DE10123646A1 - Zweitakt-Verbrennungsmotor - Google Patents

Abstract

Ein Zweitakt-Verbrennungsmotor, der Abgase mit geringeren Mengen schädlicher Komponenten, wie z. B. HC, abgibt und weniger Beimischung unverbrannten Luft-Kraftstoffgemisches aufweist, hat eine Kurbelkammer, die sich unter einem Kolben befindet, und eine Verbrennungs-Antriebskammer, die sich über dem Kolben befindet. Ein Paar oder zwei Paare von Spüldurchgängen verbinden die Kurbelkammer mit der Verbrennungs-Antriebskammer, wobei die Spüldurchgänge von dem einen Paar oder von jedem der zwei Paare in Bezug auf eine Ebene, die einen Auspuffkanal so halbiert, dass er ein Schnürle-Spülsystem bildet, symmetrisch angeordnet sind. Jeder Spüldurchgang wird an einer Stelle nahe seinem Spüleinlasskanal gedrosselt.

Description

Hintergrund der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Zweitakt- Verbrennungsmotor, der z. B. zur Verwendung in ei­ ner transportablen Antriebseinrichtung und insbe­ sondere als Zweitakt-Verbrennungsmotor geeignet ist, der Abgase erzeugt, die sauberer sind als die Abgase, welche von vielen früher bekannten Zweitaktmotoren abgegeben wurden, und bei welchen die Beimischung eines unverbrannten Luft- Kraftstoffgemisches herabgesetzt ist.

Zweitakt-Verbrennungsmotoren von der Art, wie sie in transportablen Antriebseinrichtungen gewöhnlich verwendet werden, wie z. B. in Strauchschneidern und Kettensägen, weisen einen Zylinderkopf auf, der mit einem Kolben, einer Verbrennungs-Antriebskammer und einem eine Kurbelkammer bildenden Kurbelgehäuse ausgebildet ist. (Obgleich die in dem Zylinder ge­ bildete Kammer Verbrennungskammer, Antriebskammer, Zylinderkammer usw. genannt werden kann, wird die Kammer in dem Zylinder in der vorliegenden Be­ schreibung im allgemeinen als Verbrennungs-An­ triebskammer bezeichnet.) Ein Einlasskanal, eine Spülöffnung und ein Auspuffkanal, die durch den Kolben geöffnet und geschlossen werden, sind in dem Blockabschnitt des Zylinders vorgesehen. Ein Zyklus des Betriebs des Motors wird in zwei Takten des Kolbens ausgeführt - es ist kein Takt entweder nur dem Einlass von Kraftstoff und Luft oder nur dem Ausstoß von Verbrennungsgasen zugeordnet, wie bei einem Viertaktmotor.

Während dem ansteigenden Kolbenhub wird ein Luft- Kraftstoffgemisch von dem Einlasskanal in die Kur­ belkammer unter dem Kolben eingesaugt. Wenn sich der Kolben nach unten bewegt, wird das Luft- Kraftstoffgemisch in der Kurbelkammer vorverdichtet und erzeugt ein verdichtetes Gasgemisch, welches durch einen Spüldurchgang geleitet und dann von der Spülöffnung in die Arbeitskammer über dem Kolben geblasen wird, um die Verbrennungsabgase zu dem Auspuffkanal zu schieben - die Strömung des ver­ dichteten Luft-Kraftstoffgemisches wird demnach ge­ nutzt, um das Verbrennungsabgas "auszuspülen". Das zum Ausspülen verwendete unverbrannte Luft- Kraftstoffgemisch ist dafür geeignet, mit dem Verbrennungsgas (Abgas) vermischt zu werden und er­ höht dabei die Menge an sogenannter "Beimischung", der Menge an für die Verbrennung nicht genutztem, ausströmendem Luft-Kraftstoffgemisch. Wegen einer Beimischung werden Zweitakt-Verbrennungsmotoren nicht nur unter dem Gesichtspunkt eines Kraftstoff­ verbrauchs, sondern auch wegen des Nachteils, dass im Vergleich zu einem Viertaktmotor eine größere Menge an schädlichen Komponenten, wie z. B. HC (un­ verbrannte Komponenten des Kraftstoffs) und CO (un­ vollständig verbrannter Kraftstoff) in dem Abgas sind, als minderwertig angesehen. Aus diesem Grund ist, selbst wenn der Zweitakt-Verbrennungsmotor nur einen kleinen Hubraum aufweist, der Beitrag der schädlichen Komponenten zu der Umweltverschmutzung erheblich. Außerdem sind die herkömmlichen Zweitakt-Verbrennungsmotoren oft nicht fähig, die in zunehmendem Maße strengen Abgasemissionsvor­ schriften einzuhalten, die von Regierungsbehörden festgelegt wurden, besonders in Beziehung auf die HC-Komponenten (Gesamt-HC) in den Abgasen.

Im allgemeinen wird in Zweitakt-Verbrennungsmotoren ein Kraftstoffgemisch aus Benzin und einem Schmier­ öl verwendet. Daher wird das Abgas auch durch die Ölkomponente des Kraftstoffs verunreinigt. In Ab­ hängigkeit von der Betriebsstellung (Neigung) des Motors kann darüber hinaus eine überhöhte Menge der Ölkomponente des Kraftstoffs in die Verbrennungs- Antriebskammer eingeführt werden, wodurch beim Be­ trieb des Motors Probleme hervorgerufen werden.

Kurze Zusammenfassung der Erfindung

Die vorliegende Erfindung wurde gemacht, um die o­ ben erwähnten Probleme zu lösen. Demzufolge ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Zweitakt-Verbrennungsmotor bereitzustellen, der Ab­ gase mit weniger schädlichen Komponenten, wie z. B. HC, ausstößt als in den Abgasen enthalten sind, die von vielen früher bekannten Zweitaktmotoren ausge­ stoßen wurden, und in welchen eine Beimischung von unverbranntem Luft-Kraftstoffgemisch reduziert ist. Es ist auch eine Aufgabe, solche Verbesserungen zu erzielen, ohne dass eine erhebliche Modifizierung der Struktur des Motors oder eine wesentliche Erhö­ hung der Herstellungskosten notwendig werden. Eine weitere Aufgabe ist, die Fälle von Betriebsproble­ men mit Zweitaktmotoren zu verringern.

Um die oben erwähnten Aufgaben zu lösen, weist ein Zweitakt-Verbrennungsmotor der vorliegenden Erfin­ dung eine Kurbelkammer auf, die sich unter einem Kolben befindet, und eine Verbrennungs- Antriebskammer, die sich über dem Kolben befindet. Entweder ein oder zwei Paar Spüldurchgänge verbin­ den die Kurbelkammer mit der Verbrennungs- Antriebskammer, wobei die Spüldurchgänge von dem einen Paar oder von jedem der zwei Paare in Bezie­ hung auf eine Ebene symmetrisch angeordnet sind, welche einen Auspuffkanal so halbiert, dass er ein Schnürle-Spülsystem bildet. Jeder Spüldurchgang wird an einer Stelle nahe einem Spüleinlasskanal desselben gedrosselt.

In einigen Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung kann die Verbrennungs-Antriebskammer durch ein Zylinderelement definiert sein, die Kur­ belkammer ist durch ein Kurbelgehäuseelement defi­ niert, welches mit einer Unterseite des Zylinder­ elements verbunden ist, und zwischen das Zylinder­ element und das Kurbelgehäuseelement ist ein plat­ tenartiges Element eingeschoben. Das plattenartige Element weist eine Drosselöffnung mit einem offenen Querschnitt auf, welcher kleiner als die Quer­ schnittfläche des Spüldurchgangs an Stellen direkt neben dem plattenartigen Element ist, um einen Teil von jedem der Spüldurchgänge zu drosseln, der sich nahe dem Spüleinlasskanal befindet.

In anderen Ausführungsbeispielen des Verbrennungs­ motors der vorliegenden Erfindung ist eine mit einer Drosselöffnung versehene Trennwand mit einem Öffnungsbereich, welcher kleiner als die Quer­ schnittfläche des Spüldurchgangs ist, nahe dem Spüleinlasskanal jeder der Spüldurchgänge angeord­ net.

Bei bevorzugten Ausführungsbeispielen des Verbren­ nungsmotors der vorliegenden Erfindung ist die Po­ sition und die Größe jeder Drosselöffnung so ausge­ wählt, dass sie eine Turbulenz in der Gasspülströ­ mung durch den Spüldurchgang erzeugt.

Es ist für einen Verbrennungsmotor der vorliegenden Erfindung darüber hinaus vorteilhaft, wegen der Be­ reitstellung der Drosselöffnung einen in einem Be­ reich nahe dem Spüleinlasskanal jedes der Spül­ durchgänge ausgebildeten Stufenabschnitt aufzuwei­ sen.

In weiteren bevorzugten Ausführungsbeispielen des Verbrennungsmotors der vorliegenden Erfindung wird auch ein Spülauslasskanal von jedem Paar oder jedem der Paare von Spüldurchgängen gedrosselt.

Bei dem Betrieb von oben beschriebenen konstruier­ ten Zweitakt-Verbrennungsmotoren der vorliegenden Erfindung wird, wenn der Druck innerhalb der Kur­ belkammer während des Anstiegstakts des Kolbens verringert wird, ein von einer Luft-Kraftstoff- Erzeugungsvorrichtung, wie z. B. einem Vergaser, zugeführtes Luft-Kraftstoffgemisch in die Kurbel­ kammer eingeführt und in dieser gehalten. Wenn das Luft-Kraftstoffgemisch innerhalb der Verbrennungs- Antriebskammer, die über dem Kolben angeordnet ist, entzündet wird und brennt, wird der Kolben infolge der Erzeugung von Verbrennungsgas nach unten gedrückt. Bei dem Abwärtshub des Kolbens wird das in der Kurbelkammer und den Spüldurchgängen gehaltene Luft-Kraftstoffgemisch von dem Kolben verdichtet. Nahe dem Ende des Abwärtshubs öffnet sich zuerst der Auspuffkanal, und wenn der Kolben weiter ab­ wärts gegangen ist, wird der an einem Stromab­ wärtsende des Spüldurchgangs angeordnete Spülaus­ lasskanal geöffnet. Während der Spülperiode, wenn der Spülauslasskanal geöffnet ist, strömt das in der Kurbelkammer verdichtete Luft-Kraftstoffgemisch zu dem Stromabwärtsende des Spüldurchgangs zu der Verbrennungs-Antriebskammer und wird von dem Spül­ auslasskanal als Gasspülströmung mit einem vorgege­ benen horizontalen Spülwinkel zu einem inneren Wandabschnitt der Zylinderbohrung hin ausgeleert, welcher sich gegenüber dem Auspuffkanal befindet. Die Gasspülströmung trifft daraufhin auf den oben erwähnten inneren Wandabschnitt der Zylinderbohrung auf, wird dann von dort umgekehrt und schiebt dabei die Verbrennungsabgase aus dem Auspuffkanal hinaus. Die in der Nähe des Spüleinlasskanals jedes der Spüldurchgänge angeordnete Drosselöffnung bewirkt einen relativ großen Unterschied des zwischen der Kurbelkammer und der Stromabwärtsseite der Drossel­ öffnung von jedem der Spüldurchgänge erzeugten Drucks, im Vergleich zu dem Fall, in dem die Dros­ selöffnung nicht vorgesehen ist, wodurch bewirkt wird, dass das Luft-Kraftstoffgemisch als Hochge­ schwindigkeitsstrahl von der Drosselöffnung einge­ spritzt wird und von dort stromabwärts strömt. So­ mit ermöglicht die Bereitstellung der Drosselöff­ nung eine Verstärkung des Drucks und der Strömungsgeschwindigkeit des Spülgases im Vergleich zu dem Fall, in welchem ein Abschnitt in der Nähe des Spüleinlasskanals des Spüldurchgangs nicht gedros­ selt wird. Das Spülgas, welches die Drosselöffnung passiert hat, dehnt sich dann plötzlich aus und er­ zeugt somit einen Turbulenzzustand einer Strömung in dem Gas, wenn es durch den Spüldurchgang strömt, und es wird danach von dem Spülauslasskanal in die Verbrennungs-Antriebskammer geblasen. Wenn der Spülauslasskanal auch gedrosselt wird, so wird die Strömungsgeschwindigkeit der Gasströmung von dem Auslasskanal in die Verbrennungs-Antriebskammer trotzdem weiter erhöht.

Entsprechend kann die Zerstäubung von Kraftstoff gesteigert werden, die Spülwirkung (Ausräumwirksam­ keit) und gleichzeitig auch die Verbrennungswirk­ samkeit können verbessert werden. Folglich wird es möglich, eine vorgegebene Energie mit einer kleine­ ren Menge an Kraftstoff zu erzielen und die schäd­ lichen Komponenten in dem Abgas, insbesondere das gesamte HC, wirkungsvoll zu verringern, und außer­ dem kann der Kraftstoffverbrauch verbessert werden. Eine Drosselöffnung mit einem Öffnungsquerschnitt, der kleiner ist als die Querschnittfläche des Spül­ durchgangs, kann zu einer Dichtungsform eines plat­ tenförmigen Elements geformt werden, welches so ausgelegt ist, dass es an der Verbindungsstelle zwischen dem Zylinderelement und dem Kurbelgehäuse­ element zwischengeschoben werden kann, um einen Ab­ schnitt jedes der Spüldurchgänge zu drosseln, der sich in der Nähe seines Spüleinlasskanals befindet. Bei einer solchen Struktur wird kein eigenes Element benötigt, um die Drosselung des Gases zu er­ möglichen. Darüber hinaus ist es nicht notwendig, das Zylinderelement oder das Kurbelgehäuseelement zu modifizieren, was die vorliegende Erfindung in Hinsicht auf die Herstellungskosten sehr vorteil­ haft macht.

Obwohl im allgemeinen in dem Zweitakt- Verbrennungsmotor ein Kraftstoffgemisch aus einem Kraftstoff (Benzin) und einem Schmieröl verwendet wird, wird infolge eines zentrifugalen Trenneffekts durch die Drehung des Motors, insbesondere durch dessen Hochgeschwindigkeitsrotation, ein größerer Teil des in einem Luft-Kraftstoffgemisch vorhande­ nen Kraftstoff-/Schmierölgemisches, das in die Kur­ belkammer eingebracht worden ist, von der Luft ge­ trennt und daran gehindert, an der Innenwand der Kurbelkammer anzuhaften. Da der Drosselabschnitt (der Drosselöffnungsabschnitt), der sich in der Nä­ he des Spüleinlasskanals des Spüldurchgangs befin­ det, einen Stufenabschnitt bildet, wird dem größten Teil des Kraftstoffs, welcher eine geringe Viskosi­ tät aufweist, erlaubt, zusammen mit Luft in den Spüldurchgang zu strömen, aber auf Grund des Blo­ ckiereffekts des Stufenabschnitts wird bewirkt, dass der größte Teil des Schmieröls in der Kurbelkammer bleibt. Daher ist es möglich, selbst wenn die Geschwindigkeit der Zufuhr eines Kraft­ stoff-/Luft-/Schmiermittelgemisches zu dem Motor reduziert wird, eine ausreichende Menge an Schmieröl sicherzustellen, welche für eine Schmierung der gleitenden Teile, wie z. B. des Kolbens, der Pleuelstange und der Kurbelwelle elstange und der Kurbelwelle erforderlich ist, und eine Verschlechterung der Schmierleistung des Mo­ tors zu verhindern.

Wenn die Stellung eines Motors während des Leer­ laufs des Motors verändert wird (wenn z. B. eine Kettensäge nach oben geneigt wird), so wird ermög­ licht, dass das Kraftstoff-/Schmierölgemisch, das in der Kurbelkammer bleibt, über die Spüldurchgänge übermäßig stark in die Verbrennungs-Antriebskammer fließt, wenn der oben erwähnte Stufenabschnitt nicht vorgesehen ist, wodurch bewirkt wird, dass der Motor schlecht funktioniert und sogar ste­ henbleibt. Wenn der oben erwähnte Stufenabschnitt wie oben beschrieben vorgesehen wird, wird das Kraftstoff-/Schmierölgemisch, das in der Kurbelkam­ mer enthalten ist, daran gehindert, in die Spüldurchgänge zu fließen, wodurch ermöglicht wird, viele Fälle eines schlechten Motorbetriebs zu ver­ meiden.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 ist eine Längsschnittansicht eines ersten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Zwei­ takt-Verbrennungsmotors;

Fig. 2 ist eine Querschnittansicht entlang der Li­ nie II-II in Fig. 1;

Fig. 3 ist eine vergrößerte Querschnittansicht des Spüldurchgangs des in Fig. 1 gezeigten Motors;

die Fig. 4A bis 4C zeigen verschiedene Beispiele einer Dichtung, die für den in Fig. 1 gezeigten Motor geeignet ist;

Fig. 5 ist eine schematische Ansicht der Relation zwischen dem Spüldurchgang und dem Spülgasfluß in dem in Fig. 1 gezeigten Motor;

Fig. 6 ist eine Längsschnittansicht eines zweiten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Zwei­ takt-Verbrennungsmotors;

Fig. 7 ist eine Querschnittansicht entlang der Li­ nie VII-VII in Fig. 6; und

Fig. 8 ist ein Diagramm der Ergebnisse der Ver­ gleichsprüfungen zwischen einem Motor der vorlie­ genden Erfindung und einem Motor vom Stand der Technik.

Ausführliche Beschreibung der Erfindung

Der Zweitakt-Verbrennungsmotor 1 des ersten Aus­ führungsbeispiels ist, wie in den Fig. 1 und 2 gezeigt ist, ein kleiner, luftgekühlter Zweitakt- Benzinmotor mit einem quartären Spülsystem, welcher zur Verwendung in einem tragbaren Arbeitsgerät gut geeignet ist. Der Motor 1 hat einen Zylinder 10, welcher einen Kolben 20 und ein Kurbelgehäuse 12 einer aufgespaltenen, zweiteiligen Konstruktion aufnimmt, die über eine Dichtung 40A (wird nachfol­ gend erklärt) mit der Unterseite des Zylinders 10 mit Hilfe von vier Durchgangsschrauben (nicht ge­ zeigt) fest verbunden ist, welche jeweils durch vier Eckabschnitte der Elemente eingefügt sind. Das Kurbelgehäuse 12 bildet eine Kurbelkammer 18 unter dem Zylinder 10, und eine Kurbelwelle 22 zum Hin- und Herbewegen eines Kolbens 20 nach oben und unten durch eine Pleuelstange 24 wird durch das Kurbelge­ häuse 12 drehend gehalten.

An den rechten und linken Seiten des Kurbelgehäuses 12 sind der Sockelabschnitt 13 eines Rückholstar­ tergehäuses bzw. der Sockelabschnitt 19 eines Ven­ tilatorgehäuses einstückig angebracht.

Der Zylinder 10 ist an seiner Außenumfangswand mit einer Mehrzahl von Kühlrippen 16 und an dem Kopfab­ schnitt desselben mit einer weichen, kuppelförmigen (halbkugelförmigen) Verbrennungskammer 15a verse­ hen, welche die Verbrennungs-Antriebskammer 15 bil­ det. Eine Zündkerze 17 ist in ein Loch an der Spit­ ze des Zylinderkopfabschnitts eingeschraubt.

Der Hauptabschnitt des Zylinders 10 ist an seiner einen Seite mit einem Auspuffkanal 34 und an seiner anderen Seite mit einem Einlasskanal 33 versehen, welcher auf einem niedrigeren Pegel (d. h., näher an der Kurbelkammer 18 angeordnet) als jener des Auspuffkanals 34 angeordnet ist. Ein Paar erste Spüldurchgänge 31 sind nahe dem Auspuffkanal 34 und symmetrisch an beiden Seiten einer Längsebene F-F angeordnet, die den Auspuffkanal 34 halbiert und dadurch ein Schnürle-Spülsystem bildet. Ferner ist ein weiteres Paar zweiter Spüldurchgänge 32 von dem Auspuffkanal 34 entfernt und symmetrisch an beiden Seiten der oben erwähnten Längsebene F-F angeord­ net, wodurch sie ebenfalls ein Schnürle-Spülsystem bilden. Die ersten und zweiten Spüldurchgänge 31 und 32 erstrecken sich von dem Zylinder 10 zu dem Kurbelgehäuse 12.

Wie in den Fig. 2 und 5 deutlich gezeigt ist, öffnen sich an einem oberen Ende (Stromabwärtsende) der ersten Spüldurchgänge 31 ein Paar erste Spül­ auslasskanäle 31a zu der Verbrennungs- Antriebskammer 15 in einem vorgegebenen horizonta­ len Spülwinkel. In gleicher Weise öffnet sich ein Paar zweite Spülauslasskanäle 32a zu der Verbren­ nungs-Antriebskammer 15 in einem vorgegebenen hori­ zontalen Spülwinkel an einem oberen Ende (Stromab­ wärtsende) der zweiten Spüldurchgänge 32. Jeder der ersteh Spülauslasskanäle 31a ist an der Seite des Auspuffkanals 34 desselben mit einer Drosselwand 31c versehen, welche den Öffnungsquerschnitt des Spüldurchgangs an der Kanalöffnung im Vergleich zu der Querschnittfläche unmittelbar an der Stromauf­ wärtsseite der Drosselwand 31c erheblich verrin­ gert. In gleicher Weise werden die zweiten Spülaus­ lasskanäle 32a im Vergleich zu den zweiten Spül­ durchgängen 32, die sich unmittelbar an der Strom­ aufwärtsseite des zweiten Spülauslasskanals 32a be­ finden, ebenfalls leicht gedrosselt.

Bei dem Ausführungsbeispiel ist die Aufrisshöhe der ersten Spülauslasskanäle 31a gleich jener der zwei­ ten Spülauslasskanäle 32a, und die Aufrisshöhe des obersten Endes der Spülauslasskanäle 31a und 32a ist um ein vorgegebenes Stück niedriger als das o­ berste Ende des Auspuffkanals 34. Daher öffnen, wenn sich der Kolben 20 abwärts bewegt, die zwei Paare von Spülauslasskanälen 31a und 32a gleichzei­ tig eine kurze Zeit nachdem sich der Auspuffkanal 34 öffnet.

Die Spüleinlasskanäle 31b und 32b, die an den unte­ ren Enden (Stromabwärtsenden) der ersten und zwei­ ten Spüldurchgänge 31 und 32 angeordnet sind, be­ finden sich an der Seite der Kurbelkammer 18 (Kur­ belgehäuseseite), so dass die an der Verbindungsfläche J zwischen dem Zylinder 10 und dem Kurbelge­ häuse 12 eingeschobene Dichtung 40A als eine Tren­ nungswand dienen kann, welche die Abschnitte der ersten und zweiten Spüldurchgänge 31 und 32 ver­ schließt, die sich relativ nahe bei den Spülein­ lasskanälen 31b bzw. 32b befinden.

Bezüglich Fig. 4(A) ist die Dichtung 40A wohlbe­ kannt, soweit es deren Ausgangsmaterial betrifft und sie eine rechteckige Ausführung aufweisen. Sie behält ihre Form, so dass sie einer Verformung durch die Luft-Kraftstoffgemischströmung wider­ steht. Außerdem ist die Dichtung 40A in ihrem mitt­ leren Abschnitt mit einem runden Loch 48 versehen, welches dem Außendurchmesser des Basisabschnitts der Zylinderbohrung entspricht, und an ihren vier Eckabschnitten jeweils mit einem Loch 49 versehen, um zum Befestigen eine Durchgangsschraube durchste­ cken zu können. Ferner ist die Dichtung 40A an den Abschnitten, die den ersten und zweiten Spüldurch­ gängen 31 und 32 entsprechen, mit runden Drossel­ öffnungen 41 und 42 versehen, von denen jede eine kleinere Querschnittfläche als die Querschnittflä­ che der ersten und zweiten Spüldurchgänge 31 und 32 (werden hier nachfolgend erklärt) aufweist, um die Abschnitte der ersten und zweiten Spüldurchgänge 31 und 32 zu drosseln, welche sich nahe den Spülein­ lasskanälen 31b und 32b derselben befinden.

Die Positionen und Größen der Drosselöffnungen 41 und 42 sind so ausgewählt, dass die Mitte des Quer­ schnitts jedes der Spüldurchgänge zweckmäßigerweise abweicht, um in dem Gasspülstrom eine wirbelähnli­ che Turbulenzströmung entstehen zu lassen, wie in Fig. 4 gezeigt ist. In Fig. 3, welche eine ver­ größerte Ansicht des ersten Spüldurchgangs 31 ist, ist die Querschnittfläche der Spülauslasskanäle 31a und 32a in den ersten und zweiten Spüldurchgängen 31 und 32 durch Sa dargestellt; die Querschnittflä­ che eines Zwischenabschnitts jedes der ersten und zweiten Spüldurchgänge 31 und 32, die sich an der Stromaufwärtsseite (untere Seite) der Spülauslass­ kanäle 31a und 32a befinden, ist durch Sb darge­ stellt; die Querschnittfläche jedes der ersten und zweiten Spüldurchgänge 31 und 32, welche sich un­ mittelbar an der Stromabwärtsseite (obere Seite) der Drosselöffnungen 41 und 42 befinden, ist durch Sc dargestellt; und der Öffnungsquerschnitt jeder der Drosselöffnungen 41 und 42 ist durch Sd darge­ stellt. Die Querschnittflächen sind so gewählt, dass die Relationen: Sd ≦ Sa < Sb < Sc zutreffen. Beson­ ders in dem Fall eines Zweitakt-Verbrennungsmotors mit einem Hubraum von z. B. etwa 20 bis 60 mL soll­ te, wenn die Querschnittfläche Sc jedes der ersten und zweiten Spüldurchgänge 31 und 32, welche sich unmittelbar auf der Stromabwärtsseite der Drossel­ öffnungen 41 und 42 befinden, mit 100 angenommen wird, der Öffnungsquerschnitt Sd jeder der Drossel­ öffnungen 41 und 42 vorzugsweise in dem Bereich von 50 bis 55 mm² liegen, die Querschnittfläche Sb des Durchgangs eines Zwischenabschnitts sollte vorzugs­ weise in dem Bereich von 75 bis 80 mm² liegen, und die Querschnittfläche Sa der Spülauslasskanäle 31a und 32a sollte vorzugsweise in dem Bereich von 60 bis 70 mm² liegen.

Beim Betrieb des Zweitakt-Verbrennungsmotors 1 des ersten Ausführungsbeispiels, welches wie oben be­ schrieben konstruiert ist, wird das von der Luft- Kraftstoffgemisch-Erzeugungsvorrichtung, z. B. ei­ nem Vergaser (nicht gezeigt), eingespritzte Luft- Kraftstoffgemisch von dem Einlasskanal 33 in die Kurbelkammer 18 eingezogen und darin gehalten, da der Druck innerhalb der Kurbelkammer 18 während des Aufwärtshubs des Kolbens 20 allmählich verringert wird.

Wenn das Luft-Kraftstoffgemisch in der Verbren­ nungs-Antriebskammer 15, die über dem Kolben 20 an­ geordnet ist, entzündet und verbrannt wird, so wird der Kolben 20 infolge der Erzeugung eines Verbren­ nungsgases nach unten gedrückt. Während des Ab­ wärtshubs des Kolbens 20 wird das in der Kurbelkam­ mer 18 und den Spüldurchgängen 31 und 32 gehaltene Luft-Kraftstoffgemisch durch den Kolben 20 verdich­ tet. Wenn der Kolben nahe dem unteren Totpunkt ist, öffnet der Auspuffkanal 34. Nachdem der Kolben 20 ein wenig weiter abgefallen ist, werden die Spül­ auslasskanäle 31a und 32a, die sich an dem Stromab­ wärtsende der Spüldurchgänge 31 und 32 befinden, gleichzeitig geöffnet. Während der Spülperiode, wenn die Spülauslasskanäle 31a und 32a offen sind, wird das in der Kurbelkammer 18 verdichtete Luft- Kraftstoffgemisch über die in der Nähe der Spülein­ lasskanäle 31 und 32 befindlichen Drosselöffnungen 41 und 42 eingespritzt. Gleichzeitig wird das Luft- Kraftstoffgemisch in die Verbrennungs- Antriebskammer 15 eingesaugt, wodurch es aus den Spülauslasskanälen 31a und 32a als Gasspülströmung mit einem vorgegebenen horizontalen Spülwinkel aus­ geblasen und auf einen Innenwandabschnitt der Zy­ linderbohrung gerichtet wird, welcher sich gegen­ über dem Auspuffkanal 34 befindet. Die auf den oben erwähnten Innenwandabschnitt der Zylinderbohrung auftreffende Gasspülströmung wird dann von dieser umgekehrt und stößt dabei das Verbrennungsabgas aus dem Auspuffkanal 34 aus.

Im Hinblick auf die Tatsache, dass die Drosselöff­ nungen 41 und 42 in der Nähe der Spüleinlasskanäle 31b und 32b der Spüldurchgänge 31 und 32 angeordnet sind, wird im Vergleich zu dem Fall, dass solche Drosselöffnungen 41 und 42 nicht angeordnet sind, zwischen der Kurbelkammer 18 und der Stromabwärts­ seite der Drosselöffnungen 41 und 42 der Spüldurch­ gänge 31 und 32 ein erheblicher Druckunterschied erzeugt, wodurch dem Luft-Kraftstoffgemisch ermög­ licht wird, als Strahl von den Drosselöffnungen 41 und 42 eingespritzt zu werden und von dort stromab­ wärts zu strömen. Die Drosselöffnungen 41 und 42 steigern den Druck und die Strömungsgeschwindigkeit des Spülgases im Vergleich zu dem Fall, dass ein Abschnitt in der Nähe jedes der Spüleinlasskanäle 31b und 32b der Spüldurchgänge 31 und 32 nicht ge­ drosselt wird, wodurch das Spülgas, das durch die Drosselöffnungen 41 und 42 geströmt ist, sich plötzlich ausdehnt, daher dort eine wirbelähnliche Turbulenzströmung erzeugt und aus den Spülauslass­ kanälen 31a und 32a in die Verbrennungs-Antriebs­ kammer 15 ausgestoßen wird, wie in den Fig. 3 und 5 gezeigt ist. Wenn die Spülauslasskanäle 31a und 32a auch gedrosselt werden, kann die Strömungsgeschwindigkeit der Gasströmung weiter gesteigert werden. Entsprechend kann die Zerstäubung von Kraftstoff gefördert werden, die Spülwirkung (Aus­ räumwirksamkeit) kann verbessert werden, und gleichzeitig kann auch die Verbrennungswirkung ver­ bessert werden. Folglich wird es möglich, eine vor­ gegebene Energie mit einer kleineren Menge an Kraftstoff zu erzielen und die schädlichen Kompo­ nenten in dem Abgas wirkungsvoll zu verringern, insbesondere das gesamte HC, und außerdem kann der Kraftstoffverbrauch verbessert werden.

Ein Vergleichstest wurde durchgeführt, indem ein Zweitakt-Verbrennungsmotor 1 verwendet wurde, der nach dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel konstruiert war und einen Hubraum von 22,8 mL oder einen Hubraum von 25,4 mL (die vorliegende Erfin­ dung) aufwies, und ein herkömmlicher Zweitakt- Verbrennungsmotor, der den gleichen Hubraum wie der oben erwähnte aufwies und auf die gleiche Weise wie das Ausführungsbeispiel konstruiert war, außer dass die Spüldurchgänge 31 und 32 überhaupt nicht ge­ drosselt waren (Stand der Technik). Unter den glei­ chen Testbedingungen wurden die in Fig. 8 gezeig­ ten Ergebnisse erzielt. Das Gesamt-HC (THC), das von dem Motor entsprechend der vorliegenden Erfin­ dung ausgeströmt war, hat sich, verglichen mit je­ nem von dem herkömmlichen Motor, als um 60% oder mehr reduziert herausgestellt.

Da Drosselöffnungen 41 und 42, von denen jede einen Öffnungsquerschnitt aufweist, der kleiner als eine der Querschnittflächen Sb und Sc der Spüldurchgänge 31 und 32 ist, in der Dichtung 40A ausgebildet sind, um einen Abschnitt von jedem der Spüldurch­ gänge 31 und 32 zu drosseln, welche sich nahe ihrer Spüleinlasskanäle 31b und 32b befinden, wird kein eigenes Element benötigt, um eine Drosselung zu be­ wirken. Darüber hinaus müssen der Zylinder und das Kurbelgehäuse nicht modifiziert werden, was die vorliegende Erfindung in Hinsicht auf die Herstel­ lungskosten sehr vorteilhaft macht.

Außerdem wird, obwohl in dem Zweitakt- Verbrennungsmotor gewöhnlich ein Kraftstoffgemisch aus einem Kraftstoff (Benzin) und einem Schmieröl verwendet wird, infolge eines zentrifugalen Trenn­ effekts durch die Rotation des Motors, insbesondere durch dessen Hochgeschwindigkeitsrotation, ein grö­ ßerer Teil des in einem Luft-Kraftstoffgemisch vor­ handenen Kraftstoff-/Schmierölgemisches, das in die Kurbelkammer 18 eingebracht worden ist, von der Luft getrennt und daran gehindert, an der Innenwand der Kurbelkammer 18 anzuhaften. Ferner wird, im Hinblick auf die Tatsache, dass jeder der gedros­ selten Abschnitte (der Drosselöffnungen 41 und 42), die sich in der Nähe der Spüleinlasskanäle 31b und 32b der Spüldurchgänge 31 und 32 befinden, einen Stufenabschnitt bildet, dem größten Teil des Kraft­ stoffs, welcher eine geringe Viskosität aufweist, erlaubt, zusammen mit Luft in die Spüldurchgänge 31 und 32 zu strömen, aber auf Grund des Blockieref­ fekts des Stufenabschnitts wird bewirkt, dass der größte Teil des Schmieröls in der Kurbelkammer bleibt. Daher ist es möglich, selbst wenn die Zu­ fuhr-Strömungsgeschwindigkeit von Kraftstoff (Kraftstoff-/Schmiermittelgemisch) reduziert wird (Zufuhr an magerem Luft-Kraftstoffgemisch), eine ausreichende Menge an Schmieröl sicherzustellen, welche für eine Schmierung der gleitenden Teile, wie z. B. des Kolbens 20, der Pleuelstange 24 und der Kurbelwelle 22, erforderlich ist, ohne zu be­ wirken, dass die Schmierleistung des Motors ver­ schlechtert wird.

Außerdem wird, wenn sich die Stellung eines Verbrennungsmotors 1 ändert, was bei der Verwendung eines tragbaren Arbeitsgeräts üblicherweise vor­ kommt (z. B. wenn die Kette einer Kettensäge nach oben geneigt wird), z. B. während des Leerlaufs des Motors, erlaubt, dass das Kraftstoff- /Schmierölgemisch in der Kurbelkammer 18 manchmal über die Spüldurchgänge 31 und 32 übermäßig stark in die Verbrennungs-Antriebskammer 15 fließt, wenn der oben erwähnte Stufenabschnitt nicht vorgesehen ist, wodurch ein schlechter Betrieb oder sogar ein Abwürgen des Motors verursacht wird. Wenn dagegen der oben erwähnte Stufenabschnitt, wie oben be­ schrieben, vorgesehen ist, wird das Kraftstoff- /Schmierölgemisch in der Kurbelkammer 18 daran ge­ hindert, in die Spüldurchgänge 31 und 32 zu flie­ ßen, wodurch ermöglicht wird, Funktionsprobleme zu reduzieren.

Die Drosselöffnungen 41 und 42 können in der Dich­ tung 40A ausgebildet werden, indem ein Paar rechte und linke Abschnittausschnitte 43 gemacht werden, welche so geformt sind, dass sie die Spüldurchgänge 31 und 32 teilweise überlappen und dadurch Drossel­ öffnungen 44 und 45 bilden, wie in dem Fall der in Fig. 4(B) gezeigten Dichtung 40B. Alternativ kann, wie in dem Fall der in Fig. 4(C) gezeigten Dich­ tung 40C, ein Paar rechter und linker Drosselöff­ nungen 46, die in Verbindung mit den ersten Spül­ durchgängen 31 geformt sind, einen größeren Quer­ schnitt haben als die der Drosselöffnungen 47 der zweiten Spüldurchgänge 32.

Bei einem zweiten Ausführungsbeispiel sind, wie in den Fig. 6 und 7 gezeigt ist, die Abschnitte o­ der Funktionsteile, die den Abschnitten oder Funk­ tionsteilen des oben beschriebenen ersten Ausfüh­ rungsbeispiels entsprechen, durch die gleichen Po­ sitionszahlen gekennzeichnet und sind nachfolgend nicht zusätzlich beschrieben. Die Hauptunterschiede zwischen den ersten und zweiten Ausführungsbeispie­ len werden nachfolgend im wesentlichen erklärt.

In dem Zweitakt-Verbrennungsmotor 2 des zweiten Ausfüh­ rungsbeispiels sind der Zylinderabschnitt 10A und das obere Kurbelgehäuse 12A in ein einziges Zylindergehäuse 10' integriert. Ein unterer Kurbelgehäuseteil 12B ist mit der Unterseite des Zylindergehäuses 10' eng verbun­ den, so dass das Kurbelgehäuse 18 durch ein Kurbelge­ häuse 12' definiert ist, das aus dem oberen Kurbelge­ häuse 12A und dem unteren Kurbelgehäuse 12B besteht. Ein Einlasskanal 33', der mit einem Rohrventil (nicht gezeigt) versehen ist, ist auf einem Bodenabschnitt der Kurbelkammer 18 geformt.

Obwohl jeder Spüldurchgang 31 und 32 mit einer kurzen Innenwand 36 versehen ist, welche unter jedem der Spül­ auslasskanäle 31a und 32a angeordnet ist, ist der Ab­ schnitt unter der kurzen Innenwand 36 (die Stromauf­ wärtsseite der kurzen Innenwand 36) offen, und daher werden die Spüldurchgänge 31 und 32 halbwandig bezeich­ net. Daher ist außer den Spülauslasskanälen 31a und 32a jeder offene Abschnitt, der sich unter der kurzen In­ nenwand 36 befindet, auch so ausgelegt, dass er durch einen Randabschnitt 20a des Kolbens 20 geöffnet und ge­ schlossen wird.

In dem zweiten Ausführungsbeispiel sind Paare von Trennwänden 50A und 50B, von denen jede mit Dros­ selöffnungen 51 und 52 versehen ist und eine klei­ nere Querschnittfläche als jene der Spüldurchgänge 31 und 32 aufweist, in der Nähe der Spül­ einlasskanäle 31b und 32b der Spüldurchgänge 31 und 32 angeordnet. Das zweite Ausführungsbeispiel funk­ tioniert in der gleichen Weise wie das erste Aus­ führungsbeispiel. Wie bei dem ersten Ausführungs­ beispiel bewirken die Drosselöffnungen 51 und 52, die in der Nähe der Spüleinlasskanäle 31b und 32b der Spüldurchgänge 31 und 32 angeordnet sind, einen erheblichen Druckunterschied, der zwischen der Kur­ belkammer 18 und der Stromabwärtsseite der Drossel­ öffnungen 51 und 52 der Spüldurchgänge 31 und 32 erzeugt wurde, wodurch ermöglicht wird, dass das Luft-Kraftstoffgemisch als Hochgeschwindigkeits­ strahl von den Drosselöffnungen 51 und 52 einge­ spritzt wird und von dort stromabwärts strömt. Die oben beschriebenen Wirkungen eines erhöhten Drucks und einer erhöhten Strömungsgeschwindigkeit des Spülgases und der Erzeugung einer wirbelähnlichen Turbulenzströmung in dem Spülgas, das von den Spül­ durchgängen in die Verbrennungs-Antriebskammer aus­ gestoßen wurde, werden mit dem zweiten Ausführungs­ beispiel erreicht. Entsprechend kann die Zerstäu­ bung von Kraftstoff gesteigert werden, die Spülwir­ kung (Ausräumwirksamkeit) kann verbessert werden, und gleichzeitig kann die Verbrennungswirkung ver­ bessert werden. Als Folge wird eine vorgegebene E­ nergie mit einer kleineren Menge an Kraftstoff, ei­ ne Verringerung der schädlichen Komponenten in dem Abgas, insbesondere des gesamten HC, und eine Ver­ ringerung des Kraftstoffverbrauchs erreicht. Infol­ ge des Blockiereffekts durch den Stufenabschnitt wird das meiste Schmieröl in der Kurbelkammer 18 zurückgehalten.

Obwohl als Beispiel dienende Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung oben beschrieben und in den Zeichnungen gezeigt worden sind, sollte ver­ ständlich sein das die vorliegende Erfindung nicht auf die Ausführungsbeispiele begrenzt ist, sondern verändert werden kann, ohne von dem Sinn und dem Schutzumfang der Erfindung, der in den anhängenden Ansprüchen dargelegt ist, abzuweichen.

Die vorliegende Erfindung stellt einen Zweitakt- Verbrennungsmotor bereit, welcher mit dem Abgas ge­ ringere Mengen schädlicher Komponenten, wie z. B. HC, abgibt, keine erhebliche Modifikation der Struktur des Motors oder eine wesentliche Erhöhung der Herstellungskosten erfordert und das Vorkommen von Betriebsschwierigkeiten infolge eines Übermaßes an Öl, das von den Spüldurchgängen in die Verbren­ nungs-Antriebskammer gelangt, reduziert.

Claims (14)

1. Zweitakt-Verbrennungsmotor mit: einer Kurbel­ kammer, die sich unter einem Kolben befindet, und einer Verbrennungs-Antriebskammer, die sich über einem Kolben befindet; mindestens einem Paar Spül­ durchgängen, welche die Kurbelkammer mit der Verbrennungs-Antriebskammer verbinden, wobei die Spüldurchgänge von dem mindestens einen Paar in Be­ zug auf eine Ebene, welche einen Auspuffkanal so halbiert, dass er ein Schnürle-Spülsystem bildet, symmetrisch angeordnet sind, und jeder Durchgang des mindestens einen Paars an Spüldurchgängen an einer Stelle nahe seinem Spüleinlasskanal gedros­ selt wird.

2. Zweitakt-Verbrennungsmotor nach Anspruch 1, bei dem die Verbrennungs-Antriebskammer durch ein Zylinderelement definiert ist, die Kurbelkammer durch ein Kurbelgehäuseelement definiert ist, das mit einer Unterseite des Zylinderelements verbunden ist, ein plattenähnliches Element zwischen das Zy­ linderelement und das Kurbelgehäuseelement einge­ schoben ist und das plattenähnliche Element eine Drosselöffnung mit einem Öffnungsquerschnitt auf­ weist, der kleiner als die Querschnittfläche des Spüldurchgangs an einer Stelle unmittelbar neben dem plattenähnlichen Element ist, um einen Abschnitt von jedem der Spüldurchgänge zu drosseln, welcher sich nahe dem Spüleinlasskanal befindet.

3. Zweitakt-Verbrennungsmotor nach Anspruch 1, bei dem eine Trennwand eine Drosselöffnung mit ei­ nem Öffnungsquerschnitt aufweist, welcher kleiner als die Querschnittfläche des Spüldurchgangs an ei­ ner Stelle unmittelbar neben der Trennwand ist, und bei dem die Trennwand nahe dem Spüleinlasskanal von jedem der Spüldurchgänge angeordnet ist.

4. Zweitakt-Verbrennungsmotor nach Anspruch 2, bei dem die Position und die Größe der Drosselöff­ nung so ausgewählt sind, dass sie eine Gas- Turbulenzströmung durch den Spüldurchgang stromab­ wärts von der Drosselöffnung bewirken.

5. Zweitakt-Verbrennungsmotor nach Anspruch 3, bei dem die Position und die Größe der Drosselöff­ nung so ausgewählt sind, dass sie eine Gas- Turbulenzströmung durch den Spüldurchgang stromab­ wärts von der Drosselöffnung bewirken.

6. Zweitakt-Verbrennungsmotor nach Anspruch 2, bei dem infolge der Bereitstellung der Drosselöff­ nung in einem Bereich nahe dem Spüleinlasskanal von jedem der Spüldurchgänge ein Stufenabschnitt gebil­ det ist.

7. Zweitakt-Verbrennungsmotor nach Anspruch 3, bei dem infolge der Bereitstellung der Drosselöff­ nung in einem Bereich nahe dem Spüleinlasskanal von jedem der Spüldurchgänge ein Stufenabschnitt gebil­ det ist.

8. Zweitakt-Verbrennungsmotor nach Anspruch 4, bei dem infolge der Bereitstellung der Drosselöff­ nung in einem Bereich nahe dem Spüleinlasskanal von jedem der Spüldurchgänge ein Stufenabschnitt gebil­ det ist.

9. Zweitakt-Verbrennungsmotor nach Anspruch 5, bei dem infolge der Bereitstellung der Drosselöff­ nung in einem Bereich nahe dem Spüleinlasskanal von jedem der Spüldurchgänge ein Stufenabschnitt gebil­ det ist.

10. Zweitakt-Verbrennungsmotor nach Anspruch 1, bei dem ein Spülauslasskanal von jedem des mindes­ tens einen Paars Spüldurchgänge ebenfalls gedros­ selt wird.

11. Zweitakt-Verbrennungsmotor nach Anspruch 2, bei dem ein Spülauslasskanal von jedem des mindes­ tens einen Paars Spüldurchgänge ebenfalls gedros­ selt wird.

12. Zweitakt-Verbrennungsmotor nach Anspruch 3, bei dem ein Spülauslasskanal von jedem des mindes­ tens einen Paars Spüldurchgänge ebenfalls gedros­ selt wird.

13. Zweitakt-Verbrennungsmotor nach Anspruch 4, bei dem ein Spülauslasskanal von jedem des mindestens einen Paars Spüldurchgänge ebenfalls gedros­ selt wird.

14. Zweitakt-Verbrennungsmotor nach Anspruch 5, bei dem ein Spülauslasskanal von jedem des mindes­ tens einen Paars Spüldurchgänge ebenfalls gedros­ selt wird.