DE102004037494A1

DE102004037494A1 - Zweitakt-Verbrennungsmotor

Info

Publication number: DE102004037494A1
Application number: DE102004037494A
Authority: DE
Inventors: Shiro Ohme Yamaguchi; Kentaro Tokorozawa Matsuo; Keita Hamura Kamo; Hidekazu Hamura Tsunoda
Original assignee: Kyoritsu Noki Co Ltd
Current assignee: Yamabiko Corp
Priority date: 2003-08-01
Filing date: 2004-07-27
Publication date: 2005-03-03
Also published as: US20050022757A1; JP3773507B2; US7011078B2; JP2005054644A

Abstract

Ein Zweitakt-Verbrennungsmotor (1) wird mit einem Paar oder mehreren Paaren von C-förmigen Spüldurchgängen (31, 32) eines Gegenstromsystems ausgestattet, wobei sowohl Spüleinlass-Schlitze (31a) als auch Spülauslass-Schlitze (31b, 32b) beide zu einer Zylinderbohrung (10a) geöffnet sind, wobei ein Spüleinführungsdurchgang (40) zum Einführen eines Luft/Kraftstoff-Gemisches (K) von einer Kurbelkammer (18) in die Spüleinlass-Schlitze (31a) zwischen der Zylinderbohrung und dem Kolben bereitgestellt wird, der angepasst ist, um sich in der Zylinderbohrung (10a) gegenläufig auf- und abzubewegen, und eine wirksame Öffnungsfläche der Spüleinlass-Schlitze (31a) allmählich aufgrund des Kolbens (20) im Verlauf des Abwärtshubs des Kolbens (20) verkleinert wird.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Zweitakt-Verbrennungsmotor, der beispielsweise zur Verwendung bei einer tragbaren Leistungsarbeitsmaschine geeignet ist, und insbesondere einen Zweitakt-Verbrennungsmotor, der im Stande ist, Verbrennungsgas (Abgas) per se vollständiger zu reinigen, und ebenfalls im Stande ist, so weit wie möglich die Menge der sogenannten Vorbeiströmung (blow-by) oder der Menge des Luft/Kraftstoff-Gemisches, die abzuführen ist, ohne für die Verbrennung verwendet zu werden, zu minimieren.

Ein gewöhnlicher Zweitakt-Benzinmotor, der herkömmlicherweise bei einer tragbaren Leistungsarbeitsmaschine, wie beispielsweise einer Kettensäge oder einer Motorsense verwendet wird, ist so aufgebaut, dass eine Zündkerze an dem Kopfabschnitt des Zylinders angeordnet ist, und dass ein Einlass-Schlitz, ein Spülschlitz und ein Auslass-Schlitz, die durch einen Kolben zu öffnen und zu schließen sind, bereitgestellt werden, um mit der Zylinderbohrung zu kommunizieren (oder in der inneren Umfangswand des Zylinders bereitgestellt werden). Gemäß diesem Zweitakt-Verbrennungsmotor wird ein Zyklus des Motors durch zwei Hübe des Kolbens erzielt, ohne einen Hub durchzumachen, der exklusiv dem Einlass oder dem Auslass zugeordnet ist.

Genauer gesagt wird beim Aufwärtshub des Kolbens ein aus einem Gemisch von Luft, Kraftstoff und Schmiermittel bestehendes Luft/Kraftstoff-Gemisch von dem Einlass-Schlitz in die unter dem Kolben angeordnete Kurbelkammer eingeführt. Dann wird beim Abwärtshub des Kolbens das Luft-Kraftstoff-Gemisch in der Kurbelkammer vorkomprimiert, wobei ein komprimiertes Gasgemisch erzeugt wird, das dann in eine Verbrennungsbetätigungskammer geblasen wird, die oberhalb des Kolbens angeordnet ist, wodurch ermöglicht wird, dass Verbrennungsgas von dem Auslass-Schlitz abgeführt wird. Mit anderen Worten wird das Spülen des Verbrennungsgases ausgeführt, indem von dem Gasstrom des Luft/Kraftstoff-Gemisches Gebrauch gemacht wird.

Daher ist es wahrscheinlicher, dass unverbranntes Luft/Kraftstoff-Gemisch in das Verbrennungsgas (Abgas) eingemischt wird, womit das Ausmaß der sogenannten Vorbeiströmung oder der Betrag des Luft/Kraftstoff-Gemisches, die in die Luftatmosphäre abzuführen ist, ohne für die Verbrennung verwendet zu werden, erhöht wird. Aus diesem Grund ist verglichen mit einem Viertaktmotor der Zweitakt-Verbrennungsmotor nicht nur im Kraftstoffverbrauch minderwertiger, sondern ebenfalls dadurch nachteilig, dass bewirkt wird, dass ein großer Betrag giftiger Bestandteile, wie beispielsweise Kohlenwasserstoffe (HC) (unverbrannte Bestandteile in einem Kraftstoff) und Kohlenmonoxyd (CO) (unvollständig verbrannte Bestandteile in einem Kraftstoff) im Abgas enthalten ist. Daher kann, sogar wenn der Zweitaktmotor eine kleine Kapazität aufweist, der Einfluss dieser giftigen Bestandteile auf die Umweltverschmutzung nicht außer Acht gelassen werden. Außerdem gibt es verschiedene Probleme wie die Regelung von Abgas zu bewältigen ist, von der erwartet wird, dass sie in Zukunft zunehmend strenger wird. Insbesondere gibt es viele Schwierigkeiten, wie die Minimierung der Kohlenwasserstoffe (HC) (Gesamtkohlenwasserstoffe (THC)) in Abgas zu bewältigen ist.

Da der Zweitakt-Verbrennungsmotor ferner ausgestaltet ist, um einen legierten Kraftstoff zu benutzen, der aus Benzin als Kraftstoff und Schmieröl besteht, gibt es Möglichkeiten, dass das Abgas aufgrund dieses Ölbestandteils weiter verschmutzt wird, und dass dieser Ölbestandteil übermäßig in die Verbrennungsbetätigungskammer strömen kann (obwohl sie ebenfalls Verbrennungskammer, Betätigungskammer, Zylinderkammer, etc. genannt werden kann, werden diese Kammern in der vorliegenden Beschreibung allgemein als Verbrennungsbetätigungskammer bezeichnet), wodurch manchmal Betriebsfehlfunktionen, wie beispielsweise Abwürgen des Motors, begünstigt werden.

Im Hinblick darauf, diese Probleme zu überwinden, wurden verschiedene Arten von Gegenmaßnahmen vorgeschlagen. Beispielsweise offenbart die japanische Patentveröffentlichung Nr. 60-48609 (1985) einen Zweitakt-Verbrennungsmotor, der mit einem Spüldurchgang eines Gegenspülsystems (System vom Schnürle-Typ) ausgestattet ist, wobei die über dem Kolben zu bildende Verbrennungsbetätigungskammer mit der Kurbelkammer kommuniziert. Bei diesem Zweitakt-Verbrennungsmotor wird die Querschnittsfläche des Spülauslass-Schlitzes (an der Seite der Verbrennungsbetätigungskammer gelegen) des Spüldurchgangs kleiner (Verringern der Querschnittsfläche auf 60% oder weniger) als die Querschnittsfläche des Spüleinlass-Schlitzes (an der Seite der Kurbelkammer gelegen) ausgeführt, um dadurch den Durchsatz der Spülung, die in die Verbrennungsbetätigungskammer zu blasen ist, zu verstärken, wodurch der Spülungswirkungsgrad erhöht und das Ausmaß der Vorbeiströmung minimiert wird.

Ferner offenbart die japanische offengelegte Patentveröffentlichung (Kokai) Nr. 2000-179346, dass, wenn die Querschnittsfläche des Einlass-Schlitzes des Spüldurchgangs ungefähr die gleiche wie die des Auslass-Schlitzes des Spüldurchgangs ist, ermöglicht wird, dass das Luft/Kraftstoff-Gemisch (Spülgas), das aus der Kurbelkammer gedrückt wurde, schnell in die Verbrennungsbetätigungskammer von dem Spülauslass-Schlitz strömen kann, womit ermöglicht wird, dass ein großer Betrag der Luft/Kraftstoff-Gemisches zusammen mit Abgas in die externe Atmosphäre abgeführt werden kann. Um ein derartiges Phänomen zu verhindern, schlägt die Veröffentlichung eine erhebliche Verkleinernung der Querschnittsfläche des Einlass-Schlitzes des Spüldurchgangs (oder des Spüleinführungsdurchgangs) verglichen mit der Querschnittsfläche des Spüldurchgangs vor. Durch Verkleinerung des Spüleinlass-Schlitzes (oder des Spüleinführungsdurchgangs) auf diese Art und Weise; ist es möglich, das Spülgas am schnellen Strömen in die Werbrennungsbetätigungskammer von dem Spülauslass-Schlitz zu hindern, sodass das Spülgas allmählich in die Verbrennungsbetätigungskammer gespeist werden kann, bis der Spülhub in seiner späteren Halbstufe platziert ist. Als Ergebnis kann das Ausmaß der Vorbeiströmung sehr minimiert werden.

Im Fall des in der japanischen Patentveröffentlichung Nr. 60-48609 beschriebenen Zweitakt-Verbrennungsmotors wird jedoch dafür gesorgt, dass das Verdichtungsverhältnis (Druck) des Luft/Kraftstoff-Gemisches innerhalb der Kurbelkammer in der späteren Halbstufe (in der Nachbarschaft des unteren Totpunkts) des Abwärtshubs (Spülhubs) verglichen mit dem Verdichtungsverhältnis des Luft/Kraftstoff-Gemisches bis zu der Zwischenstufe des Abwärtshubs niedriger wird, sodass veranlasst wird, dass der Durchsatz des Spülgases, das in die Verbrennungsbetätigungskammer von dem Spülauslass zu blasen ist, ebenfalls abnimmt. Somit ist es unmöglich, einen ausreichenden Grad der Spülwirkung, wie gewünscht, zu erhalten. Stattdessen ist es wahrscheinlicher, dass das Spülgas (Luft/Kraftstoff-Gemisches) sich mit dem Abgas vermischt, und somit ist es unmöglich, das Ausmaß der Vorbeiströmung ausreichend zu minimieren.

Ferner wird im Fall des in der japanischen offengelegten Patentveröffentlichung (Kokai) Nr. 2000-179346 beschriebenen Zweitakt-Verbrennungsmotors veranlasst, da aufgrund der Wirkung des verkleinerten Spülauslass-Schlitzes (Spüleinführungsdurchgang) das Spülgas darin gehindert wird, schnell in die Verbrennungsbetätigungskammer von dem Spülauslass-Schlitz zu strömen, dass der Durchsatz des Spülgasstroms insbesondere in der ersten Hälfte des Abwärtshubs (Spülhubs) des Kolbens niedriger wird als der des Spülstroms, was in der japanischen Patentveröffentlichung Nr. 60-48609 beschrieben wird, sodass es unmöglich ist, die Minimierung des Betrags der Vorbeiströmung in einem solchen ausreichenden Ausmaß, wie gewünscht, zu erwarten.

Die vorliegende Erfindung wurde im Hinblick auf das Überwinden der oben erwähnten Probleme durchgeführt, und somit besteht eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, einen Zweitakt-Verbrennungsmotor bereitzustellen, der hergestellt werden kann, ohne die enorme Modifikation seiner Struktur zu erfordern, der mit niedrigen Kosten hergestellt werden kann, und der im Stande ist, die Vorbeiströmung des unverbrannten Luft/Kraftstoff-Gemisches wirksam zu unterdrücken, giftige Bestandteile, wie beispielsweise Kohlenwasserstoffe (HC), etc., die in die Luftatmosphäre abgeführt werden können, soweit wie möglich zu minimieren, und die Fehlfunktionen zu verhindern, die aufgrund der übermäßigen Zufuhr des Schmieröls in die Verbrennungsbetätigungskammer hervorgerufen werden.

KURZZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Im Hinblick darauf, die oben erwähnte Aufgabe zu verwirklichen, ist der Zweitakt-Verbrennungsmotor gemäß der vorliegenden Erfindung prinzipiell so aufgebaut, dass der Motor mit einem Paar oder mehreren Paaren von C-förmigen Spüldurchgängen eines Gegenstromsystems versehen ist, wobei der/die Spülschlitz e) sowie auch der/die Spülauslass-Schlitz e) beide zu der Zylinderbohrung geöffnet sind.

Der Motor wird ebenfalls zwischen der Zylinderbohrung und dem Kolben, der angepasst ist, um sich in der Zylinderbohrung hin und her nach oben und unten zu bewegen, mit einem Spüleinführungsdurchgang zum Einführen eines Luft/Kraftstoff-Gemisches von der Kurbelkammer in den/die Spüleinlass-Schlitz e) versehen, wobei dessen/deren wirksame Öffnungsfläche ausgestaltet ist, um durch den Kolben im Verlauf des Abwärtshubs des Kolbens allmählich verkleinert wird.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist ein ausgeschnittener Abschnitt zum Bilden des Spüleinführungsdurchgangs an einer unteren externen Umfangswand des Kolbens ausgebildet, und die wirksame Öffnungsfläche des/der Spüleinlass-Schlitzes(e) ist ausgestaltet, um im Verlauf des Abwärtshubs des Kolbens aufgrund einer oberen externen Umfangswand des Kolbens mit dem oben erwähnten ausgeschnittenen Abschnitt allmählich verkleinert wird.

Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die Zylinderbohrung mit einer Längsrille versehen, die Teil des Spüleinführungsdurchgangs bildet.

Bei dem Zweitakt-Verbrennungsmotor der vorliegenden Erfindung sollte die Gesamtquerschnittsfläche des Spüleinführungsdurchgangs vorzugsweise nicht mehr als 40% und bevorzugter etwa 1/3 der Gesamtquerschnittsfläche der Spüldurchgänge betragen.

Gemäß dem Zweitakt-Verbrennungsmotor der vorliegenden Erfindung, der wie oben beschrieben aufgebaut ist, wird, wenn der Druck der Kurbelkammer beim Aufwärtshub des Kolbens verringert wird, das Luft/Kraftstoff-Gemisch (einem aus Benzin als Kraftstoff, Luft und Schmieröl bestehendes zerstäubtes Gemisch), das von dem Luft/Kraftstoff-Gemisch-Erzeugungsmittel, wie beispielsweise einem Vergaser, zugeführt werden soll, aufgesaugt und in der Kurbelkammer gespeichert.

Wenn das Luft/Kraftstoff-Gemisch innerhalb dieser, über dem Kolben angeordneten Verbrennungsbetätigungskammer explodiert, und durch dessen Zündung verbrannt wird, wird der Kolben aufgrund der Erzeugung des Verbrennungsgases nach unten gedrückt. Bei diesem Abwärtshub des Kolbens werden sowohl die Luft als auch das Luft/Kraftstoff-Gemisch, das in der Kurbelkammer und den Spüldurchgängen vorhanden ist, von dem Kolben komprimiert, und zur gleichen Zeit wird zuerst der Auslass-Schlitz geöffnet, und wenn der Kolben weiter abgesenkt wird, wird der an einem stromab gelegen Ende jedes Spüldurchgangs bereitgestellte Spülschlitz geöffnet. Während dieses Spülzeitraums, wobei der Spülauslass-Schlitz offen gehalten wird, wird bewirkt, dass die wirksame Öffnungsfläche dieses Spülauslass-Schlitzes aufgrund der Abwärtsbewegung des Kolbens allmählich vergrößert wird, und zur gleichen Zeit wird veranlasst, dass die effektive Öffnungsfläche dieses Spüleinlass-Schlitzes allmählich verkleinert wird. Dann wird ermöglicht, dass das Luft/Kraftstoff-Gemisch, das in der Kurbelkammer komprimiert wurde, über die zwischen der Zylinderbohrung und dem Kolben bereitgestellten Spüleinführungsdurchgänge in den Spüleinlass-Schlitz eingeführt und dann aus diesem Spüleinlass-Schlitz zu der stromab gelegenen Seite des Spüldurchgangs ausgestoßen und in die Richtung der Verbrennungsbetätigungskammer gesaugt werden kann. Danach wird das Luft/Kraftstoff-Gemisch als ein Spülstrom von dem Spülauslass-Schlitz mit einem vorbestimmten horizontalen Spülwinkel zu der Innenwand der Zylinderbohrung hin ausgeblasen, die dem Auslass-Schlitz gegenüberliegend angeordnet ist. Beim Auftreffen gegen diese Innenwand der Zylinderbohrung wird veranlasst, dass der Strom des Luft/Kraftstoff-Gemisches umkehrt, womit das Verbrennungsgas (Abgas) zu dem Auslass-Schlitz gedrückt wird.

In diesem Fall kann, da die Querschnittsfläche des Spüleinführungsdurchgangs kleiner als die Querschnittsfläche des Spüldurchgangs ausgeführt (vorzugsweise etwa 1/3) und zur. gleichen Zeit der Spüleinlass-Schlitz ausgestaltet ist, um gleichzeitig mit der Abwärtsbewegung des Kolbens allmählich verschmälert (oder verkleinert) wird, kann der Grad der Verringerung in Druck und Durchsatz des Spülgases sogar im späteren Stadium des Abwärtshubs des Kolbens (in der Nachbarschaft des unteren Totpunkts) verglichen mit dem herkömmlichen Motor minimiert werden, bei dem der Spüleinlass-Schlitz, der sich zu der Spülkammer öffnet, nicht verkleinert wird (d.h. die Querschnittsfläche des Spüleinlass-Schlitzes ist im Wesentlichen die gleiche wie die Querschnittsfläche des Spüldurchgangs). Aus diesem Grund ist es möglich, das Spülgas, das von dem Spülauslass-Schlitz in die Verbrennungsbetätigungskammer zu blasen ist, mit einer vorbestimmten Schubkraft (Druck) und mit einer Richtwirkung zu versehen, bis der Spülhub abgeschlossen ist (bis der Kolben den unteren Totpunkt erreicht). Daher ist es nun möglich, den Zerstäubungseffekt des Kraftstoffs während des Spülhubs weiter zu fördern, um den Spülwirkungsgrad (Fangwirkungsgrad) zu verbessern und den Verbrennungswirkungsgrad zu fördern. Als Ergebnis ist es nun möglich, die giftigen Bestandteile, insbesondere die Gesamtkohlenwasserstoffe wirksam zu minimieren und den Kraftstoffverbrauch zusätzlich zu erhöhen.

Da der Spüleinführungsdurchgang durch einfaches Bilden eines ausgeschnittenen Abschnitts in der Form einer parallelen Abfasung an der unteren externen Umfangswand (Schürzenabschnitt) des Kolbens vorgesehen wird, ist es nicht länger erforderlich, Teile getrennt zu erstellen oder den herkömmlichen Motor sehr zu modifizieren, womit die vorliegende Erfindung hinsichtlich der Herstellungskosten äußerst vorteilhaft gemacht ist.

Außerdem wird im Fall des Zweitakt-Verbrennungsmotors Kraftstoff (Benzin) gewöhnlicherweise mit Schmieröl vor der Verwendung gemischt, sodass das Kraftstoff/Schmiermittelgemisch im Luft/Kraftstoff-Gemisch, das in die Kurbelkammer eingeführt wurde, der Wirkung der Zentrifugaltrennung insbesondere anlässlich der Hochgeschwindigkeitsrotation des Motors unterworfen wird, was dazu führt, dass viel von dem Kraftstoff/Schmierölgemisch von der Luftkomponente getrennt wird, womit ermöglicht wird, dass das Kraftstoff/Schmierölgemisch an der Innenwand der Kurbelkammer haften kann. Da in diesem Fall die Querschnittsfläche des Spüleinlass-Schlitzes (der oben erwähnte Spüleinführungsdurchgang) relativ schmal ausgeführt ist, wird ermöglicht, dass sich das Schmiermittel ohne weiteres von den Kraftstoffbestandteilen vor der Einführung des Luft/Kraftstoff-Gemisches in den Spüldurchgang trennen kann, womit ermöglicht wird, dass viel von dem Schmieröl in der Kurbelkammer verbleibt. Somit ist es möglich, sogar wenn der Zufuhrdurchsatz des Kraftstoffs (des Kraftstoff/Schmierölgemischs) verringert wird (d.h. sogar wenn das Luft/Kraftstoff-Gemisch magerer gemacht wird), eine ausreichende Menge von Schmieröl, das zum Schmieren der Schiebebestandteile, wie beispielsweise des Kolbens, der Pleuelstange, der Kurbelwelle, etc., erforderlich ist, womit verhindert wird, dass sich die Schmierfähigkeit dieser Bestandteile verschlechtert.

Ferner wird ermöglicht, dass, wenn die Lage des Motors (einer tragbaren Arbeitsmaschine) plötzlich zu einem großen Ausmaß (wenn beispielsweise der Körper einer Kettensäge plötzlich nach oben geneigt wird) in seinem Leerlaufbetrieb geändert wird, das Kraftstoff/Schmierölgemisch, das als Fluid in der Kurbelkammer verbleibt, übermäßig in die Verbrennungsbetätigungskammer durch den Spüldurchgang strömt, wenn der Spüleinlass-Schlitz an der Seite der Kurbelkammer angeordnet ist, was möglicherweise zu der Fehlfunktion des Motors, wie beispielsweise einem Abwürgen des Motors, führt. Im Fall der vorliegenden Erfindung wird jedoch kaum ermöglicht, dass das Kraftstoff/Schmierölgemisch, das als Fluid in der Kurbelkammer zurückgelassen wird, mit einem Hub in den Spüldurchgang strömen kann, wodurch ermöglicht wird, die Motorfehlfunktion zu unterdrücken.

KURZBESCHREIBUNG DER VERSCHIEDENEN ANSICHTEN DER ZEICHNUNG
1 ist eine Längsschnittansicht, die eine Ausführungsform eines Zweitakt-Verbrennungsmotors gemäß der vorliegenden Erfindung darstellt;
2 ist eine entlang der Linie II-II in 1 genommene Querschnittsansicht;
3 ist eine entlang der Linie III-III in 2 genommene Querschnittsansicht;
4 zeigt einen einzelnen Kolbenkörper, der bei dem in 1 gezeigten Motor zu benutzen ist, wobei 4(A) eine Seitenansicht und 4(B) eine Unteransicht davon ist.
5(A) ist eine entlang der Linie VA-VA in 4(A) und 5(B) eine entlang der Linie VB-VB in 4(A) genommene Querschnittsansicht;
6 ist eine Längsschnittansicht, die eine weitere Ausführungsform eines Zweitakt-Verbrennungsmotors gemäß der vorliegenden Erfindung darstellt;
7 ist eine entlang der Linie VII-VII in 6 genommene Querschnittsansicht;
8 zeigt eine Unteransicht des einzelnen Zylinderkörpers des in 6 gezeigten Motors; und
9 ist eine graphische Darstellung, die die Ergebnisse der zwischen dem Motor der vorliegenden Erfindung und dem Motor des Stands der Technik durchgeführten Vergleichsexperimente zeigt.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Als nächstes werden verschiedene Ausführungsformen des Zweitakt-Verbrennungsmotors gemäß der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben.
1 ist eine Längsschnittansicht, die eine Ausführungsform eines Zweitakt-Verbrennungsmotors gemäß der vorliegenden Erfindung darstellt; 2 ist eine entlang der Linie II-II in 1 genommene Querschnittsansicht; und 3 ist eine entlang der Linie III-III in 2 genommene Querschnittsansicht.
Mit Bezug auf diese Figuren wird der darin gezeigte Zweitakt-Verbrennungsmotor 1 aus einem kleinen luftgekühlten Zweitakt-Benzinmotor des quaternären Spültyps gebildet, der angepasst ist, um in einer tragbaren Arbeitsmaschine benutzt zu werden. Dieser Motor 1 umfasst einen Zylinder 10, in dem ein Kolben 20 passend eingefügt wird, um zu ermöglichen, dass sich dieser gegenläufig auf und ab bewegen kann, und ein Kurbelgehäuse 12, das unterhalb des Zylinders 10 angeordnet und hermetisch an dem Zylinder 10 befestigt ist. Das Kurbelgehäuse 12 definiert eine Kurbelkammer 18 unter dem Zylinder 10 und trägt drehbar eine Kurbelwelle (nicht gezeigt), die ausgestaltet ist, um einen Kolben 20 durch einen Kolbenbolzen 21 und eine Pleuelstange 24 gegenläufig auf und ab zu bewegen.
Der Zylinder 10 ist an seiner äußeren Umfangswand mit einer großen Anzahl von Kühlrippen 16 und an seinem Kopfabschnitt mit einer quetsch-domförmigen (halbkugelförmigen) Verbrennungskammer 15a ausgestattet, die die Verbrennungsbetätigungskammer 15 bildet. Eine Zündkerze 17 ragt in die Verbrennungskammer 15a hinein.
Ein Auslass-Schlitz 34 ist derart vorgesehen, dass er an einer Seite der Zylinderbohrung 10a des Zylinders 10 offen ist. An der entgegengesetzten Seite der Zylinderbohrung 10a ist ein Einlass-Schlitz 33 vorgesehen, der niedriger als der Auslass-Schlitz 34 angeordnet ist (d.h. an der Seite der Kurbelkammer 18). Ein Paar von ersten Spüldurchgängen 31 (die an einer Seite nahe dem Auslass-Schlitz 34 angeordnet sind) sowie auch ein weiteres Paar von zweiten Spüldurchgängen 32 (die an einer Seite entgegengesetzt zu oder entfernt von dort, wo der Auslass-Schlitz 34 angeordnet ist, lokalisiert sind), wobei beide jeweils einen C-förmigen Spüldurchgang bilden, werden symmetrisch an beiden Seiten des Längsschnittes F-F bereitgestellt, wobei die imaginäre Linie in der Breitenrichtung den Auslass-Schlitz 34 und den Einlass-Schlitz 33 in zwei gleiche Teile aufteilt, womit ein Gegenspülsystem (Spülsystem vom Schnürle-Typ) gebildet wird, wobei die Spüleinlass-Schlitze 31a und die Spülauslass-Schlitze 31b und 32b alle zu der Zylinderbohrung 10a geöffnet sind. Es sei bemerkt, dass die Spüleinlass-Schlitze 31a ausgestaltet sind, um jeweils als ein gemeinsamer Schhitz für sowohl die ersten Spüldurchgänge 31 als auch die zweiten Spüldurchgänge 32 zu dienen.
Die Spülauslass-Schlitze 31b und 32b, die an den oberen Enden (stromab gelegene Enden) der ersten Spüldurchgänge 31 und der zweiten Spüldurchgänge 32 bereitgestellt werden, sind jeweils horizontal abgelenkt, um einen vorbestimmten horizontalen Winkel aufzuweisen, und sind alle an der gleichen Höhe in Längsrichtung angeordnet. Ferner wird die Stelle der oberen Enden dieser Spülauslass-Schlitze 31b und 32b um einen vorbestimmten Abstand niedriger als das obere Ende des Auslass-Schlitzes 34 eingestellt, sodass sich beim Abwärtshub des Kolbens 20 diese Spülauslass-Schlitze 31b und 32b gleichzeitig einen Moment später als der Auslass-Schlitz 34 öffnen können.
Die Spüleinlass-Schlitze 31a, die an den unteren Enden (stromauf gelegenen Enden) der ersten Spüldurchgänge 31 und der zweiten Spüldurchgänge 32 bereitgestellt werden, sind jeweils ausgestaltet, sodass deren wirksame Öffnungsfläche durch die Bewegung des Kolbens beim Abwärtshub (Spülhub) des Kolben 20 allmählich verringt wird, wie hier nachstehend erläutert.
Bei dieser Ausführungsform werden Spüleinführungsdurchgänge 40 zwischen der Zylinderbohrung 10a und dem Kolben 20 bereitgestellt, um zu ermöglichen, ein Luft/Kraftstoff-Gemisch K, das in der Kurbelkammer 18 vorkomprimiert wurde, in die Spüleinlass-Schlitze 31a einzuführen.
Genauer gesagt werden, wie aus 4 und 5 zusätzlich zu 1 und 2 ersichtlich ist, ausgeschnittene Abschnitte 22s, die jeweils eine halbzylindrische Konfiguration (oder parallel abgefaste Konfiguration) und näherungsweise die gleiche Breite wie die des Spüleinlass-Schlitzes 31a aufweisen, an beiden Seiten einer unteren externen Umfangswand (Schürzenabschnitt) 22B des Kolbens 20 ausgebildet, wodurch ermöglicht wird, dass diese ausgeschnittenen Abschnitte 22s als die oben erwähnten Spüleinführungsdurchgänge 40 dienen. Daher wird veranlasst, dass beim Abwärtshub des Kolbens 20 die wirksame Öffnungsfläche der Spüleinlass-Schlitze 31a durch die Bewegung der oberen externen Umfangswand 22A (die höher als die ausgeschnittenen Abschnitte 22s angeordnet ist) des Kolbens 20 allmählich abnimmt. Mit anderen Worten ist sie so ausgestaltet, dass die Spüleinlass-Schlitze 31a gleichzeitig mit der Abwärtsbewegung des Kolbens 20 allmählich verschmälert (oder verkleinert) werden können.
Bei dieser Ausführungsform wird eine Gesamtquerschnittsfläche (eine Gesamtzahl von zwei Durchgängen) der Spüleinführungsdurchgänge 40 auf etwa 1/3 einer Gesamtquerschnittsfläche (eine Gesamtzahl von vier Durchgängen) der oben erwähnten Spüldurchgänge 31 und 32 eingestellt.
Wie in 5(B) gezeigt, wird an der oberen Umfangswand 22A, die den oberen Rand jedes ausgeschnittenen Abschnitts 22s des Kolbens 20 definiert, ein ausgenommener Abschnitt 23 ausgebildet, der eine zentrale Rippe 23a aufweist und geöffnet ist, um dem Spüleinlass-Schlitz 31a und den Spülauslass-Schlitzen 31b und 32b gegenüberzuliegen. Es wird erwartet, dass die Bereitstellung dieser ausgenommenen Abschnitte 23, zusätzlich zu einem verstärkten Leichtermachen des Kolbens, der bereits durch die Bildung der ausgeschnittenen Abschnitte 22s leichter gemacht wurde, in den folgenden Beziehungen vorteilhaft ist, d.h. (a) aufgrund des Luft/Kraftstoff-Gemisches K, das frisch in die Spüldurchgänge 31 und 32 eingeführt wurde und durch die ausgenommenen Abschnitte 23 läuft, ist es möglich, sowohl die Wirkung des Förderns des Kühlens des Bolzenvorsprungsabschnitts 26 als auch die vergasungsfördernde Wirkung des Luft/Kraftstoff-Gemisches K zu erwarten; (b) aufgrund der Zurückbehaltung des Schmieröls ist es möglich, die Wirkung des Förderns der Schmierfähigkeit des Kolbens 20 zu erwarten; (c) aufgrund der Bereitstellung der zentralen Rippe 23a ist es möglich, die Wirkung des Verstärkens des Kolbens zu erwarten; und (d) ist es möglich, die Wirkung eines feinen Einstellens und Rektifizierens des Spülgasstroms zu erwarten.
Gemäß dem Zweitakt-Verbrennungsmotor 1 dieser Ausführungsform, der wie oben beschrieben aufgebaut ist, wird, wenn der Druck in der Kurbelkammer 18 beim Abwärtshub des Kolbens 20 verringert wird, das von einem Luft/Kraftstoffmisch-Erzeugungsmittel, wie beispielsweise einem Vergaser, zugeführte Luft/Kraftstoff-Gemisch K in die Kurbelkammer 18 gesaugt und darin gespeichert. Wenn das innerhalb der Verbrennungsbetätigungskammer 15, die über dem Kolben 20 angeordnet ist, vorhandene Luft/Kraftstoff-Gemisch K gezündet wird und explodiert, wird der Kolben 20 aufgrund der Erzeugung eines Verbrennungsgases nach unten gedrückt. Während dieses Abwärtshubs des Kolbens 20 wird das in der Kurbelkammer 18 und in den Spüldurchgängen 31 und 32 vorhandene Luft/Kraftstoff-Gemisch K durch den Kolben 20 komprimiert, und zur gleichen Zeit wird zuerst ein Auslass-Schlitz 34 geöffnet, und wenn der Kolben 20 weiter abgesenkt wird, werden die Spülauslass-Schlitze 31b und 32b geöffnet. Während dieses Spülzeitraums wird, wobei die Spülauslass-Schlitze 31b und 32b geöffnet sind, die wirksame Öffnungsfläche der Spülauslass-Schlitze 31b und 32b konform mit der Abwärtsbewegung des Kolbens 20 allmählich vergrößert, und zur gleichen Zeit wird die effektive Öffnungsfläche des Spüleinlass-Schlitzes 31a aufgrund der Verschiebung der oberen externen Umfangswand 22A des Kolbens 20 allmählich verkleinert. Dann wird das Luft/Kraftstoff-Gemisch K, das in der Kurbelkammer 18 komprimiert wurde, in die SpüleinlassSchlitze 31a durch die Spüleinführungsdurchgänge 40 eingeführt, die zwischen der Zylinderbohrung 10a und der unteren externen Umfangswand 22B des Kolbens 20 bereitgestellt werden, wie es durch einen gestrichelten Pfeil in 1 angegeben ist. Das Luft/Kraftstoff-Gemisch K wird dann von den Spüleinlass-Schlitzen 31a in die stromab gelegene Seite der Spüldurchgänge 31 und 32 ausgestoßen und in die Richtung der Verbrennungsbetätigungskammer 15 gesaugt. Danach wird das Luft/Kraftstoff-Gemisch K als ein Spülgasstrom von den Spülauslass-Schlitzen 31b und 32b mit einem vorbestimmten horizontalen Spülwinkel zu der inneren Wand der Zylinderbohrung 10a ausgeblasen, die dem Auslass-Schlitz 34 gegenüberliegend angeordnet ist. Beim Auftreffen gegen diese innere Wand der Zylinderbohrung 10a wird veranlasst, dass der Strom des Luft/Kraftstoff-Gemisches K umkehrt, womit das Verbrennungsgas (Abgas) E zu dem Auslass-Schlitz 34 gedrückt wird.
In diesem Fall kann, da die Gesamtquerschnittsfläche der Spüleinführungsdurchgänge 40 kleiner als die Gesamtquerschnittsfläche der Spüldurchgänge 31 und 32 ausgeführt wird (vorzugsweise etwa 1/3) und zur gleichen Zeit die Spüleinlass-Schlitze 31a allmählich schmäler (oder kleiner) gleichzeitig mit der Abwärtsbewegung des Kolbens 20 werden, das Ausmaß der Verringerung im Druck und den Durchsatz des Spülgases sogar in dem späteren Stadium des Abwärtshubs des Kolbens 20 (in der Nachbarschaft des unteren Totpunkts) verglichen mit dem herkömmlichen Motor minimiert werden, bei dem Spüleinlass-Schlitze, die zu der Kurbelkammer offen sind, nicht verkleinert werden (d.h. die Querschnittsfläche der Spüleinlass-Schlitze ist im Wesentlichen die gleiche wie die Querschnittsfläche des Spüldurchgangs). Aus diesem Grund ist es möglich, das Spülgas K, das aus den Spülauslass-Schlitzen 31b und 32b in die Verbrennungsbetätigungskammer 15 zu blasen ist, mit einer vorbestimmten Schubkraft (Druck) und mit einem Richtungsvermögen während der gesamten Zeitspanne des Spülverfahrens zu versehen (siehe 3). Daher ist es nun möglich, den Zerstäubungseffekt von Kraftstoff während des Spülhubs weiter zu fördern, den Spülwirkungsgrad (Einfangwirkungsgrad) zu verbessern und den Verbrennungswirkungsgrad zu verstärken. Als Ergebnis ist es nun möglich, die giftigen Bestandteile, insbesondere die Gesamtkohlenwasserstoffe (THC) zu minimieren und außerdem den Kraftstoffverbrauch zu verstärken.
Da die Spüleinführungsdurchgänge 40 durch einfaches Bilden von ausgeschnittenen Abschnitten 22s an der unteren externen. Umfangswand 22B des Kolbens 20 bereitgestellt werden, ist es nicht länger erforderlich, Teile getrennt zu erstellen oder den herkömmlichen Motor sehr zu modifizieren, womit die vorliegende Erfindung hinsichtlich der Herstellungskosten äußerst vorteilhaft ist.
Außerdem wird im Fall des Zweitakt-Verbrennungsmotors Kraftstoff (Benzin) gewöhnlich vor der Verwendung mit Schmieröl gemischt, sodass das Kraftstoff/Schmierölgemisch im Luft/Kraftstoff-Gemisch, das in die Kurbelkammer eingeführt wurde, der Wirkung der zentrifugalen Trennung insbesondere bei der Hochgeschwindigkeitsumdrehung des Motors unterworfen wird, was dazu führt, dass viel von dem Kraftstoff/Schmierölgemisch von der Luftkomponente getrennt wird, womit ermöglicht wird, dass das Kraftstoff/Schmierölgemisch an der inneren Wand der Kurbelkammer haften kann. Im Fall des Zweitakt-Verbrennungsmotors 1 gemäß dieser Ausführungsform wird ermöglicht, da die Querschnittsfläche der Spüleinlass-Schlitze 31a (die oben erwähnten Spüleinführungsdurchgänge 40) relativ schmal ausgeführt ist, dass sich das Schmieröl ohne weiteres von der Kraftstoffkomponente vor der Einführung des Luft/Kraftstoff-Gemisches in die Spüldurchgänge 31 und 32 trennen kann, womit ermöglicht wird, dass viel von dem Schmieröl in der Kurbelkammer 18 zurückgelassen wird. Daher ist es möglich, sogar wenn der Zufuhrdurchsatz des Kraftstoffs (des Kraftstoff/Schmierölgemisches) verringert wird (d.h., sogar wenn das Luft/Kraftstoff-Gemisches magerer gemacht wird), eine ausreichende Menge von Schmieröl sicherzustellen, das zum Schmieren der Schiebebestandteile, wie beispielsweise des Kolbens 21, der Pleuelstange 22, der Kurbelwelle etc., erforderlich ist, wodurch verhindert wird, dass sich die Schmierfähigkeit dieser Bestandteile verschlechtert.
Wenn die Lage des Motors (einer tragbaren Arbeitsmaschine) plötzlich in seinem Leerlaufbetrieb zu einem großen Ausmaß geändert wird (wenn beispielsweise der Körper einer Kettensäge plötzlich nach oben geneigt wird), wird ermöglicht, dass das Kraftstoff/Schmierölgemisch, das als Fluid in der Kurbelkammer verbleibt, übermäßig in die Verbrennungsbetätigungskammer durch den Spüldurchgang strömen kann, wenn der Spüleinlass-Schlitz an der Kurbelkammerseite angeordnet ist, was möglicherweise zu einer Motorfehlfunktion, beispielsweise einem Abwürgen des Motors, führt. Im Fall dieser Ausführungsform wird jedoch kaum ermöglicht, dass das Kraftstoff/Schmierölgemisch, das als Fluid in der Kurbelkammer zurückgelassen wird, mit einem Hub in den Spüldurchgang strömen kann, wodurch ermöglicht wird, die Erzeugung der Fehlfunktion des Motors zu unterdrücken.
6 und 7 zeigen jeweils eine Längsschnittansicht, die eine weitere Ausführungsform eines Zweitakt-Verbrennungsmotors gemäß der vorliegenden Erfindung darstellt; und 8 zeigt eine Unteransicht des einzelnen Körpers des Zylinders 10' des in 6 und 7 gezeigten Motors 1'. Im Fall des Zweitakt-Verbrennungsmotors 1' gemäß dieser Erfindung werden die Spüleinführungsdurchgänge 40' durch ausgeschnittene Abschnitte 22s jeweils an einer unteren externen Umfangswand 22B des Kolbens 20 und durch zwei Paare von Längsrillen 11s, die jeweils eine halbmondförmige Konfiguration im Querschnitt aufweisen, ausgebildet, und jedes Paar wird an einem unteren Abschnitt der Zylinderbohrung 10a ausgebildet, um nahezu den gegenüberliegenden Enden in der Breitenrichtung jedes ausgeschnittenen Abschnitts 22s zu entsprechen. Diese Längsrillen 11s sind ausgestaltet, um zu erlauben, dass die Kurbelkammer 18 mit den unteren Randabschnitten der Spüleinlass-Schlitze 31a kommunizieren kann.
Da diese Längsrillen 11s, die die Spüleinführungsdurchgänge 40' bilden, zusätzlich an der Seite des Zylinders 10' bereitgestellt werden, ist es nun möglich, dem Spülgas K, das aus den Spülauslass-Schlitzen 31b und 32b in die Verbrennungsbetätigungskammer 15 auszublasen ist, zuverlässiger eine gewünschte Richtwirkung zu geben.
Wenn Vergleichsexperimente mit dem Motor 1' (dem Motor der vorliegenden Erfindung) dieser Ausführungsform, der wie oben beschrieben aufgebaut wurde, und dem Motor (dem herkömmlichen Motor) durchgeführt wurden, wobei die zu der Kurbelkammer geöffneten Spüleinlass-Schlitze nicht hinsichtlich der Abführung der Gesamtkohlenwasserstoffe (THC) (g/h-PS), der Leistung (PS), dem spezifischen Kraftstoffverbrauch (SFC = specific fuel consumption) und dem Kraftstoffverbrauch (L/h) verkleinert wurden, ergaben sich die in 9 gezeigten Ergebnisse. In dieser 9 stellt die horizontale Achse die Drehzahl des Motors dar, wenn der Motor mit voll geöffnetem Drosselventil betrieben würde. Wie aus 9 ersichtlich ist, wurde herausgefunden, dass die Abführung der Gesamtkohlenwasserstoffe (THC) bei dem Motor der vorliegenden Erfindung etwa 25% niedriger als bei dem herkömmlichen Motor war. Genauer gesagt, wurde herausgefunden, dass der Motor der vorliegenden Erfindung im Stande war, ohne weiteres den Pan-American Standard (EPA PHASE II 2005 Klasse IV): 37 g/h-PS zu erfüllen, die der herkömmliche Motor verfehlte. Ferner wurde herausgefunden, dass die Leistung des Motors der vorliegenden Erfindung geringfügig höher als die des herkömmlichen Motors war. Der spezifische Kraftstoffverbrauch im Motor der vorliegenden Erfindung wurde verglichen mit dem herkömmlichen Motor um etwa 12% verbessert, und der Kraftstoffverbrauch im Motor der vorliegenden Erfindung wurde verglichen mit dem herkömmlichen Motor um etwa 10% verringert.
Obwohl im Vorhergehenden eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ausführlich zwecks Darstellung erläutert wurde, ist offensichtlich, dass der Aufbau der Vorrichtung verschiedenartig ohne Abweichen vom Geist und Schutzumfang der Erfindung, der in den hier beigefügten Ansprüchen beansprucht wird, modifiziert werden kann.
Beispielsweise wurden bei den vorhergehenden Ausführungsformen, um die Spüleinführungsdurchgänge 40 zu bilden, die ausgeschnittenen Abschnitte 22s durch Schneiden einer unteren Umfangwand 22B des Kolben 20 ausgebildet, um eine parallel abgefaste Konfiguration zu bilden. Es ist jedoch offensichtlich, dass die untere externe Umfangswand 22B des Kolbens 20 ausgeschnitten sein kann, um jede optionale Konfiguration, wie benötigt, wie beispielsweise eine U-förmige Rille, zu bilden.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist ein Zweitakt-Verbrennungsmotor bereitzustellen, der hergestellt werden kann, ohne die enorme Modifikation seiner Struktur zu erfordern, der mit niedrigen Kosten hergestellt werden kann, und der fähig ist, die Vorbeiströmung (blow-by) von unverbranntem Luft/Kraftstoff-Gemisch zu unterdrücken, soweit wie möglich giftige Komponenten, wie beispielsweise Kohlenwasserstoffe (HC), zu minimieren, die in die Luftatmosphäre abgeführt werden können, und die Erzeugung einer Betriebsfehlfunktion zu verhindern, die aufgrund übermäßiger Zufuhr des Schmieröls in die Verbrennungsbetätigungskammer verursacht werden kann.

Claims

Zweitakt-Verbrennungsmotor mit: einem Kolben, einer Zylinderbohrung, einer Kurbelkammer und mindestens einem Paar von C-förmigen Spüldurchgängen eines Gegenstromsystems, wobei mindestens ein Spüleinlass-Schlitz sowohl als auch mindestens ein Spülauslass-Schlitz beide zu der Zylinderbohrung geöffnet sind, wobei ein Spüleinführungsdurchgang zum Einführen eines Luft/Kraftstoff-Gemisches von der Kurbelkammer in den mindestens einen Spüleinlass-Schlitz zwischen der Zylinderbohrung und dem Kolben bereitgestellt wird, der angepasst ist, um sich in der Zylinderbohrung gegenläufig auf und ab zu bewegen, und eine wirksame Öffnungsfläche des mindestens einen Spüleinlass-Schlitzes ausgestaltet ist, um durch den Kolben im Verlauf eines Abwärtshubs des Kolbens allmählich verkleinert zu werden.
Zweitakt-Verbrennungsmotor gemäß Anspruch 1, bei dem ein ausgeschnittener Abschnitt zum Bilden des Spüleinführungsdurchgangs an einer unteren externen Umfangswand des Kolbens ausgebildet ist, und die wirksame Öffnungsfläche des mindestens einen Spüleinlass-Schlitzes ausgestaltet ist, um im Verlauf des Abwärtshubs des Kolbens aufgrund einer oberen externen Umfangswand des Kolbens mit dem ausgeschnittenen Abschnitt allmählich verkleinert zu werden.
Zweitakt-Verbrennungsmotor gemäß Anspruch 1, bei dem die Zylinderbohrung mit einer Längsrille ausgestattet ist, die Teil des Spüleinführungsdurchgangs bildet.
Zweitakt-Verbrennungsmotor gemäß Anspruch 1, bei dem eine Gesamtquerschnittsfläche des Spüleinführungsdurchgangs nicht mehr als 40% der Gesamtquerschnittsfläche der Spüldurchgänge beträgt.