DE102008012536B4

DE102008012536B4 - Verfahren zum Betrieb eines Zweitaktmotors

Info

Publication number: DE102008012536B4
Application number: DE102008012536.9A
Authority: DE
Inventors: Dr.-Ing. Zürcher Lukas; Dipl.-Ing. Naegele Claus; Dr.-Ing. Maier Georg
Original assignee: Andreas Stihl AG and Co KG
Current assignee: Andreas Stihl AG and Co KG
Priority date: 2008-03-04
Filing date: 2008-03-04
Publication date: 2020-07-30
Anticipated expiration: 2028-03-05
Also published as: JP2009209939A; US20090228189A1; CN101526052A; DE102008012536A1; CN101526052B; JP5358223B2; US8000879B2

Abstract

Verfahren zum Betrieb eines Zweitaktmotors (1), wobei der Zweitaktmotor (1) eine Kraftstoffzuführeinrichtung besitzt, in der ein Abschnitt eines Ansaugkanals (49) ausgebildet ist, wobei der Ansaugkanal (49) stromauf der Kraftstoffzuführeinrichtung mit dem Reinraum (31) eines Luftfilters (27) verbunden ist und wobei der Ansaugkanal (49) stromab der Kraftstoffzuführeinrichtung durch eine Trennwand (19) in einen Zuführkanal (10) zur Zufuhr von weitgehend kraftstofffreier Luft und einen Gemischkanal (8) zur Zufuhr von Kraftstoff/Luft-Gemisch aufgeteilt ist, wobei in dem Abschnitt des Ansaugkanals (49) eine Drosselklappe (24) schwenkbar gelagert ist, die in mindestens einem Betriebszustand in Richtung der Trennwand (19) ausgerichtet ist, dadurch gekennzeichnet, dass ein Ventil (39) zur Zufuhr von Kraftstoff vorgesehen ist und dass über das Ventil (39) mindestens in diesem Betriebszustand im Wesentlichen nur zu den Zeitpunkten Kraftstoff in den Ansaugkanal (49) zugeführt wird, zu denen der Druck (p) im Gemischkanal (8) nicht höher als der Druck (p) im Zuführkanal (10) ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb eines Zweitaktmotors der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Gattung und einen Zweitaktmotor der im Oberbegriff des Anspruchs 6 angegebenen Gattung.
Aus der DE 103 41 230 A1 ist ein Zweitaktmotor bekannt, dessen Ansaugkanal in einen Gemischkanal und einen Luftkanal aufgeteilt ist. Um zu vermeiden, dass Kraftstoff aus dem Gemischkanal in den Luftkanal angesaugt wird, ist der Reinraum des Luftfilters vollständig in zwei Kammern getrennt.
Es hat sich gezeigt, dass aufgrund von Undichtigkeiten im Bereich der Drosselklappe Kraftstoff aus dem Gemischkanal in den Luftkanal übertreten kann. Dies ist unerwünscht, da dadurch die Abgaswerte des Zweitaktmotors verschlechtert werden.
Die DE 10 2006 032 475 A1 zeigt einen Zweitaktmotor mit einem Vergaser. Der Kraftstoff wird über Kraftstofföffnungen in Abhängigkeit des im Ansaugkanal herrschenden Unterdrucks zugeführt.
Die DE 695 23 624 T2 zeigt einen Zweitaktmotor mit einem einzigen Einlasskanal, der Luft und Kraftstoff ins Kurbelgehäuse zuführt. Zur Steuerung der zuzuführenden Kraftstoffmenge ist ein Absperrventil im Kraftstoffzuführsystem vorgesehen.
Die DE 43 36 129 A1 zeigt einen Zweitaktmotor, bei dem der Kraftstoff in den Brennraum eingespritzt wird.
Aus der DE 10 2006 031 685 A1 geht ein Zweitaktmotor mit einem Ansaugkanal hervor, in den in Abhängigkeit des im Ansaugkanal herrschenden Unterdrucks Kraftstoff zugeführt wird. Ergänzend ist ein Zusatzkanal vorgesehen, in den ein weiterer Kraftstoffkanal mündet. Die zugeführte Kraftstoffmenge wird von einem Ventil gesteuert.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Betrieb eines Zweitaktmotors anzugeben, mit dem auf einfache Weise gute Abgaswerte erreicht werden können. Eine weitere Aufgabe der Erfindung liegt darin, einen Zweitaktmotor anzugeben, der gute Abgaswerte aufweist.
Diese Aufgabe wird bezüglich des Verfahrens mit einem Verfahren zum Betrieb eines Zweitaktmotors mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Bezüglich des Zweitaktmotors wird die Aufgabe durch einen Zweitaktmotor mit den Merkmalen des Anspruchs 6 gelöst.
Dadurch, dass in dem Betriebszustand, in dem die Drosselklappe etwa in Richtung der Trennwand ausgerichtet ist, Kraftstoff im Wesentlichen nur dann in den Ansaugkanal zugeführt wird, wenn der Druck im Gemischkanal kleiner oder gleich wie der Druck im Zuführkanal ist, kann vermieden werden, dass Kraftstoff aufgrund von Druckdifferenzen in den Zuführkanal angesaugt wird. Dadurch kann auf einfache Weise eine Verunreinigung des Zuführkanals mit Kraftstoff vermieden werden. Eine aufwändige Abdichtung im Bereich der Drosselklappe kann entfallen. Aufgrund kurzer benötigter Schaltzeiten kann vorgesehen sein, dass geringe Mengen Kraftstoff zu Zeiten, zu denen der Druck im Zuführkanal geringer als der Druck im Gemischkanal ist, zugeführt werden. Die wesentliche Kraftstoffmenge, zweckmäßig mindestens 60 %, insbesondere mindestens 80 % und vorteilhaft die gesamte Kraftstoffmenge wird jedoch dann zugeführt, wenn der Druck im Gemischkanal nicht höher als der Druck im Zuführkanal ist.
Die über den Zuführkanal zugeführte weitgehend kraftstofffreie Luft wird als Spülvorlagenluft genutzt und in den Überströmkanälen des Zweitaktmotors vorgelagert. Die vorgelagerte Spülvorlagenluft kann beim Abwärtshub des Kolbens teilweise mit durch den Auslass entweichen. Dadurch, dass in der Spülvorlagenluft aufgrund der Steuerung des Zeitpunkts der Kraftstoffzufuhr nur sehr geringe Kraftstoffmengen oder kein Kraftstoff enthalten ist, ergeben sich gute Abgaswerte. Der Druck im Ansaugkanal und im Zuführkanal ist aufgrund der unterschiedlichen Steuerzeiten der Kanäle phasenverschoben, wobei der Druck im Gemischkanal üblicherweise niedrigere Werte erreicht, als der Druck im Zuführkanal. Insbesondere beim Aufwärtshub des Kolbens liegt der Druck im Gemischkanal über eine Zeitspanne, die von der Konstruktion des Zweitaktmotors abhängt, unterhalb des Drucks im Zuführkanal. Bei einer Kraftstoffzufuhr während dieser Zeitspanne wird der Kraftstoff in den Gemischkanal gesaugt. Aufgrund des höheren Drucks im Zuführkanal findet keine nennenswerte Strömung vom Gemischkanal in den Zuführkanal statt. Üblicherweise wird sich eine Strömung in Gegenrichtung vom Zuführkanal in den Gemischkanal bei Undichtigkeiten an der Trennwand oder im Bereich der Drosselklappe ausbilden. Dadurch kann ein Übertritt von Kraftstoff in den Zuführkanal auf einfache Weise vermieden werden.
Vorteilhaft wird der Kraftstoff aufgrund des Unterdrucks im Ansaugkanal in den Ansaugkanal angesaugt. Das Ventil kann dadurch auch zu Zeiten, zu denen der Druck im Gemischkanal größer als der Druck im Luftkanal ist, geöffnet sein, wenn zu diesen Zeiten der Druck im Gemischkanal auch größer als der Druck im Kraftstoffsystem ist. Aufgrund des höheren Drucks im Ansaugkanal kann kein Kraftstoff in den Ansaugkanal angesaugt werden. Bei einem Ventil, das in stromlosem Zustand geöffnet ist, kann dadurch Energie eingespart werden. Das Ventil muss nur dann aktiv geschlossen werden, wenn der Druck im Ansaugkanal kleiner als der Druck im Kraftstoffsystem ist und gleichzeitig der Druck im Zuführkanal kleiner als der Druck im Gemischkanal ist.
Um zu vermeiden, dass Kraftstoff über den Reinraum des Luftfilters in den Zuführkanal gelangt, ist vorgesehen, dass mindestens in diesem Betriebszustand in den Ansaugkanal nur zu den Zeitpunkten Kraftstoff zugeführt wird, zu denen der Druck im Gemischkanal nicht höher als der Druck im Reinraum des Luftfilters ist. Dadurch, dass im Gemischkanal gegenüber dem Reinraum des Luftfilters ein Unterdruck besteht, wird ein Rückspucken von Kraftstoff in den Reinraum des Luftfilters vermieden. Der Kraftstoff wird von der Kraftstoffzuführeinrichtung über den Gemischkanal zum Zweitaktmotor, üblicherweise ins Kurbelgehäuse des Zweitaktmotors angesaugt. Eine aufwändige Aufteilung und Abdichtung des Reinraums des Luftfilters kann entfallen. Gleichzeitig kann eine Verschmutzung des Luftfilters durch aus dem Gemischkanal in den Reinraum des Luftfilters übertretenden Kraftstoff weitgehend vermieden werden.
Der Betriebszustand, in dem die Drosselklappe etwa in Richtung der Trennwand ausgerichtet ist, ist vorteilhaft der Volllastbetrieb. Im Volllastbetrieb wird aufgrund der Lage der Drosselklappe eine weitgehende Trennung des Ansaugkanals in den Gemischkanal und den Zuführkanal erreicht. Dadurch können im Volllastbetrieb, in dem der Zweitaktmotor üblicherweise betrieben wird, geringe Abgaswerte erreicht werden. Bei anderen Betriebszuständen wie Leerlauf oder Teillast kann eine geringe Zufuhr von Kraftstoff über den Zuführkanal vorteilhaft sein, um ein gutes Laufverhalten des Zweitaktmotors zu erreichen. Es kann jedoch auch vorgesehen sein, dass in jedem Betriebszustand im Wesentlichen nur dann Kraftstoff in den Gemischkanal zugeführt wird, wenn der Druck im Gemischkanal nicht höher als der Druck im Zuführkanal und nicht höher als der Druck im Reinraum des Luftfilters ist. Dadurch können die Abgaswerte des Zweitaktmotors weiter verbessert werden.
Es kann vorgesehen sein, dass nur eine Teilkraftstoffmenge über das Ventil zugeführt wird und dass eine weitere, vorteilhaft eine geringere Kraftstoffmenge unabhängig von der Schaltstellung des Ventils zugeführt wird. Dies kann beispielsweise über einen Kraftstoffkanal mit einer festen Drossel erfolgen, die in jedem Betriebszustand unabhängig vom Schaltzustand des Ventils eine Mindestzufuhr von Kraftstoff sicherstellt. Um geringe Abgaswerte zu erreichen, ist vorgesehen, dass die gesamte in den Ansaugkanal zugeführte Kraftstoffmenge über das Ventil zugeführt wird. Dadurch kann ein Eintritt von Kraftstoff in den Zuführkanal weitgehend vermieden werden. Dabei ist insbesondere vorgesehen, dass der Kraftstoff durch den im Betrieb im Ansaugkanal entstehenden Unterdruck in den Ansaugkanal angesaugt wird. Das Ventil muss dadurch nur dann aktiv geschlossen werden, wenn der Druck im Ansaugkanal niedriger als der Druck im Kraftstoffsystem und der Druck im Zuführkanal niedriger als der Druck im Gemischkanal ist.
Für einen Zweitaktmotor, der eine Kraftstoffzuführeinrichtung besitzt, in der ein Abschnitt eines Ansaugkanals ausgebildet ist, wobei der Ansaugkanal stromauf der Kraftstoffzuführeinrichtung mit dem Reinraum eines Luftfilters verbunden ist und wobei der Ansaugkanal stromab der Kraftstoffzuführeinrichtung durch eine Trennwand in einen Zuführkanal zur Zufuhr von weitgehend kraftstofffreier Luft und einen Gemischkanal zur Zufuhr von Kraftstoff/Luft-Gemisch aufgeteilt ist, und wobei in dem Abschnitt des Ansaugkanals eine Drosselklappe schwenkbar gelagert ist, die in mindestens einem Betriebszustand in Richtung der Trennwand ausgerichtet ist, ist ein Ventil zur Zufuhr von Kraftstoff vorgesehen. Der Zweitaktmotor weist Mittel zur Erfassung der Druckdifferenz zwischen dem Druck im Gemischkanal und dem Druck im Zuführkanal auf.
Über die Erfassung der Druckdifferenz kann ermittelt werden, zu welchen Zeitpunkten eines Motorzyklusses der Druck im Gemischkanal niedriger ist als der Druck im Zuführkanal oder zu welchen Zeitpunkten sich diese Drücke entsprechen. Ist der Druck im Gemischkanal höher als der Druck im Zuführkanal, so wird kein Kraftstoff zugeführt. Solange der Druck im Gemischkanal niedriger als der Druck im Zuführkanal ist oder diesem entspricht, kann Kraftstoff in den Gemischkanal zugeführt werden. Aufgrund des geringeren Drucks im Gemischkanal oder des gleichen Drucks in beiden Kanälen wird der Kraftstoff in den Gemischkanal gesaugt und gelangt nicht durch Undichtigkeiten in der Kanaltrennung oder durch die ungetrennten Bereiche des Ansaugkanals aufgrund von Druckdifferenzen in den Zuführkanal.
Vorteilhaft weist der Zweitaktmotor Mittel zur Erfassung der Druckdifferenz zwischen dem Druck im Gemischkanal und dem Druck im Reinraum des Luftfilters auf. Dadurch kann Kraftstoff nur zu den Zeitpunkten eines Motorzyklusses zugeführt werden, zu denen der Druck im Gemischkanal kleiner oder gleich dem Druck im Reinraum des Luftfilters ist. Ein Ansaugen von Gemisch in den Reinraum des Luftfilters aufgrund eines Unterdrucks im Reinraum des Luftfilters kann dadurch vermieden werden.
Vorteilhaft sind zur Erfassung der Druckdifferenz zwischen Gemischkanal und Zuführkanal Mittel zur Erfassung des Drucks im Gemischkanal und Mittel zur Erfassung des Drucks im Zuführkanal vorgesehen, die mit einer Steuerung verbunden sind. In der Steuerung wird dann die Druckdifferenz zwischen den beiden ermittelten Druckwerten ermittelt. Dabei können Absolutdrücke gemessen werden, vorteilhaft wird jedoch der Relativdruck zur Umgebung zur Erfassung des Drucks herangezogen. Zur Erfassung der Druckdifferenz zwischen dem Reinraum des Luftfilters und dem Gemischkanal sind vorteilhaft Mittel zur Erfassung des Drucks im Reinraum des Luftfilters vorgesehen, die mit der Steuerung verbunden sind.
Es ist vorgesehen, dass die Kraftstoffzuführeinrichtung mindestens einen in den Ansaugkanal mündenden Kraftstoffkanal besitzt, der von dem Ventil gesteuert ist. Vorteilhaft sind alle in den Ansaugkanal mündenden Kraftstoffkanäle von dem Ventil gesteuert. Dadurch kann erreicht werden, dass zu Zeitpunkten, zu denen im Gemischkanal ein Überdruck gegenüber dem Zuführkanal und/oder dem Reinraum des Luftfilters herrscht, kein Kraftstoff in den Ansaugkanal zugeführt wird. Es kann jedoch auch vorteilhaft sein, eine geringe Kraftstoffmenge unabhängig von den Druckverhältnissen über einen separaten Kraftstoffkanal, der nicht von dem Ventil gesteuert wird, zuzuführen. Über den separaten Kraftstoffkanal können Notlaufeigenschaften sichergestellt werden. Eine einfache Gestaltung ergibt sich, wenn das Ventil ein elektromagnetisches Ventil ist. Ein elektromagnetisches Ventil lässt die benötigten sehr kurzen Steuerzeiten für das Ventil zu. Zweitaktmotoren, insbesondere Zweitaktmotoren in handgeführten Arbeitsgeräten können im Betrieb bei Drehzahlen zwischen etwa 10.000 und etwa 14.000 Umdrehungen pro Minute betrieben werden. Auch noch höhere Drehzahlen können vorgesehen sein. Da das Ventil nur über einen Teilbereich eines Motorzyklusses geöffnet sein darf, ergeben sich sehr kurze Schaltzeiten für das Ventil, die von einem elektromagnetischen Ventil realisierbar sind.
Das Ventil ist vorteilhaft in stromlosem Zustand geöffnet. Dadurch muss das Ventil bei einer Ansaugung von Kraftstoff aufgrund des Unterdrucks im Ansaugkanal nur dann betätigt, also geschlossen werden, wenn der Druck im Ansaugkanal kleiner als der Druck im Kraftstoffsystem ist und wenn der Druck im Zuführkanal kleiner als der Druck im Gemischkanal ist. Dadurch wird ein geringer Energieverbrauch erreicht. Aufgrund der sehr kurzen Schaltzeiten kann vorgesehen sein, dass das Ventil noch oder schon geöffnet ist, wenn der Druck im Zuführkanal kleiner als der Druck im Gemischkanal ist. Dadurch können geringe Kraftstoffmengen auch dann zugeführt werden, wenn der Druck im Zuführkanal kleiner als der Druck im Gemischkanal ist. Dies kann insbesondere vorgesehen sein, wenn sich genauere Schaltzeiten des Ventils nur mit unverhältnismäßig hohem Aufwand realisieren lassen. Die wesentliche Kraftstoffmenge, zweckmäßig mindestens 60 %, vorteilhaft mindestens 80 % und insbesondere mehr als 90 % der zugeführten Kraftstoffmenge werden jedoch zugeführt, wenn der Druck im Gemischkanal nicht höher als der Druck im Zuführkanal ist.
Vorteilhaft ist stromauf der Drosselklappe eine Chokeklappe in dem Ansaugkanal angeordnet. Die Chokeklappe, die im normalen Betrieb in Richtung der Trennwand ausgerichtet liegt, führt zu einer weiteren Trennung des Ansaugkanals in Gemischkanal und Zuführkanal, so dass ein direktes Übertreten von Kraftstoff in den Zuführkanal auch durch die Chokeklappe vermieden wird. Um eine weitere Trennung der Kanäle zu erreichen, kann vorgesehen sein, dass zwischen der Drosselklappe und der Chokeklappe ein Trennwandabschnitt angeordnet ist. Dadurch kann eine weitgehende Trennung von Gemischkanal und Zuführkanal erreicht werden. Lediglich durch Undichtigkeiten im Bereich zwischen der Trennwand und der Drosselklappe bzw. der Chokeklappe kann ein Kraftstoffübertritt vom Gemischkanal in den Zuführkanal erfolgen. Dieser kann durch die vorgeschlagene phasengesteuerte Kraftstoffdosierung in Abhängigkeit der Druckverhältnisse vermieden werden.
Vorteilhaft weist der Reinraum des Luftfilters eine Kammer auf, mit der sowohl der Zuführkanal als auch der Gemischkanal verbunden ist. Eine Trennung von Gemischkanal und Zuführkanal im Reinraum des Luftfilters ist nicht notwendig.
Eine einfache Gestaltung ergibt sich, wenn die Kraftstoffzuführeinrichtung ein Vergaser ist, in den Kraftstoff aufgrund des im Betrieb im Ansaugkanal entstehenden Unterdrucks angesaugt wird. Der Vergaser weist zur Erzeugung des benötigten Unterdrucks vorteilhaft mindestens in dem stromauf des Gemischkanals liegenden Umfangsbereich des Ansaugkanals einen Venturi auf. Der Venturi kann sich auch im Bereich des Zuführkanals erstrecken. Es kann jedoch auch vorgesehen sein, dass der Venturi im Bereich des Zuführkanals ausgespart ist.
Es ist vorgesehen, dass der Zweitaktmotor mindestens einen Überströmkanal besitzt, in dem im Betrieb weitgehend kraftstofffreie Luft aus dem Zuführkanal vorgelagert wird. Der Zweitaktmotor wird demnach mit Spülvorlage betrieben.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnung erläutert. Es zeigen:

1 einen schematischen Schnitt durch einen Zweitaktmotor,
2 eine schematische Darstellung der Druckverläufe im Gemischkanal und im Zuführkanal im Betrieb des Zweitaktmotors,
3 eine schematische Darstellung des Vergasers des Zweitaktmotors aus 1.

Der in 1 schematisch gezeigte Zweitaktmotor 1 ist ein Einzylinder-Zweitaktmotor, der vorteilhaft zum Antrieb eines Werkzeugs eines handgeführten Arbeitsgeräts wie einer Motorsäge, eines Trennschleifers, eines Freischneiders oder dgl. dient. Der Zweitaktmotor 1 besitzt einen Zylinder 2, in dem ein Brennraum 3 ausgebildet ist. Der Brennraum 3 ist von einem Kolben 5 begrenzt. Der Kolben 5 ist im Zylinder 2 hin- und hergehend gelagert und treibt über ein Pleuel 6 eine in einem Kurbelgehäuse 4 drehbar gelagerte Kurbelwelle 7 an. Das Kurbelgehäuse 4 ist im Bereich des unteren Totpunkts UT des Kolbens 5 über insgesamt vier Überströmkanäle 13, 15 mit dem Brennraum 3 verbunden. Die Überströmkanäle 13 und 15 sind jeweils symmetrisch zu der in 1 gezeigten Schnittebene angeordnet. Dabei sind zwei Überströmkanäle 15 einem Auslass 17 aus dem Brennraum 3 zugewandt angeordnet und zwei Überströmkanäle 13 dem Auslass 17 abgewandt. Die Überströmkanäle 13 münden mit Überströmfenstern 14 in den Brennraum 3 und die Überströmkanäle 15 mit Überströmfenstern 16.
Zur Kraftstoffzufuhr besitzt der Zweitaktmotor 1 eine Kraftstoffzuführeinrichtung, die in einem Vergaser 18 ausgebildet ist. Im Vergaser 18 ist ein Abschnitt eines Ansaugkanals 49 geführt, in dem eine Drosselklappe 24 mit einer Drosselwelle 25 schwenkbar gelagert ist. Stromauf der Drosselklappe 24 ist eine Chokeklappe 29 mit einer Chokewelle 30 schwenkbar im Ansaugkanal 49 gelagert. Stromauf des Vergasers 18 mündet der Ansaugkanal 49 in einen Reinraum 31 eines Luftfilters 27. Der Reinraum 31 ist durch Filtermaterial 28 von der Umgebung getrennt. Im Vergaser 18 ist ein Venturi 23 ausgebildet, in dessen Bereich eine Hauptkraftstofföffnung 20 in den Ansaugkanal 49 mündet. Stromab der Hauptkraftstofföffnung 20 sind Nebenkraftstofföffnungen 21 vorgesehen, die in den Ansaugkanal 49 münden. Die Nebenkraftstofföffnungen 21 und die Hauptkraftstofföffnungen 20 münden auf einer gemeinsamen Seite der Drosselklappe 24 und der Chokeklappe 29 in den Ansaugkanal 49.
Wie 1 zeigt, ist der Ansaugkanal 49 stromab des Vergasers 18 durch eine Trennwand 19 in einen Gemischkanal 8 und einen Zuführkanal 10 getrennt. Die Hauptkraftstofföffnung 20 und die Nebenkraftstofföffnungen 21 münden dabei in einen Bereich des Ansaugkanals 49, der stromauf des Gemischkanals 8 liegt. An der Trennwand 19 ist ein Absatz 26 vorgesehen, an dem die Drosselklappe 24 in vollständig geöffneter Stellung anliegt. In dieser Stellung liegt die Drosselklappe 24 in Richtung der Trennwand 19 ausgerichtet und in einer Ebene mit der Trennwand 19. Die Drosselklappe 24 bewirkt in ihrer vollständig geöffneten Stellung, die der Volllaststellung entspricht, eine weitere Trennung zwischen Gemischkanal 8 und Zuführkanal 10. Auch die Chokeklappe 29 liegt in vollständig geöffneter Stellung, also bei nicht eingelegtem Choke in Richtung der Trennwand 19 ausgerichtet und in einer Ebene mit der Drosselklappe 24 in Volllaststellung. Die Volllaststellung der Drosselklappe 24 ist in 3 gezeigt.
Wie 1 zeigt, mündet der Gemischkanal 8 mit einem Gemischeinlass 9 in einem Bereich des Zylinders 2, der vom Kolben 5 gesteuert ist. Im Bereich des oberen Totpunkts OT des Kolbens 5 ist der Gemischkanal 8 über den Gemischeinlass 9 mit dem Kurbelgehäuse 4 verbunden. Der Zuführkanal 10 mündet mit einem Zuführkanaleinlass 11 am Zylinder 2. Im Bereich des oberen Totpunkts OT des Kolbens 5 ist der Zuführkanaleinlass 11 über eine im Kolben 5 ausgebildete Kolbentasche 12 mit den Überströmfenstern 14 und 16 der Überströmkanäle 13 und 15 verbunden. Dabei ist vorteilhaft jeweils eine Kolbentasche 12 auf jeder Seite des Zylinders 2 angeordnet und zur Verbindung mit zwei Überströmfenstern 14, 16 vorgesehen.
Im Betrieb des Zweitaktmotors 1 wird beim Aufwärtshub des Kolbens 5 Kraftstoff/Luft-Gemisch durch den Gemischkanal 8 ins Kurbelgehäuse 4 angesaugt. In den Überströmkanälen 13 und 15 wird weitgehend kraftstofffreie Luft aus dem Zuführkanal 10 über die Kolbentaschen 12 vorgelagert. Beim Abwärtshub des Kolbens 5 werden zunächst der Gemischeinlass 9 und der Zuführkanaleinlass 11 geschlossen. Das Kraftstoff/Luft-Gemisch im Kurbelgehäuse 4 wird verdichtet. Im Bereich des unteren Totpunkts UT des Kolbens 5 werden die Überströmfenster 14, 16 zum Brennraum 3 geöffnet. Dabei strömt zunächst die vorgelagerte, weitgehend kraftstofffreie Luft aus dem Zuführkanal 10 in den Brennraum 3, und anschließend strömt Kraftstoff/Luft-Gemisch aus dem Kurbelgehäuse 4 nach. Beim Aufwärtshub des Kolbens 5 wird das Kraftstoff/Luft-Gemisch im Brennraum 3 verdichtet und im Bereich des oberen Totpunkts OT von einer Zündkerze 22, die in den Brennraum 3 ragt, gezündet. Dadurch wird der Kolben 5 zum Kurbelgehäuse 4 hin beschleunigt. Beim Abwärtshub des Kolbens 5 wird zunächst der Auslass 17 geöffnet, so dass die Abgase aus dem Brennraum 3 entweichen können. Die restlichen Abgase werden von der über die Überströmfenster 14, 16 einströmenden Spülvorlagenluft durch den Auslass 17 ausgespült.
Da ein Teil der Spülvorlagenluft zusammen mit den Abgasen aus dem Auslass 17 ausgespült wird, soll die Luft im Zuführkanal 10 möglichst wenig Kraftstoff enthalten. In der in 1 gezeigten Teillaststellung der Drosselklappe 24 kann durch den zwischen der Drosselwelle 25 und dem Absatz 26 an der Trennwand 19 gebildeten Spalt Kraftstoff aus dem Gemischkanal 18 in den Zuführkanal 10 gelangen. In der in 3 gezeigten Volllaststellung der Drosselklappe 24 sind der Gemischkanal 8 und der Zuführkanal 10 weitgehend voneinander getrennt. Allerdings lässt sich nur mit großem konstruktivem Aufwand eine vollständige Abdichtung der Kanäle zueinander im Bereich der Drosselklappe 24 erreichen. Stromauf der Drosselklappe 24 zwischen der Drosselklappe 24 und der Chokeklappe 29 kann eine Verbindung zwischen dem Gemischkanal 8 und dem Zuführkanal 10 bestehen. Um zu vermeiden, dass in der vollständig geöffneten Stellung der Drosselklappe 24, also in Volllaststellung, Kraftstoff aus dem Gemischkanal 8 in den Zuführkanal 10 gelangt, ist vorgesehen, den Kraftstoff phasengenau dann einzubringen, wenn der Druck p₂ im Gemischkanal 8 kleiner oder gleich ist wie der Druck p₁ im Zuführkanal 10. Um einen Übertritt von Kraftstoff aus dem Gemischkanal 8 in den Zuführkanal 10 über den Reinraum 31 des Luftfilters 27 zu vermeiden, ist vorgesehen, dass Kraftstoff außerdem nur dann in den Ansaugkanal 49 zugeführt wird, wenn der Druck p₀ im Reinraum 31 des Luftfilters 27 höher ist als der Druck p₂ im Gemischkanal 8 oder diesem entspricht. Dabei wird jeweils mindestens die wesentliche Kraftstoffmenge, zweckmäßig mindestens 60 %, vorteilhaft mindestens 80 %, insbesondere mindestens 90 % und besonders vorteilhaft die gesamte Kraftstoffmenge zu den genannten Zeiten zugeführt. Die Zufuhr nicht der gesamten Kraftstoffmenge zu den genannten Zeiten kann vor allem dann vorteilhaft sein, wenn die Realisierung der benötigten Schaltzeiten mit der erforderlichen Genauigkeit nur mit unverhältnismäßig hohem Aufwand möglich ist. Dadurch wird ein Ansaugen von Kraftstoff aus dem Gemischkanal 8 in den Zuführkanal 10 oder in den Reinraum 31 des Luftfilters 27 im Wesentlichen, insbesondere vollständig vermieden.
2 zeigt schematisch den Druckverlauf im Gemischkanal 8, im Zuführkanal 10 und im Reinraum 31 des Luftfilters 27. Dabei ist der Verlauf des Drucks p über der Zeit t dargestellt. Der Druck p₀ im Reinraum 31 des Luftfilters 27 ist im Wesentlichen konstant. Es können sich jedoch auch geringe Druckschwankungen im Betrieb ergeben. Das Druckniveau des Drucks p₀ kann sich im Laufe der Betriebszeit aufgrund von Verschmutzungen des Filtermaterials 28 verändern. Der Druck p₃ im Kraftstoffsystem ist vorteilhaft etwas höher als der Druck p₀ im Reinraum 31 des Luftfilters 27 und ebenfalls etwa konstant. Beim Aufwärtshub des Kolbens 5 sinkt zunächst der Druck p₂ im Gemischkanal 8. Etwas zeitverzögert beginnt auch der Druck p₁ im Zuführkanal 10 abzusinken. Während einer Zeitspanne t₁ ist der Druck p₂ im Gemischkanal 8 kleiner als der Druck p₁ im Zuführkanal 10. Während dieser Zeitspanne t₁ ist vorgesehen, dass Kraftstoff zugeführt wird. Dabei muss der Kraftstoff nicht über die gesamte Zeitspanne t₁ zugeführt werden. Dies kann von der zuzuführenden Kraftstoffmenge abhängen.
Vor Erreichen des oberen Totpunkts OT steigt zunächst der Druck p₂ im Gemischkanal 8 und zeitverzögert auch der Druck p₁ im Zuführkanal 10 an. Im Bereich des oberen Totpunkts OT und nach dem oberen Totpunkt OT liegt der Druck p₂ im Gemischkanal 8 oberhalb des Drucks p₁ im Zuführkanal 10. Im Zuführkanal 10 herrscht demnach gegenüber dem Gemischkanal 8 ein Unterdruck. Aufgrund dieses Unterdrucks könnte Kraftstoff aus dem Gemischkanal 8 durch Undichtigkeiten in den Zuführkanal 10 angesaugt werden. Während der Zeitspanne t₂, während der der Druck p₂ im Gemischkanal 8 oberhalb des Drucks p₁ im Zuführkanal 10 liegt, soll deshalb kein Kraftstoff in den Gemischkanal 8 zugeführt werden. Nach dem oberen Totpunkt OT des Kolbens 5 beginnt der Druck p₂ im Gemischkanal 8 wieder abzusinken, bis er dem Niveau des Drucks p₀ im Reinraum 31 des Luftfilters 27 entspricht. Zu diesem Zeitpunkt ist der Gemischeinlass 9 vom Kolben 5 verschlossen. Zeitverzögert sinkt auch der Druck p₁ im Zuführkanal 10, bis er auf das Niveau des Drucks p₀ im Brennraum 31 des Luftfilters 27 abgesunken ist.
Während einer dritten Zeitspanne t₃ liegt der Druck p₂ im Gemischkanal 8 zwar unterhalb des Drucks p₁ im Zuführkanal 10, der Druck p₂ im Gemischkanal 8 liegt jedoch oberhalb oder auf dem Niveau des Drucks p₀ im Reinraum 31 des Luftfilters 27. Während der Druck p₂ im Gemischkanal 8 oberhalb des Drucks p₀ im Reinraum 31 liegt, soll kein Kraftstoff zugeführt werden. Vorteilhaft wird auch noch kein Kraftstoff zugeführt, während der Druck p₂ dem Druck p₀ entspricht, da in diesem Bereich nur eine sehr geringe Druckdifferenz zum Druck p₁ im Zuführkanal 10 herrscht und da aufgrund des gleichen Drucks im Gemischkanal 8 und im Reinraum 31 ein Rückströmen von Kraftstoff aus dem Gemischkanal 8 in den Reinraum 31 nicht gänzlich vermieden werden kann. Im Bereich des unteren Totpunkts UT sind sowohl der Gemischeinlass 9 als auch der Zuführkanaleinlass 11 verschlossen, so dass sowohl im Gemischkanal 8 als auch im Zuführkanal 10 das Druckniveau des Reinraums 31 herrscht. Während einer Zeitspanne t₄ sind Gemischeinlass 9 und Zuführkanaleinlass 11 geschlossen. Auch während dieser Zeit erfolgt vorteilhaft keine Einbringung von Kraftstoff. Die Zeitspannen t₁ bis t₄ ergeben zusammen eine Zeitspanne t₅, die einer Kurbelwellenumdrehung entspricht. Eine Zufuhr von Kraftstoff erfolgt vorteilhaft nur in der Zeitspanne t₁, während der Druck p₂ im Gemischkanal 8 unterhalb des Drucks p₁ im Zuführkanal 10 und unterhalb des Drucks p₀ im Reinraum 31 des Luftfilters 27 liegt.
Wie 1 zeigt, kann die Trennwand 19 auch in den Reinraum 31 des Luftfilters 27 verlängert sein. Dies ist in 1 durch einen schematisch gezeigten Trennwandabschnitt 19'' angedeutet.
In 3 ist der Aufbau des Vergasers 18 im Einzelnen gezeigt. Die Drosselklappe 24 ist in Volllaststellung, also in vollständig geöffneter Stellung gezeigt. Stromab der Drosselklappe 24 ist eine Trennwand 19 angeordnet, die in Richtung der Drosselklappe 24 verläuft. Zwischen der Drosselklappe 24 und der Chokeklappe 29, die ebenfalls in vollständig geöffneter Stellung steht, ist ein Trennwandabschnitt 19' angeordnet. Dadurch sind der Gemischkanal 8 und der Zuführkanal 10 weitgehend voneinander getrennt. Es kann vorgesehen sein, dass die Drosselklappe 24 und die Chokeklappe 29 an Absätzen der Trennwand 19 anliegen, um so eine weitgehende Trennung der Kanäle 8 und 10 zu erreichen. Im Reinraum 31 ist eine Kammer 50 ausgebildet, in die sowohl der mit dem Gemischkanal 8 verbundene Abschnitt des Ansaugkanals 49 als auch der mit dem Zuführkanal 10 verbundene Abschnitt des Ansaugkanals 49 münden. In der in 3 gezeigten Darstellung ist die Kammer 50 des Reinraums 31 nicht durch einen Trennwandabschnitt 19'' in mehrere Kammern getrennt.
Es ist ein Drucksensor 56 vorgesehen, der den Druck p₀ in der Kammer 50 des Reinraums 31 erfasst. Im Bereich der Drosselklappe 24 oder stromab der Drosselklappe 24 ist ein Drucksensor 57 vorgesehen, der den Druck p₂ im Gemischkanal 8 erfasst und ein Drucksensor 58, der den Druck p₁ im Zuführkanal 10 erfasst. Die Drucksensoren 56, 57 und 28 sind mit einer Steuerung 48 des Zweitaktmotors 1 verbunden. Die Steuerung 48 ist außerdem mit einem Drehzahlaufnehmer verbunden, der ein Signal liefert, das der Drehzahl n des Zweitaktmotors 1 entspricht. Dies kann beispielsweise ein an der Kurbelwelle 7 angeordneter, nicht gezeigter Generator oder ein Kurbelwellensensor sein. Auch das durch ein Zündmodul des Zweitaktmotors 1 erzeugte Signal kann zur Erfassung der Drehzahl n genutzt werden.
Der Vergaser 18 besitzt eine Regelkammer 34, die von einer Kraftstoffpumpe 32 gespeist ist. Die Kraftstoffpumpe 32 ist über ein Einlassventil 33 mit der Regelkammer 34 verbunden. Das Einlassventil 33 ist von einer Regelmembran 35 gesteuert, mit der es über einen Hebel 36 verbunden ist. Die Regelkammer 35 kann beispielsweise in Abhängigkeit des Umgebungsdrucks ausgelenkt sein. Aus der Regelkammer 34 führt ein Kraftstoffkanal 37, in dem ein elektromagnetisches Ventil 39 angeordnet ist. Das elektromagnetische Ventil 39 ist von der Steuerung 48 in Abhängigkeit der Druckverhältnisse im Reinraum 31, im Gemischkanal 8 und im Zuführkanal 10 und aufgrund des Drucks p₃ im Kraftstoffsystem angesteuert. Dabei öffnet das elektromagnetische Ventil 39 dann, wenn der Druck p₂ im Gemischkanal 8 kleiner ist als der Druck p₁ im Zuführkanal 10 und als der Druck p₀ im Reinraum 31. Es kann auch vorgesehen sein, dass das elektromagnetische Ventil 39 auch dann öffnet, wenn der Druck p₂ im Gemischkanal 8 dem Druck p₁ im Zuführkanal 10 und dem Druck p₀ im Reinraum 31 entspricht. Kraftstoff wird in den Ansaugkanal 49 angesaugt, wenn der Druck p₃ im Kraftstoffsystem größer als der Druck p₂ im Gemischkanal 8 ist. Wie 2 zeigt, liegt der Druck p₂ während der Zeitspannen t₂ und t₃ teilweise oberhalb des Drucks p₃ im Kraftstoffsystem. Zu diesen Zeiten kann aufgrund des zu hohen Drucks p₂ kein Kraftstoff angesaugt werden. Auch zu diesen Zeiten kann das Ventil 39 geöffnet sein. Dies ist insbesondere vorteilhaft, wenn das Ventil 39 in stromlosem Zustand geöffnet ist. Dadurch, dass das Ventil 39 auch während der Zeitspannen t₂ und t₃ teilweise geöffnet ist, kann Energie gespart werden. Anstatt eines elektromagnetischen Ventils 39 kann auch ein Ventil anderer Bauart zum Einsatz kommen, mit dem die benötigten kurzen Schaltzeiten realisierbar sind.
Wie 3 durch einen gestrichelt gezeichneten Bypasskanal 38 angedeutet ist, kann ein Bypasskanal zu dem elektromagnetischen Ventil 39 vorgesehen sein, der eine Mindestzufuhr von Kraftstoff in jedem Betriebszustand sicherstellt. Vorteilhaft ist in dem Bypasskanal 38 eine feste Drossel 40 angeordnet. Der Bypasskanal 30 mündet stromab des Ventils 39 in den Kraftstoffkanal 37. In den Kraftstoffkanal 37 mündet eine Leitung, die mit einer Beschleunigerpumpe 41 verbunden ist. Der Kraftstoffkanal 37 speist einen Kraftstoffkanal 51, der über eine Drossel 45 und ein Rückschlagventil 46 mit der Hauptkraftstofföffnung 20 verbunden ist. Der Kraftstoffkanal 51 mündet über die Hauptkraftstofföffnung 20 im Bereich des Venturis 23 in den Ansaugkanal 49, und zwar auf der dem Gemischkanal 8 zugewandten Seite des Trennwandabschnitts 19'. Aus dem Kraftstoffkanal 37 zweigt ein Leerlaufkanal 43 ab, der über eine Drossel 45 und ein Rückschlagventil 46 mit einer Leerlaufkammer 42 verbunden ist. Aus der Leerlaufkammer 42 führen Kraftstoffkanäle 52, 53 und 54, die jeweils über eine Drossel 47 mit einer Nebenkraftstofföffnung 21 verbunden sind.
Der Kraftstoffkanal 37 ist außerdem mit einem Teillastkanal 44 verbunden, der über eine Drossel 45 und ein Rückschlagventil 46 an einer Teillastkraftstofföffnung 55 in den Ansaugkanal 49 stromauf des Gemischkanals 8 mündet.
Über die Kraftstofföffnungen 20, 21 und 55 wird Kraftstoff im Betrieb aus der Regelkammer 34 aufgrund des in dem Gemischkanal 8 herrschenden Unterdrucks angesaugt. Die zugeführte Kraftstoffmenge und die Zeitpunkte bzw. die Zeitspannen, zu denen Kraftstoff angesaugt werden kann, wird über die Steuerung 48 durch Beschaltung des elektromagnetischen Ventils 39 bestimmt. Dadurch kann auf einfache Weise sichergestellt werden, dass kein Kraftstoff oder nur eine geringe Kraftstoffmenge über den Bypasskanal 38 zugeführt wird, solange im Zuführkanal 10 oder im Reinraum 31 gegenüber dem Gemischkanal 8 ein Unterdruck herrscht. Dadurch kann auf einfache Weise ein Ansaugen von Kraftstoff aus dem Gemischkanal 8 in den Zuführkanal 10 vermieden werden.
Es kann vorgesehen sein, dass geringe Kraftstoffmengen, vorteilhaft weniger als 40 %, insbesondere weniger als 20 % der zugeführten Kraftstoffmenge auch dann zugeführt werden, wenn der Druck p₂ im Gemischkanal 8 höher als der Druck p₁ im Zuführkanal 10 ist, beispielsweise aufgrund von Toleranzen bei den erreichbaren Schaltzeiten des Ventils 39.

Claims

Verfahren zum Betrieb eines Zweitaktmotors (1), wobei der Zweitaktmotor (1) eine Kraftstoffzuführeinrichtung besitzt, in der ein Abschnitt eines Ansaugkanals (49) ausgebildet ist, wobei der Ansaugkanal (49) stromauf der Kraftstoffzuführeinrichtung mit dem Reinraum (31) eines Luftfilters (27) verbunden ist und wobei der Ansaugkanal (49) stromab der Kraftstoffzuführeinrichtung durch eine Trennwand (19) in einen Zuführkanal (10) zur Zufuhr von weitgehend kraftstofffreier Luft und einen Gemischkanal (8) zur Zufuhr von Kraftstoff/Luft-Gemisch aufgeteilt ist, wobei in dem Abschnitt des Ansaugkanals (49) eine Drosselklappe (24) schwenkbar gelagert ist, die in mindestens einem Betriebszustand in Richtung der Trennwand (19) ausgerichtet ist, dadurch gekennzeichnet, dass ein Ventil (39) zur Zufuhr von Kraftstoff vorgesehen ist und dass über das Ventil (39) mindestens in diesem Betriebszustand im Wesentlichen nur zu den Zeitpunkten Kraftstoff in den Ansaugkanal (49) zugeführt wird, zu denen der Druck (p₂) im Gemischkanal (8) nicht höher als der Druck (p₁) im Zuführkanal (10) ist.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens in diesem Betriebszustand in den Ansaugkanal (49) nur zu den Zeitpunkten Kraftstoff zugeführt wird, zu denen der Druck (p₂) im Gemischkanal (8) nicht höher als der Druck (p₀) im Reinraum (31) des Luftfilters (27) ist.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Betriebszustand der Volllastbetrieb ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die gesamte in den Ansaugkanal (49) zugeführte Kraftstoffmenge über das Ventil (39) zugeführt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Kraftstoff durch den im Betrieb im Ansaugkanal (49) entstehenden Unterdruck in den Ansaugkanal (49) angesaugt wird.
Zweitaktmotor, wobei der Zweitaktmotor (1) eine Kraftstoffzuführeinrichtung besitzt, in der ein Abschnitt eines Ansaugkanals (49) ausgebildet ist, wobei der Ansaugkanal (49) stromauf der Kraftstoffzuführeinrichtung mit dem Reinraum (31) eines Luftfilters (27) verbunden ist und wobei der Ansaugkanal (49) stromab der Kraftstoffzuführeinrichtung durch eine Trennwand (19) in einen Zuführkanal (10) zur Zufuhr von weitgehend kraftstofffreier Luft und einen Gemischkanal (8) zur Zufuhr von Kraftstoff/Luft-Gemisch aufgeteilt ist, wobei in dem Abschnitt des Ansaugkanals (49) eine Drosselklappe (24) schwenkbar gelagert ist, die in mindestens einem Betriebszustand in Richtung der Trennwand (19) ausgerichtet ist, dadurch gekennzeichnet, dass ein Ventil (39) zur Zufuhr von Kraftstoff vorgesehen ist und dass der Zweitaktmotor (1) Mittel zur Erfassung der Druckdifferenz zwischen dem Druck (p₂) im Gemischkanal (8) und dem Druck (p₁) im Zuführkanal (10) aufweist.
Zweitaktmotor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Zweitaktmotor (1) Mittel zur Erfassung der Druckdifferenz zwischen dem Druck (p₂) im Gemischkanal (8) und dem Druck (p₀) im Reinraum (31) des Luftfilters (27) aufweist.
Zweitaktmotor nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel zur Erfassung des Drucks (p₂) im Gemischkanal (8) und Mittel zur Erfassung des Drucks (p₁) im Zuführkanal (10) vorgesehen sind, die mit einer Steuerung (48) verbunden sind.
Zweitaktmotor nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel zur Erfassung des Drucks (p₀) im Reinraum (31) des Luftfilters (27) vorgesehen sind, die mit der Steuerung (48) verbunden sind.
Zweitaktmotor nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Kraftstoffzuführeinrichtung mindestens einen in den Ansaugkanal (49) mündenden Kraftstoffkanal (51, 52, 53, 54, 44) besitzt, der von dem Ventil (39) gesteuert ist.
Zweitaktmotor nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass alle in den Ansaugkanal (49) mündenden Kraftstoffkanäle (51, 52, 53, 54, 44) von dem Ventil (39) gesteuert sind.
Zweitaktmotor nach einem der Ansprüche 6 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventil (39) ein elektromagnetisches Ventil ist.
Zweitaktmotor nach einem der Ansprüche 6 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass stromauf der Drosselklappe (24) eine Chokeklappe (29) in dem Ansaugkanal (49) angeordnet ist.
Zweitaktmotor nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Drosselklappe (24) und der Chokeklappe (29) ein Trennwandabschnitt (19') angeordnet ist.
Zweitaktmotor nach einem der Ansprüche 6 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Reinraum (31) des Luftfilters (27) eine Kammer (50) aufweist, mit der sowohl der Zuführkanal (10) als auch der Gemischkanal (8) verbunden ist.
Zweitaktmotor nach einem der Ansprüche 6 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Kraftstoffzuführeinrichtung ein Vergaser (18) ist, in den Kraftstoff aufgrund des im Betrieb im Ansaugkanal (49) entstehenden Unterdrucks angesaugt wird.
Zweitaktmotor nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Vergaser (18) mindestens im dem stromauf des Gemischkanals (8) liegenden Umfangsbereich des Ansaugkanals (49) einen Venturi (23) aufweist.
Zweitaktmotor nach einem der Ansprüche 6 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass der Zweitaktmotor (1) mindestens einen Überströmkanal (13, 15) besitzt, in den im Betrieb weitgehend kraftstofffreie Luft aus dem Zuführkanal (10) vorgelagert wird.