DE10346048B4

DE10346048B4 - Zweitaktmotor

Info

Publication number: DE10346048B4
Application number: DE10346048.9A
Authority: DE
Inventors: Dipl.-Ing. Osburg Gerhard; Wolfgang Luithardt
Original assignee: Andreas Stihl AG and Co KG
Current assignee: Andreas Stihl AG and Co KG
Priority date: 2003-10-02
Filing date: 2003-10-02
Publication date: 2014-02-13
Anticipated expiration: 2023-10-03
Also published as: CN100432388C; JP4431477B2; DE10346048A1; CN1603593A; US6976458B2; JP2005113915A; US20050072388A1

Abstract

Zweitaktmotor mit einem in einem Zylinder (2) ausgebildeten Brennraum (3), der von einem auf- und abgehenden Kolben (5) begrenzt ist, wobei der Kolben (5) eine in einem Kurbelgehäuse (4) drehbar gelagerte Kurbelwelle (7) antreibt, mit einem Auslass (10) aus dem Brennraum (3) und mit mindestens einem Überströmkanal (12, 15), der in vorgegebenen Stellungen des Kolbens (5) das Kurbelgehäuse (4) mit dem Brennraum (3) verbindet und der mit einem Überströmfenster (13, 16) in den Brennraum (3) mündet, wobei ein Zusatzkanal (14) vorgesehen ist, der mit einem Ende (37) in den Brennraum (3) mündet und der in einem vorgegebenen Betriebszustand beim Abwärtshub des Kolbens (5) in den Brennraum (3) öffnet, während das Überströmfenster (16) zum Brennraum (3) noch geschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Zusatzkanal (14) mit dem anderen Ende (36) in mindestens einen Überströmkanal (15) mündet, und dass der Zusatzkanal (14) im Leerlauf und bei Teillast des Zweitaktmotors (1) geöffnet und bei Volllast des Zweitaktmotors (1) geschlossen ist.

Description

Die Erfindung betrifft einen Zweitaktmotor, insbesondere in einem handgeführten Arbeitsgerät wie einer Motorsäge, einem Trennschleifer oder dgl. der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Gattung.
Aus der DE 26 24 249 A1 ist ein Zweitaktmotor mit Überströmkanälen bekannt. Um die Geräuschentwicklung im Leerlauf herabzusetzen, ist bei diesem Zweitaktmotor eine Hilfsauslassöffnung vorgesehen, über die der Auslass beim Abwärtshub des Kolbens bereits vor Öffnen des Hauptauslasses mit dem Brennraum verbunden ist.
Mit einer derartigen Hilfsauslassöffnung kann das Laufverhalten des Zweitaktmotors beim Starten und im Leerlauf verbessert werden. Allerdings werden die Abgaswerte bei Volllast des Zweitaktmotors hierdurch verschlechtert.
Aus der DD 294 539 A5 ist ein Zweitaktmotor bekannt, der einen gestuften Kolben aufweist. Zwischen dem Kolben und der Zylinderwand ist ein Ringraum gebildet, der über einen Kanal mit einem Vorauslass verbunden ist. Der Kraftstoff wird in den Ringraum zugeführt.
Die DE 33 10 085 A1 offenbart einen Auslasssteuerschieber für Zweitaktmotoren, der einen Vorauslasskanal in Abhängigkeit des Kurbelwellendrehwinkels freigibt oder verschließt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Zweitaktmotor der gattungsgemäßen Art zu schaffen, der ein gutes Laufverhalten im Betrieb und geringe Abgaswerte bei Volllast besitzt.
Diese Aufgabe wird durch einen Zweitaktmotor mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Über den Zusatzkanal kann eine Dekompression des Brennraums in einem vorgegebenen Betriebszustand des Zweitaktmotors, nämlich im Leerlauf oder bei Teillast, erfolgen. Dadurch, dass der Zusatzkanal in einen Überströmkanal und nicht in den Auslass mündet, ist vermieden, dass unverbrannter Kraftstoff aus dem Brennraum in den Auslass entweichen kann. Der vorgegebene Betriebszustand ist der Leerlauf- und Teillastbetrieb. Hierdurch kann ein ruhiger Lauf des Motors im Leerlauf erreicht werden. Die Leerlaufdrehzahl kann reduziert werden und die Leerlaufemissionen sinken.
Zweckmäßig mündet der Zusatzkanal an mindestens einem Einströmfenster in den Brennraum. Es ist vorgesehen, dass die Oberkante des Einströmfensters etwa auf der gleichen Höhe wie die Oberkante des Auslasses liegt oder gegenüber der Oberkante des Auslasses in Richtung auf den Brennraum versetzt ist. Die Oberkante ist dabei jeweils die dem Brennraum zugewandte und dem Kurbelgehäuse abgewandte Kante eines Fensters. Dadurch kann beim Öffnen des Zusatzkanals das Abgas aus dem Brennraum in dem Überströmer vorgelagert werden. Zweckmäßig ist der Strömungsquerschnitt des Zusatzkanals kleiner als der Strömungsquerschnitt des Überströmkanals. Bei geringen Drehzahlen und beim Anwerfen des Zweitaktmotors ist der geringe Strömungsquerschnitt des Zusatzkanals ausreichend, um eine Dekompression im Brennraum zu bewirken und damit die Drehzahl des Zweitaktmotors zu vergleichsmäßigen und ein zündfähiges Gemisch im Brennraum zu erreichen. Bei hohen Drehzahlen des Zweitaktmotors ist der Strömungswiderstand des Zusatzkanals aufgrund der hohen Strömungsgeschwindigkeiten sehr hoch, so dass der Einfluss des Zusatzkanals minimal ist.
Vorteilhaft ist eine Schaltvorrichtung zum Öffnen oder Schließen des Zusatzkanals vorgesehen. Insbesondere kann die Schaltvorrichtung manuell betätigt werden. Es kann jedoch auch zweckmäßig sein, dass die Schaltvorrichtung den Zusatzkanal automatisch schaltet. Da sich der Bediener nicht um die Schaltung des Zusatzkanals zu kümmern braucht, ist hierdurch die Bedienung des Zweitaktmotors vereinfacht. Eine einfache Ausgestaltung des Zweitaktmotors ergibt sich, wenn die Schaltvorrichtung den Zusatzkanal mechanisch schaltet. Insbesondere schaltet die Schaltvorrichtung den Zusatzkanal in Abhängigkeit der Stellung eines Gashebels des Zweitaktmotors. Es kann jedoch auch vorteilhaft sein, dass die Schaltvorrichtung den Zusatzkanal in Abhängigkeit von der Drehzahl der Kurbelwelle steuert. Hierbei ist insbesondere ein Fliehkraftregler zur Ermittlung der Drehzahl vorgesehen.
Vorteilhaft schaltet die Schaltvorrichtung den Zusatzkanal druckgesteuert. Insbesondere schaltet die Schaltvorrichtung den Zusatzkanal in Abhängigkeit des Druckniveaus in unterschiedlichen Betriebszuständen des Zweitaktmotors. Es kann jedoch zweckmäßig sein, dass der Zweitaktmotor ein Lüfterrad besitzt, das auf der Kurbelwelle festgelegt ist und die Schaltvorrichtung den Zusatzkanal in Abhängigkeit des vom Lüfterrad erzeugten Druckes schaltet. Eine einfache Ausgestaltung der Schaltvorrichtung ergibt sich, wenn die Schaltvorrichtung ein Ventil oder eine Klappe besitzt. Um ein gutes Laufverhalten des Zweitaktmotors in allen Betriebszuständen zu erreichen, ist vorgesehen, dass der Zusatzkanal im Leerlauf und beim Starten des Zweitaktmotors geöffnet und bei Volllast des Zweitaktmotors geschlossen ist.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand der Zeichnung erläutert. Es zeigen:
1 eine schematische Darstellung eines Zweitaktmotors,
2 eine schematische Darstellung eines Zweitaktmotors mit geschlossenem Zusatzkanal,
3 den Zweitaktmotor aus 2 mit geöffnetem Zusatzkanal,
4 eine schematische Darstellung des Zusatzkanals eines Zweitaktmotors.
Der in 1 gezeigte Zweitaktmotor 1 besitzt einen Zylinder 2, in dem ein Brennraum 3 ausgebildet ist. Der Brennraum 3 wird von einem Kolben 5 begrenzt, der im Zylinder 2 beweglich gelagert ist. Der Kolben 5 treibt über ein Pleuel 6 eine im Kurbelgehäuse 4 drehbar gelagerte Kurbelwelle 7 an. Der Zweitaktmotor 1 besitzt einen Ansaugkanal 9, in dem ein Vergaser 8 zur Zufuhr von Kraftstoff/Luft-Gemisch zum Ansaugkanal 9 angeordnet ist. Der Ansaugkanal 9 mündet über einen Einlass 11 in den Zylinder 2. In der in 1 gezeigten Stellung des Kolbens 5 im Bereich des unteren Totpunkts ist das Kurbelgehäuse 4 mit dem Brennraum 3 über die Überströmkanäle 12 und 15 verbunden. Die Überströmkanäle 12 und 15 münden mit Überströmfenstern 13 und 16 in den Brennraum 3. Es ist ein Zusatzkanal 14 vorgesehen, der mit einem Einströmfenster 17 in den Brennraum 3 mündet. Der Zusatzkanal 14 mündet mit einem Ende in den Brennraum 3 und mit seinem anderen Ende in den Überströmkanal 15. Das Einströmfenster 17 des Zusatzkanals 14 ist oberhalb des Überströmfensters 16 angeordnet. Das Überströmfenster 16 ist somit gegenüber dem Einströmfenster 17 in Richtung auf das Kurbelgehäuse 4 versetzt. Aus dem Brennraum 3 führt ein Auslass 10 zur Abfuhr der Abgase aus dem Brennraum 3. Die Oberkante 22 des Auslasses 10 ist etwa auf der Höhe der Oberkante 23 des Einströmfensters 17 angeordnet. Die Oberkante ist dabei jeweils die dem Brennraum 3 zugewandte und dem Kurbelgehäuse 4 abgewandte Steuerkante von Einströmfenster 17 und Auslass 10. Der Auslass 10 und das Einströmfenster 17 werden somit vom Kolben 5 etwa gleichzeitig beim Abwärtshub des Kolbens 5 geöffnet. Das Einströmfenster 17 kann jedoch auch oberhalb des Auslasses 10 angeordnet sein und beim Abwärtshub des Kolbens 5 vor dem Auslass 10 öffnen.
Zur Bedienung des Zweitaktmotors 1, der insbesondere in einem handgeführten Arbeitsgerät, einem Trennschleifer oder dgl. angeordnet ist, ist ein Gashebel 32 vorgesehen. Der Gashebel 32 ist an einem Drehpunkt 33 beispielsweise am Gehäuse des Arbeitsgerätes schwenkbar gelagert. Am Gashebel 32 ist eine Betätigung 34 festgelegt, die auf den Vergaser 8 wirkt. Die Betätigung 34 kann beispielsweise eine im Vergaser 8 angeordnete Drosselklappe verstellen. Weiterhin ist am Gashebel 32 eine Betätigung 35 festgelegt, die auf eine nicht dargestellte Schaltvorrichtung des Zusatzkanals 17 wirkt. Die Schaltvorrichtung öffnet oder schließt den Zusatzkanal 14.
Im Betrieb des Zweitaktmotors 1 wird beim Aufwärtshub des Kolbens 5 von der in 1 gezeigten Stellung in Richtung auf den Brennraum 3 Kraftstoff/Luft-Gemisch aus dem Vergaser 8 über den Einlass 11 ins Kurbelgehäuse 4 angesaugt. Das Kraftstoff/Luft-Gemisch im Brennraum 3 wird im Brennraum 3 verdichtet und von der Zündkerze 39 im Bereich des oberen Totpunkts des Kolbens 5 gezündet. Der Kolben 5 wird durch die Verbrennung in Richtung auf das Kurbelgehäuse 4 beschleunigt und verdichtet das im Kurbelgehäuse 4 angeordnete Kraftstoff/Luft-Gemisch. Beim Leerlauf des Zweitaktmotors 1 ist der Zusatzkanal 14 geöffnet. Der Kolben 5 öffnet den Zusatzkanal 14 etwa gleichzeitig mit oder vor dem Auslass 10, 50 dass die Abgase in den Überströmkanal zurückgedrückt werden und eine Dekompression über den Überströmkanal 15 stattfindet. Sobald die Überströmfenster 13 und 16 zum Brennraum 3 hin öffnen, wird Kraftstoff/Luft-Gemisch, dem das Abgas vorgelagert ist, aus dem Kurbelgehäuse 4 und ggf. in den Überströmkanälen 12 und 15 vorgelagerte Luft in den Brennraum 3 gedrückt und verdrängt die restlichen Abgase durch den Auslass 10. Hierdurch werden die hohen Spülverluste in dem vorgegebenen Betriebszustand, insbesondere im Leerlauf- und Teillastbetrieb, reduziert. Im Leerlauf ergibt sich aufgrund der Dekompression des Brennraums 3 eine Vergleichmäßigung der Drehzahl und damit ein ruhigerer Lauf des Zweitaktmotors 1. Dadurch werden die Abgasemissionen im Leerlauf reduziert.
2 zeigt ein Ausführungsbeispiel für einen Zusatzkanal 14. Der Strömungsquerschnitt des Zusatzkanals 14 ist wesentlich kleiner als der Strömungsquerschnitt des Überströmkanals 15. Das Einströmfenster 17 des Zusatzkanals 14 besitzt eine Oberkante 23, die gegenüber der Oberkante 22 des Auslasses 10 in Richtung auf den Brennraum 3 versetzt ist. Das Einströmfenster 17 öffnet somit beim Abwärtshub des Kolbens 5 vor dem Auslass 10. Die Oberkante 22 besitzt zur Oberkante 23 in Richtung der Zylinderlängsachse 40 einen Abstand b. Die Unterkante 24 des Einströmfensters 14, die die dem Kurbelgehäuse 4 zugewandte Steuerkante des Einströmfensters 17 ist, besitzt zur Oberkante 25 des Überströmfensters 16 einen Abstand a in Richtung der Zylinderlängsachse 40. Das Einströmfenster 17 ist somit gegenüber dem Überströmfenster 16 in Richtung der Zylinderlängsachse 40 versetzt. Die beiden Fenster 16, 17 besitzen keine Überdeckung in Umfangsrichtung des Zylinders 2. Das Einströmfenster 17 ist am ersten, dem Brennraum 3 zugewandten Ende 37 des Zusatzkanals 14 angeordnet. Das zweite, dem Kurbelgehäuse 4 zugewandte Ende 36 des Zusatzkanals 14 mündet mit einer Mündungsöffnung 26 in den Überströmkanal 15.
Der Zweitaktmotor 1 besitzt eine Schaltvorrichtung 30, die eine Klappe 18 umfasst. Die Klappe 18 ist an einem Gelenk 21 schwenkbar gelagert und verschließt in der in 2 gezeigten Schließstellung 19 die Mündungsöffnung 26 des Zusatzkanals 14. Die Schaltvorrichtung 30 kann über ein Bedienelement 38 manuell vom Bediener betätigt werden. Die Schaltvorrichtung 30 kann jedoch auch automatisch betätigt sein. Hierzu kann ein Druckaufnehmer 27 im Bereich eines auf der Kurbelwelle 7 festgelegten Lüfterrades 38 des Zweitaktmotors 1 vorgesehen sein. Über den Druck am Druckaufnehmer 27 wird die Klappe 18 geöffnet oder geschlossen. Der Druckaufnehmer 27 kann jedoch auch die unterschiedlichen Druckniveaus bei verschiedenen Betriebszuständen des Zweitaktmotors 1 im Zweitaktmotor 1 selbst, beispielsweise im Kurbelgehäuse 4 oder im Ansaugkanal 9, ermitteln. Die Schaltvorrichtung 30 kann jedoch auch mechanisch betätigt sein. Hierzu kann ein Fliehkraftregler 29 an der Kurbelwelle 7 angeordnet sein, der die Klappe 18 in Abhängigkeit der Drehzahl der Kurbelwelle 7 in Schließstellung 19 bzw. in Öffnungsstellung 20 bringt. Zweckmäßig ist der Zusatzkanal 14 im Leerlauf und bei Teillast geöffnet und bei Volllast geschlossen.
In 3 ist der Zweitaktmotor in Öffnungsstellung 20 der Klappe 18 gezeigt. Die Möglichkeiten der Betätigung der Schaltvorrichtung 30 sind in 3 nicht dargestellt, entsprechen aber denen in 2.
4 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Zusatzkanals 14 mit einer Schaltvorrichtung 30, die ein im Zusatzkanal 14 angeordnetes Ventil 31 umfasst. Das Ventil 31 kann über die Schaltvorrichtung 30 entsprechend der Klappe 18 gesteuert sein. Es können auch andere Steuerungsmöglichkeiten für die Schaltvorrichtung 30 vorgesehen sein. Anstatt der Klappe 18 oder des Ventils 31 können auch andere Elemente zum Öffnen und Schließen des Zusatzkanals 14 vorgesehen sein. Es kann auch zweckmäßig sein, dass der Zusatzkanal 14 nicht geschaltet ist. Aufgrund des hohen Steuerungswiderstands bei den hohen Strömungsgeschwindigkeiten im Volllastfall kann eine Abstimmung des Strömungsquerschnitts des Zusatzkanals 14 ausreichend sein. Der Strömungsquerschnitt im Zusatzkanal 14 ist vorteilhaft wesentlich kleiner als der Strömungsquerschnitt des Überströmkanals 15.
Der Zusatzkanal 14 kann mit einem oder mit mehreren, insbesondere mit allen Überströmkanälen 12, 15 verbunden sein. Wenn der Zusatzkanal 14 mit einem Überstromkanal 15 verbunden ist, kann es zweckmäßig sein, dass mindestens im Leerlaufbetrieb die anderen Überströmkanäle verschlossen werden können.

Claims

Zweitaktmotor mit einem in einem Zylinder (2) ausgebildeten Brennraum (3), der von einem auf- und abgehenden Kolben (5) begrenzt ist, wobei der Kolben (5) eine in einem Kurbelgehäuse (4) drehbar gelagerte Kurbelwelle (7) antreibt, mit einem Auslass (10) aus dem Brennraum (3) und mit mindestens einem Überströmkanal (12, 15), der in vorgegebenen Stellungen des Kolbens (5) das Kurbelgehäuse (4) mit dem Brennraum (3) verbindet und der mit einem Überströmfenster (13, 16) in den Brennraum (3) mündet, wobei ein Zusatzkanal (14) vorgesehen ist, der mit einem Ende (37) in den Brennraum (3) mündet und der in einem vorgegebenen Betriebszustand beim Abwärtshub des Kolbens (5) in den Brennraum (3) öffnet, während das Überströmfenster (16) zum Brennraum (3) noch geschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Zusatzkanal (14) mit dem anderen Ende (36) in mindestens einen Überströmkanal (15) mündet, und dass der Zusatzkanal (14) im Leerlauf und bei Teillast des Zweitaktmotors (1) geöffnet und bei Volllast des Zweitaktmotors (1) geschlossen ist.
Zweitaktmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Zusatzkanal (14) mit einem Einströmfenster (17) in den Brennraum mündet.
Zweitaktmotor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberkante (23) des Einströmfensters (17) etwa auf der gleichen Höhe des Zylinders (2) wie die Oberkante des Auslasses (10) liegt.
Zweitaktmotor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberkante (23) des Einströmfensters (17) gegenüber der Oberkante (22) des Auslasses (10) in Richtung auf den Brennraum (3) versetzt ist.
Zweitaktmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Strömungsquerschnitt des Zusatzkanals (14) kleiner als der Strömungsquerschnitt des Überströmkanals (15) ist.
Zweitaktmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine Schaltvorrichtung (30) zum Öffnen oder Schließen des Zusatzkanals (14) vorgesehen ist.
Zweitaktmotor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltvorrichtung (30) manuell betätigt werden kann.
Zweitaktmotor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltvorrichtung (30) den Zusatzkanal (14) automatisch schaltet.
Zweitaktmotor nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltvorrichtung (30) den Zusatzkanal (14) mechanisch schaltet.
Zweitaktmotor nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltvorrichtung (30) den Zusatzkanal (14) in Abhängigkeit der Stellung eines Gashebels (32) des Zweitaktmotors (1) schaltet.
Zweitaktmotor nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltvorrichtung (30) den Zusatzkanal (14) in Abhängigkeit der Drehzahl der Kurbelwelle (7) steuert.
Zweitaktmotor nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass zur Ermittlung der Drehzahl ein Fliehkraftregler (29) vorgesehen ist.
Zweitaktmotor nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltvorrichtung (30) den Zusatzkanal (14) druckgesteuert schaltet.
Zweitaktmotor nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltvorrichtung (30) den Zusatzkanal (14) in Abhängigkeit eines Druckniveaus des Zweitaktmotors (1) in unterschiedlichen Betriebszuständen des Zweitaktmotors (1) schaltet.
Zweitaktmotor nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltvorrichtung (30) den Zusatzkanal (14) in Abhängigkeit des Druckniveaus im Kurbelgehäuse (4) des Zweitaktmotors (1) schaltet.
Zweitaktmotor nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Zweitaktmotor (1) einen Ansaugkanal (9) besitzt, und dass die Schaltvorrichtung (30) den Zusatzkanal (14) in Abhängigkeit des Druckniveaus im Ansaugkanal (9) schaltet.
Zweitaktmotor nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Zweitaktmotor (1) ein Lüfterrad (28) besitzt, das auf der Kurbelwelle (7) festgelegt ist und die Schaltvorrichtung (30) den Zusatzkanal (14) in Abhängigkeit des vom Lüfterrad (28) erzeugten Drucks schaltet.
Zweitaktmotor nach einem der Ansprüche 6 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltvorrichtung (30) ein Ventil (31) oder eine Klappe (18) besitzt.