 36 ausgebildet, der die Einlassöffnung 34 mit der Auslassöffnung 35 verbindet. Wie in den 6 und 7 dargestellt, hat die Einlassöffnung 34 eine in vertikaler Richtung lange elliptische Form. Wie in 7 dargestellt, hat der externe Luftkanal 36 ebenfalls einen in vertikaler Richtung langen elliptischen Querschnitt. Dagegen ist die Auslassöffnung 35 kreisförmig (siehe 8) und ist hinsichtlich ihrer effektiven Schnittfläche im Wesentlichen gleich der Einlassöffnung 34 und dem externen Luftkanal 36. In 7 bezeichnet das Bezugszeichen 37 Schraubenlöcher zum Einführen der Schrauben 32.
Sobald das einen Kanal bildende Element 30 an dem Zylinderblock 2 befestigt ist, sind die zweiten Spülschlitze 13 über den externen Luftkanal 36 des einen Kanal bildenden Elements 30 mit dem Luftkanal 20 (Lufteinlassabschnitt 27) verbunden, der zum Einbringen kraftstofffreier Luft dient.
Wie bereits erläutert, tritt die kraftstofffreie Luft A durch den Luftkanal 20, der dort den in Querrichtung langen elliptischen Querschnitt hat (siehe 4), in den Zylinderblock 2 ein und wird durch die Lufteinlassabschnitte 27, die jeweils den in Querrichtung langen elliptischen Querschnitt haben, den zweiten Spülschlitzen 13 aus dem externen Luftkanal 36 des einen Kanal bildenden Elements 30 zugeführt, der dort den in vertikaler Richtung langen elliptischen Querschnitt hat. Genauer gesagt ändert der Kanal zum Zuführen kraftstofffreier Luft A seinen Querschnitt von einem in Querrichtung langen zu einem in vertikaler Richtung langen (Lufteinlassabschnitt 27) und behält den in vertikaler Richtung langen Querschnitt in dem Abschnitt von dem Lufteinlassabschnitt 27 zu dem externen Luftkanal 36 bei. Dann ändert sich die Auslassöffnung 35 des externen Luftkanals 36, die zu dem zweiten Spülschlitz 13 hin offen ist, in eine kreisförmige Form. Es sei darauf hingewiesen, dass der Durchgang zum Leiten der kraftstofffreien Luft A zu den zweiten Spülschlitzen 13 über seine gesamte Länge hinweg eine im Wesentlichen konstante effektive Schnittfläche hat.
Wie in den 2 und 3 dargestellt, hat das einen Kanal bildende Element 30 ein Membranventil 40 und eine Membranventil-Führung 44, die durch eine oder mehrere Schrauben 41 daran befestigt sind (zwei Schrauben bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel). Die Schrauben 41 sind in Gewindebohrungen 42 eingeführt (siehe 7), die in dem einen Kanal bildenden Element 30 ausgebildet sind. Wenn das einen Kanal bildende Element 30 mit den Schrauben 32 an dem Zylinderblock 2 befestigt ist, sind die Schraubenköpfe 41a in den zweiten Spülschlitzen 13 aufgenommen.
Das Membranventil 40 ist so in der Auslassöffnung 35 (hier auch als „stromabwärtige Öffnung 35” bezeichnet) des externen Luftkanals 36 in dem einen Kanal bildenden Element 30 angeordnet, dass es die Auslassöffnung 35 öffnet und schließt. Genauer gesagt wird das Membranventil 40 geöffnet, wenn der Druck in dem blockseitigen Kanal 23 relativ geringer wird, und lässt die kraftstofffreie Luft A durch den Luftkanal 20 und den externen Luftkanal 36 in die ersten und zweiten Spülschlitze 12 und 13 strömen. Wenn dagegen der Druck in den ersten und zweiten Spülschlitzen 12 und 13 relativ höher wird, wird das Membranventil 40 geschlossen und verhindert, dass das Gas aus der Zylinderbohrung 4 und/oder der Kurbelkammer S durch die ersten und zweiten Spülschlitze 12 und 13 ausströmt.
Wie in den 3, 5 und 6 dargestellt, ist der blockseitige Kanal 23 durch eine in vertikale Richtung verlaufende erste (vertikale) Trennwand 46 in einen ersten inneren Kanal 23a, der mit den ersten Spülschlitzen 12 kommuniziert, und einen zweiten inneren Kanal 23b getrennt, der teilweise mit den zweiten Spülschlitzen 13 kommuniziert. Der zweite innere Kanal 23b ist ferner durch eine zweite (horizontale) Trennwand 47 getrennt, um den mit den zweiten Spülschlitzen 13 kommunizierenden Abschnitt zu begrenzen. Das heißt, durch die erste und die zweite Trennwand 46 und 47 ist im Wesentlichen nur einem begrenzten Teil des blockseitigen Kanals 23 das Kommunizieren mit den zweiten Spülschlitzen 13 erlaubt. Der begrenzte Abschnitt des zweiten inneren Kanals 23b, der mit den zweiten Spülschlitzen 13 kommuniziert, dient zum Speichern einer vorbestimmten Menge an kraftstofffreier Luft A, die von dem Einlasssystem zur Verwendung beim Spülen zugeführt wird.
Der blockseitige Kanal 23 hat eine erste und eine zweite vertikale Rippe 48, 49. Die erste Rippe 48 verläuft von einem unteren Ende der ersten vertikalen Trennwand 46, das einem Ende der zweiten, horizontal verlaufenden Trennwand 47 entspricht, nach unten. Die zweite Rippe 49 verläuft von einem horizontalen mittleren Abschnitt der horizontalen zweiten Trennwand 47 nach unten. Positionen der ersten und der zweiten Rippe 48 und 49 liegen auf einer Linie mit Positionen der beiden Schrauben 41, die zum Befestigen des Membranventils 40 vorgesehen sind. Alternativ kann die erste Trennwand 46 und/oder die zweite Trennwand 47 mit den Positionen der Schrauben 41 auf einer Linie liegen. Diese erste und zweite Rippe 48, 49 liegen jeweils an Stellen, die den beiden Schrauben 41 bzw. deren Köpfen 41a gegenüberstehen. Daher verhindern die Rippen 48, 49, dass die beiden Schrauben 41 beispielsweise in die Kurbelkammer 8 fallen und dadurch Funktionsstörungen des Motors hervorrufen.
Bei einem Spültakt des vorstehend beschriebenen Zweitakt-Verbrennungsmotors 1 wird zuerst die kraftstofffreie Luft A aus den ersten oder den zweiten Spülschlitzen 12, 13, und zwar aus den von dem Auslassschlitz 11 weiter entfernt liegenden zweiten Spülschlitzen 13 in die Brennkammer 6 eingebracht. Zu diesem Zeitpunkt wird auch die in den ersten Spülschlitzen 12 befindliche kraftstofffreie Luft A in die Brennkammer 6 gesaugt. Dann wird das Luft-Kraftstoff-Gemisch M aus den näher bei dem Auslassschlitz 11 liegenden ersten Spülschlitzen 12 in die Brennkammer 6 eingebracht. Dies führt dazu, dass die aus den zweiten Spülschlitzen 13 eingebrachte kraftstofffreie Luft A das später von den ersten Spülschlitzen 12 in die Brennkammer 6 eingebrachte Luft-Kraftstoff-Gemisch M umhüllt, wie in 9 dargestellt. Dies verhindert effektiv, dass das in die Brennkammer 6 eingebrachte und nicht verbrannte Luft-Kraftstoff-Gemisch M durch den Auslassschlitz 11 in die Umgebung ausgestoßen wird. Das heißt, das so genannte „Blowby”-Phänomen wird vermieden.
10 zeigt einen herkömmlichen Zweitakt-Verbrennungsmotor 50 mit Schichtspülung als Vergleichsbeispiel. Der herkömmliche Motor 50 ist so ausgelegt, dass kraftstofffreie Luft A von ersten Spülschlitzen 51 oder zweiten Spülschlitzen 52, und zwar von den näher bei einem Auslassschlitz 53 liegenden ersten Spülschlitzen 51 in eine Brennkammer eingebracht wird, und ein Luft-Kraftstoff-Gemisch M von den weiter von dem Auslassschlitz 53 entfernt liegenden zweiten Spülschlitzen 52 eingebracht wird. Bei diesem herkömmlichen Spülsystem sind das Luft-Kraftstoff-Gemisch M und die kraftstofffreie Luft A in der Brennkammer 54 nicht klar voneinander getrennt. Daher ist es viel wahrscheinlicher, dass das Gemisch M durch den Auslassschlitz 53 ausströmt.
Um die das Abgas reinigende Wirkung des Zweitakt-Verbrennungsmotors nach vorliegender Erfindung zu bestätigen, wurden ein Motor 1 nach vorliegender Erfindung und ein herkömmlicher Motor 50 (siehe 10) produziert, die hinsichtlich grundlegender Konstruktionseigenschaften, wie Hubraum des Motors, Größe der Zylinderbohrung usw. gleich waren. Diese Motoren 1 und 50 wurden hinsichtlich der Menge an unverbrannten Gaskomponenten in ihren Abgasen verglichen. Das Vergleichsergebnis ist in 11 dargestellt. Diese zeigt einen ungefähr 20- bis 40-proqzentigen Rückgang bei den unverbrannten Gaskomponenten von dem Motor 1 nach vorliegender Erfindung.
Wie vorstehend erläutert, macht bei dem als ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung dienenden Zweitakt-Verbrennungsmotor 1 die zuerst durch die von dem Auslassschlitz 11 weiter entfernt liegenden zweiten Spülschlitze 13 in die Brennkammer 6 eingebrachte kraftstofffreie Luft A Schleifen in der Brennkammer 6 und hüllt mit diesen Schleifen das später in die Brennkammer 6 eingebrachte Luft-Kraftstoff-Gemisch ein. Daher ist es möglich, das Vorbeiströmen des Luft-Kraftstoff-Gemischs besser zu unterdrücken als bei dem herkömmlichen Motor 50 und schädliche Komponenten im Abgas E zu reduzieren.
Außerdem ist bei dem als Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung dienenden Zweitakt-Verbrennungsmotor 1 das einen Kanal bildende Element 30 an dem Zylinderblock 2 befestigt, um die zweiten Spülschlitze 13 mit Luft A zu versorgen. Zusätzlich haben die Lufteinlassabschnitte 27 (siehe 2) zum Leiten der kraftstofffreien Luft A zu den zweiten Spülschlitzen 13 einen in Auf-und-Ab-Richtung längeren elliptischen Querschnitt und haben eine Konfiguration, die allgemein so gekrümmt ist, dass sie sich an Konturen der Zylinderbohrung 4 und der zweiten Spülschlitze 13 in einem dichten, eng anliegenden Kontakt mit diesen anpasst. Zudem sind die Lufteinlassabschnitte 27 so in dem Zylinderblock 2 ausgebildet, dass sie an die Zylinderbohrung 4 und die zweiten Spülschlitze 13 angrenzen. Daher kann der Zylinderblock 2 kompakter ausgelegt werden als bei herkömmlichen Motoren, bei denen die Lufteinlassabschnitte einen kreisförmigen Querschnitt haben und gerade verlaufen.
Außerdem werden die beiden Schrauben 41, die das Membranventil 40 und die Membranventil-Führung 44 in jedem zweiten Spülschlitz 13 befestigen, durch die Rippen 48 und 49, die in dem Motor an die Schraubenköpfe 41a angrenzen, daran gehindert, sich zu lockern und heraus zu fallen. Somit kann verhindert werden, dass die Schrauben 41 durch Motorvibrationen in die Kurbelkammer 8 fallen, und Schäden, die ansonsten durch derartige Schrauben verursacht werden, wenn sie in die Kurbelkammer 8 fallen, können vermieden werden.

Claims

Zweitakt-Verbrennungsmotor (1), der so konfiguriert ist, dass er in einem Spültakt kraftstofffreie Luft (A) zusammen mit einem in einer Kurbelkammer (8) vorverdichteten Luft-Kraftstoff-Gemisch (M) in eine Brennkammer (6) einbringt, umfassend; eine Zylinderbohrung (4), in die ein Kolben (5) so eingepasst ist, dass er sich hin und her bewegt und die Brennkammer (6) darin definiert; einen Auslassschlitz (11), der so in der Zylinderbohrung (4) ausgebildet ist, dass er von dem Kolben (5) geöffnet und geschlossen wird; ein Paar erste Spülschlitze (12), die so auf einander gegenüberliegenden Seiten des Auslassschlitzes (11) in der Zylinderbohrung (4) angeordnet sind, dass sie von dem Kolben (5) geöffnet und geschlossen werden; und ein Paar zweite Spülschlitze (13), die so auf einander gegenüberliegenden Seiten des Auslassschlitzes (11) in der Zylinderbohrung (4) angeordnet sind, dass sie von dem Kolben (5) geöffnet und geschlossen werden, wobei die zweiten Spülschlitze (13) von dem Auslassschlitz (11) weiter entfernt liegen als die ersten Spülschlitze (12), jeweils ein einen Kanal bildendes Element (30), das mit jeweils einem der zweiten Spülschlitze (13) strömungstechnisch verbunden und an einem Zylinderblock (2) angebracht ist, wobei jedes einen Kanal bildende Element (30) einen externen Luftkanal (36) zum Versorgen des zugehörigen zweiten Spülschlitzes (13) mit der kraftstofffreien Luft (A) hat; jeweils ein Membranventil (40) und eine Membranventil-Führung (44), die beide mit jeweils einem der zweiten Spülschlitze (13) strömungstechnisch verbunden und mittels zumindest einer Schraube (41) an einer stromabwärtigen Öffnung (35) des jeweiligen externen Luftkanals (36) angebracht sind; und eine Rippe (48, 49), die auf dem Zylinderblock (2) in Verbindung mit der stromabwärtigen Öffnung (35) des externen Luftkanals (36) ausgebildet ist, um einem Schraubenkopf (41a) der Schraube (41) gegenüber zu stehen, wobei in dem Spültakt die zweiten Spülschlitze (13) früher geöffnet werden als die ersten Spülschlitze (12), um kraftstofffreie Luft (A) von ihnen in die Brennkammer (6) einzubringen, und die ersten Spülschlitze (12) später geöffnet werden, um dann ein in der Kurbelkammer (8) vorverdichtetes Luft-Kraftstoff-Gemisch (M) in die Brennkammer (6) einzubringen.
Zweitakt-Verbrennungsmotor nach Anspruch 1, bei dem die Rippe (48, 49) von einer Trennwand (46, 47) ausgeht, die jeden der zweiten Spülschlitze (13) von dem benachbarten der ersten Spülschlitze (12) trennt.
Zweitakt-Verbrennungsmotor nach Anspruch 1 oder 2, ferner umfassend: einen in dem Zylinderblock (2) ausgebildeten Luftkanal (20) zum Zuführen der kraftstofffreien Luft (A) zu den externen Luftkanälen (36) der einen Kanal bildenden Elemente (30), wobei der Luftkanal (20) eine Konfiguration hat, die an der Zylinderbohrung (4) und den zweiten Spülschlitzen (13) eng anliegt, während sie sich entlang deren Konturen teilweise krümmt, und der Luftkanal (20) an seinen gekrümmten Abschnitten einen elliptischen Querschnitt hat, dessen längere Achse in eine vertikale Richtung verläuft.