JP4340470B2 - ２サイクルエンジンの運転方法と２サイクルエンジン - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、請求項１の前提部分に記載した種類の２サイクルエンジンを運転するための方法と、請求項７または請求項１０の前提部分に記載した方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
掃気通路の範囲において燃料が燃焼室内に噴射される２サイクルエンジンが知られている（例えば特許文献１参照）。高回転数のときにも充分な燃料供給を保証するために、噴射は掃気通路の開放前に既に開始される。掃気通路が噴射の後すぐに開放するので、噴射された燃料は燃焼室内に完全に供給される。クランクケースは分離潤滑しなければならない。
【０００３】
【特許文献１】
欧州特許第０３０２０４５号明細書
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の根底をなす課題は、クランクケースの分離潤滑が不要である、２サイクルエンジンを運転する方法を提供することである。更に、この方法を実施することができる２サイクルエンジンを提供すべきである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
この課題は本発明に従い、請求項１記載の特徴を有する方法と、請求項７記載の特徴を有する２サイクルエンジンと、請求項１０記載の特徴を有する２サイクルエンジンによって解決される。
【０００６】
２サイクルエンジンを運転する方法の場合、設定されたタイミング（制御時間）で燃料が掃気通路の範囲に噴射され、この場合少なくとも或る回転数範囲において、燃焼のために燃焼室に達する燃料の第１の部分量が掃気同期的（移送同期的）に噴射され、第２の部分量が少なくとも１つの先行する噴射サイクルによって準備され、この場合第２の部分量がクランクケースから燃焼室に移送される。クランクケースから燃焼室に移送される燃料は特に、混合されるオイルに関連して、クランクケースを充分に潤滑する働きをする。同時に、充分な燃料量が燃焼室に達することができ一方、掃気通路が燃焼室に開放しているので、エンジンは最高で１５，０００回転／分の高回転数でも支障なく作動する。特にアイドリングと低部分負荷範囲において、燃料の最大で１００％をクランクケースに噴射すると有利である。
【０００７】
燃料が燃焼室寄りの掃気通路の端部に噴射されると合目的である。これによって、燃焼室への燃料の良好な供給が保証される。両部分量の比は回転数および／または負荷に依存して互いに調整される。そによって、燃焼室内での最適な燃焼が保証され、同時にクランクケースが充分に潤滑される。噴射の開始および／または終了が負荷および／または回転数に依存して調整されると有利である。噴射は常に掃気同期的（移送同期的）に行われる。すなわち、クランクケースと燃焼室が掃気通路を介して互いに流体接続されている時間内に行われる。燃料は好ましくは下死点の手前４０°と下死点の後７０°の間のクランク軸角度で掃気同期的に噴射される。良好な燃焼と充分なクランクケース潤滑のために、少なくとも或る回転数範囲において、燃焼のために必要な燃料量の１５〜９０％が掃気同期的に噴射される。
【０００８】
燃料が排気口から離れた掃気通路の範囲内に噴射されると有利である。設定されたタイミングで燃焼がクランクケースに噴射されると合目的である。クランクケース内にたまる燃料は潤滑のために役立つ。この場合、燃料は吸気口からクランクケース内に流入する空気と共に燃料と空気の混合気を形成する。燃料と空気の混合気は掃気通路を通って燃焼室内に流入する。従って、クランクケース内に噴射された燃料は、燃焼のために供される燃料の部分量を形成する。この部分量は複数の噴射サイクルにわたってクランクケースに噴射された燃料量からなっている。燃料が共通の１つの噴射ノズルを経て掃気同期的に掃気通路とクランクケース内に噴射されると有利である。従って、燃焼のために必要な燃料を準備するためおよびクランクケースを潤滑するために、噴射ノズルは１個で済む。掃気通路の燃焼室側がピストンスカートによって閉鎖されるタイミングで、燃料がクランクケース内に噴射されると合目的である。それによって、ピストンは、クランクケース内への燃料の噴射中、上死点の範囲に位置する。特に上死点の手前１００°と上死点の後５０°の間のクランク軸角度で燃料が噴射される。従って、クランクケース内への噴射は燃焼室内への掃気同期的な噴射に対して時間的に分離されている。それによって、クランク軸回転毎に、２つの噴射サイクルが生じる。
【０００９】
方法を実施するための２サイクルエンジンは少なくとも３つの掃気通路を備えている。少なくとも１つの掃気通路に噴射ノズルが開口している。この場合、掃気通路はシリンダの方に開放している。従って、噴射ノズルはピストン位置に応じて、掃気同期的に燃料を燃焼室に噴射し、かつピストンの上死点の範囲において燃料をクランクケース内に噴射する。シリンダの方に開放した掃気通路は簡単にかつ低コストで製作可能である。別個の潤滑装置または混合気形成装置は不要である。
【００１０】
噴射ノズルは特に燃焼室寄りの掃気通路の端部の範囲に配置され、電子式混合気調量システムに接続されている。電子式混合気調量システムは噴射の開始と終了の正確な制御を可能にする。噴射時間はエンジンの回転数と負荷に早急に適合させることができる。急速な回転数変化または負荷変化の場合にも、相変わらず燃料の所望な供給が可能である。噴射ノズルが排気口から離れた掃気通路に開口していると、掃気損失が少ない。
【００１１】
排気通路から離れた掃気通路が排気口に対向して配置されていると合目的である。更に、排気口から離れた掃気通路が、位置（この位置では中心平面が掃気通路を対称に分割する）に対して、シリンダ周方向にずらして配置されていると合目的である。特に、排気口に近い２つの掃気通路と、排気口から離れた２つの掃気通路が、中心平面に対してほぼ対称に配置されている。排気口から離れた各掃気通路に１個の噴射ノズルを配置すると合目的である。これによって、燃焼室内で対称に配置される。対称に配置され排気口から離れた掃気通路の１つの噴射ノズルを１個配置することにより、噴射ノズルを節約することができる。
【００１２】
方法を実施するための他の２サイクルエンジンでは、掃気通路内に噴射ノズルが開口し、ピストンにピストンウインドウが設けられ、このピストンウインドウがピストンの上死点の範囲において掃気通路をクランクケースに流体接続する。この２サイクルエンジンの場合、掃気通路はその長さの範囲内でシリンダと分離して形成されている。
【００１３】
ピストンウインドウがピストンの上死点において噴射ノズルの範囲内にあると合目的である。それによって、噴射ノズルはクランクケース内に燃料を直接噴射する。噴射ノズルが排気口から離れた掃気通路に開口していると有利である。この場合、排気口から離れた掃気通路は排気口に対してあるいは位置（この位置において中心平面が掃気通路の入口ウインドウを対称に分割する）に対してシリンダ周方向にずらして配置可能である。特に、排気口に近い２つの掃気通路と排気口から離れた２つの掃気通路は中心平面に関して対称に配置されている。
【００１４】
良好な掃気結果を得るために、少なくとも１つの掃気通路に空気通路が開口している。これによって、空気が前方に良好に位置することができる。空気通路が入口ウインドウの範囲において特に弁を介して掃気通路に開口していると合目的である。入口ウインドウの範囲に開口することにより、新鮮な空気によって掃気通路がほとんど完全に掃気される。
【００１５】
【発明の実施の形態】
他の特徴は次の記載と図面から明らかである。図面には、本発明の実施の形態が示してある。
【００１６】
図１に示した２サイクルエンジン１は、シリンダ２と、このシリンダ２内に形成された燃焼室３を備えている。燃焼室３は上下するピストン５によって画成されている。ピストン５は連接棒６を介して、クランクケース４に支承されたクランク軸７を駆動する。その際、このクランク軸７は回転方向１６に回転する。２サイクルエンジン１は吸気口９を備えている。この吸気口は燃料を含まない燃焼空気をクランクケース４に供給する。空気はピストンの下降行程の際クランクケース内にある燃料と共にクランクケース内で圧縮され、図１に示したピストン位置において掃気通路（移送通路、トランスファダクト）１０，１１を経て燃焼室３に移送される。掃気通路１０，１１はシリンダ２の方に開放するように形成されている。掃気通路は所定のピストン位置でクランクケース３の側がピストンスカート３２によって画成されている。燃料と空気の混合気が移送される際に、少なくとも１つの掃気通路に燃料が噴射される。この燃料は燃料と空気の混合気と共に燃焼室に入り、ピストン５の次の上昇運動時に燃焼室３内で圧縮される。ピストンの上死点の範囲において、燃料と空気の混合気は燃焼室３内で点火プラグ１７によって点火される。それに続いてピストン５が下降運動する際、排気は排気口８を通って燃焼室３から出る。同時に、燃料と空気の新鮮な混合気が燃焼室３に流入する。
【００１７】
図１に示したクランク軸角度αはピストンの位置を表す。このクランク軸角度は下側の連接棒アイ３４の中心３３とシリンダ２の縦方向中心軸線１３との間の角度を示す。その際、クランク軸角度αは縦中心軸線１３から回転方向１６に測定される。ピストン５の上死点ＯＴではクランク軸角度αは０°であり、ピストンの下死点ではクランク軸角度αは１８０°である。下死点の手前のクランク軸角度は下死点から回転方向１６と反対方向に測定され、下死点ＵＴの後のクランク軸角度は下死点から回転方向に測定される。同じことが上死点ＯＴについても当てはまる。
【００１８】
図２には、図１のＩＩ−ＩＩ線に沿った断面が概略的に示してある。クランクケース４に通じる吸気口９は切断平面の下方にあり、従って破線で示してある。シリンダ２は排気口に近い２つの掃気通路１１と排気口から離れた２つの掃気通路１０を備えている。排気口から離れた掃気通路１０の一つには、噴射ノズル１９が開口している。この噴射ノズルは弁１８に接続されている。弁１８が電子式混合気調量システムとして形成されていると有利である。吸気口８と排気口９はほぼ中央で中心平面１２によって分割されている。噴射ノズル１９は中心平面１２に対してほぼ平行に、吸気口９寄りの掃気通路の側で、排気口から離れた掃気通路１０に開口している。噴射ノズル１９は好ましくは図１に示した天井１４の範囲において掃気通路１０に開口している。その際、掃気通路１０の天井１４または掃気通路１１の天井１５はそれぞれ、縦中心軸線１３の方向に見て掃気通路の燃焼室３側を画成する掃気通路の辺を示す。
【００１９】
図３には、２サイクルエンジン１の実施の形態が示してある。この場合、シリンダ２だけが斜視図で示してある。シリンダ２は吸気口８と、この吸気口と反対にある排気口９を備えている。吸気口８と排気口９をほぼ中央で分割する中心平面に対して対称にそれぞれ、排気口に近い２つの掃気通路１１と、排気口から離れた２つの掃気通路１０が配置されている。隣接する掃気通路１０，１１はそれぞれ壁３５によって分離されている。この壁は特に、掃気通路の間の燃焼室の範囲に延設されている。掃気通路１０，１１はシリンダ２の方に開放するように形成されている。排気口から離れた掃気通路１０には、天井１４の範囲において噴射ノズル１９が開口している。この噴射ノズルは電子制御式噴射弁１８に接続されている。噴射ノズル１９は掃気通路がシリンダ２に入り込む範囲において掃気通路１０に開口している。しかしながら、噴射ノズル１９を他の位置に配置することもできる。特に、噴射ノズルは中心平面１２あるいはシリンダ２の縦中心軸線１３に対して異なる角度だけ傾斜するように配置することができる。両掃気通路１２０に噴射ノズル１９を対称に配置することも合目的である。対称に配置され排気口から離れた両掃気通路１０の代わりに、１つの掃気通路１０を排気口９に対向するように配置することも合目的である。しかしながら、中心平面１２によって掃気通路を対称に分割する位置に対して、排気口から離れた掃気通路１０をシリンダ周方向にずらして配置することも合目的である。同様に、多数の掃気通路を設けることも合目的である。
【００２０】
図４には、噴射弁１９の制御がグラフで示してある。掃気通路１０，１１は、下死点の範囲内において、すなわち下死点の手前約４０°と下死点の後約７０°の間のクランク軸角度αで、燃焼室３の方に開放している。掃気同期的に（移送同期的に）噴射された燃料、すなわち掃気通路が燃焼室３の方に開放している間に噴射された燃料は、燃焼室３に完全に入る。掃気同期的な噴射の開始２４と終了２５が、図４において回転数ｎに関して記入されている。掃気同期的な噴射の開始２４と終了２５は回転数ｎにわたって変化する。この場合、噴射ができるだけ遅く行われると合目的である。それによって、噴射の終了２５は時間的に掃気通路１０，１１の閉鎖とほぼ同時に行われる。回転数ｎは図４において回転／分で記載され、クランク軸角度αは度で記載されている。少なくとも或る回転数範囲において、燃焼のために必要な燃料量の１５〜９０％が掃気同期的に噴射される。アイドリングおよび低負荷時並びに高回転数時には、最大で必要な燃料量の１００％がクランクケース内に噴射すると有利である。
【００２１】
ピストン５の上死点ＯＴの範囲、すなわちクランク軸角度αが上死点の手前１００°と上死点の後５０°の間にあるときに、噴射ノズル１９から噴射された燃料量はクンラクケース４内に達する。クランクケース４内への噴射の開始２７と終了２８は図４において同様に回転数ｎに関して記入されている。クランクケース４内への噴射の開始２７と終了２８は回転数ｎにわたって調整され、好ましくは上死点の手前１００°と上死点の後５０°の間、特に上死点の手前７０°と上死点の後２０°の間のクランク軸角度αにあると合目的である。噴射ノズル１９はクランク軸７の１回転中、燃焼に必要な燃料の部分量を２回噴射する。
【００２２】
低い回転数、例えば約４，０００〜５，０００の回転／分の場合、燃焼のために必要な燃料量の約２０％が掃気同期的に噴射され、必要な燃料量の約８０％がクランクケース内に直接噴射される。回転数が上昇すると、掃気同期的に噴射される燃料部分量が増大し、クランクケース内に噴射される燃料量が減少する。約９，０００回転／分の回転数ｎの場合、必要な燃料量の約８５％が掃気同期的に噴射され、約１５％だけがクランクケース４内に噴射される。回転数ｎが更に上昇すると、掃気同期的に噴射される燃料量は再び減少し、クランクケース内に噴射される燃料量が再び増大する。従って、部分量は約１１，０００回転／分の範囲においてそれぞれ約５０％である。最高回転数の場合、最大で必要な燃料量の１００％がクランクケース内に噴射される。
【００２３】
図４に示したグラフは、吸気口９からクランクケース４に供給される空気量が多い場合の燃料量の分割を示している。吸気口９からクランクケース４内に達する空気量は特に、吸気口９の上流に配置されたスロットル弁によって決定される。この場合、図４はスロットル弁が完全に開放したときの状態を示している。
【００２４】
図５には、クランクケース４内に直接噴射される部分量ｘが、回転数ｎに関して記入されている。負荷に応じて部分量ｘは曲線３７，３８，３９または４０に従って決定される。この曲線３７，３８，３９または４０は全負荷からアイドリングまでのすべての曲線の例である。矢印３６は低下する負荷の方向を示している。同じ回転数ｎの場合、負荷が小さくなるにつれて、クランクケース内に噴射される燃料の割合ｘは増大する。図５に示すように、低い回転数の範囲、特にアイドリングの場合、クランクケース内に噴射される部分量ｘは図示したすべての曲線で大きく、約９，０００回転／分の定格回転数まで回転数が上昇するにつれて低下する。定格回転数を上回ると、クランクケース内に噴射される燃料量の割合ｘが上昇する。従って、定格回転数のときに割合ｘは最小である。クランクケース内に噴射される掃気同期的な燃料部分量の調整は、回転数に依存する調整に加えてまたはこの調整の代わりに、負荷に依存して行われる。
【００２５】
図６には、２サイクルエンジン１のシリンダ２が概略的に示してある。シリンダ２内には燃焼室３が形成され、この燃焼室には点火プラグ用の開口４４が接続している。燃焼室３はクランクケース４側がピストン２１によって画成されている。このピストンは連接棒６を介して、図示していないクランク軸をクランク軸軸線４３回りに駆動する。クランクケース４はピストン２１の所定の位置で、好ましくは排気口から離して配置された２つの掃気通路２０を介して、燃焼室３に接続されている。掃気通路２０の入口ウインドウ（入口凹部）２３はシリンダ２に開口している。一方の掃気通路２０には噴射ノズル３０が開口している。噴射ノズル３０はほぼ入口ウインドウ２３の範囲において掃気通路２０に開口している。噴射ノズル３０は噴射弁４５を介して制御される。この噴射弁は好ましくは電子的に操作される。
【００２６】
図６に示したピストン２１の上死点で、掃気通路２０はピストンウインドウ（ピストン凹部）３１を介してクランクエース４に接続されている。従って、ピストン２１の上死点の範囲で操作される噴射ノズル３０は、ピストンウインドウ３１を経てクランクケース４内に燃料を直接噴射する。ピストン２１が下死点にあるときに、噴射ノズル３０は燃料を燃焼室３に噴射する。これが掃気同期的に、すなわち燃料と空気の混合気ガクランクケース４から燃焼室３に入るときに行われると合目的である。ピストンはピストンウインドウの代わりに、掃気通路の入口ウインドウの範囲において短く形成してもよく、それによって上死点でクランクケース内への燃料の噴射が可能である。図６に示すように、対称に配置され排気口から離れた２つの掃気通路２０を設けることができる。しかし、排気口から離れた１つだけの掃気通路２０を、排気口またはこの排気口の位置に対して周方向に幾分ずらして配置することができる。掃気通路はシリンダ２の方に開放するように形成可能である。
【００２７】
掃気損失を少なくするために、空気通路が少なくとも１つの掃気通路に開口していてもよい。この空気通路は燃料と空気の混合気の前方に、燃料を含まない空気を配置する。それによって、後続の混合気から排気を良好に分離することができる。空気通路は例えば入口ウインドウの範囲において弁を経て少なくとも１つの掃気通路に開口している。排気口から離れた掃気通路１１内にのみ空気が前方に位置するようにすると合目的である。しかし、すべての掃気通路において空気が前方に位置するようにすることも合目的である。空気通路は例えば弁を経て掃気通路に開口している。
【図面の簡単な説明】
【図１】２サイクルエンジンの縦断面を概略的に示す図である。
【図２】図１のＩＩ−ＩＩ線に沿った断面図で掃気通路の配置構造を概略的に示す。
【図３】クランクケースから燃焼室の方にシリンダを見た斜視図である。
【図４】クランク軸角度に関連する噴射の開始と終了を回転数に対して示すグラフである。
【図５】クランクケースに供給される燃料部分量を回転数に対して示すグラフである。
【図６】２サイクルエンジンのシリンダの概略的な縦断面図である。
【符号の説明】
１ ２サイクルエンジン
２ シリンダ
３ 燃焼室
４ クランクケース
５，２１ ピストン
６ 連接棒
７ クランク軸
８ 排気口
９ 吸気口
１０，１１，２０ 掃気通路
１２ 中心平面
１３ シリンダの縦中心軸線
１４ 掃気通路の端部
１９，３０ 噴射ノズル
２３ 入口ウインドウ
２４，２７ 噴射の開始
２５，２８ 噴射の終了
３１ ピストンウインドウ
３２ ピストンスカート

Claims (6)

1. ２サイクルエンジン（１）がシリンダ（２）内に形成された燃焼室（３）を備え、この燃焼室が昇降するピストン（５，２１）によって画成され、ピストン（５，２１）が連接棒（６）を介して、クランクケース（４）内に回転可能に支承されたクランク軸（７）を駆動し、２サイクルエンジンが燃焼室（３）から外に排気を排出する排気口（８）と、この排気口（８）のほぼ反対側に設けられた吸気口（９）と、排気口（８）と吸気口（９）のほぼ中央を通過し、シリンダ（２）の縦中心軸線（１３）を含む中心平面（１２）と、設定されたタイミングで燃焼室（３）をクランクケース（４）に接続する掃気通路（１０，１１，２０）とを備えている、２サイクルエンジン（１）を運転する方法において、
   設定されたタイミングで燃料が掃気通路（１０，１１，２０）の範囲に噴射され、この場合少なくとも或る回転数範囲において、燃焼のために燃焼室（３）に供給される燃料の第１の部分量が掃気同期的に噴射され、第２の部分量が少なくとも１つの先行する噴射サイクルによって準備され、この場合第２の部分量がクランクケース（４）から燃焼室（３）に移送され、その際、燃焼のために必要な燃料量の１５〜９０％が掃気同期的に噴射されることを特徴とする方法。
2. 両部分量の比が回転数および／または負荷に依存して互いに調整されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 噴射の開始（２４，２７）および／または終了（２５，２８）が負荷および／または回転数に依存して調整されることを特徴とする請求項１または２に記載の方法。
4. 設定されたタイミングで燃料がクランクケース（４）に噴射されることを特徴とする請求項１〜３のいずれかの一項に記載の方法。
5. 燃料が共通の１個の噴射ノズル（１９，３０）を経て掃気同期的に噴射され、かつクランクケース（４）内に噴射され、この場合、掃気通路（１０，２０）の燃焼室（３）側がピストンスカート（３２）によって閉鎖されているタイミングで、燃料がクランクケース（４）内に噴射されることを特徴とする請求項４に記載の方法。
6. ２サイクルエンジンがシリンダ（２）内に形成された燃焼室（３）を備え、この燃焼室が昇降するピストン（２１）によって画成され、ピストン（２１）が連接棒（６）を介して、クランクケース（４）内に支承されたクランク軸（７）を駆動し、２サイクルエンジンが燃焼室（３）から外に排気を排出する排気口（８）と、この排気口（８）のほぼ反対側に設けられた吸気口（９）と、排気口（８）と吸気口（９）のほぼ中央を通過し、シリンダ（２）の縦中心軸線（１３）を含む中心平面（１２）とを備え、設定されたピストン位置でクランクケース（４）が掃気通路（２０）を介して燃焼室（３）に接続され、その際、各々の掃気通路（２０）が入口ウインドウ（２３）により燃焼室（３）へ通じ、また、掃気通路（２０）内へ噴射ノズル（３０）が通じている、２サイクルエンジンにおいて、
   ピストン（２１）にピストンウインドウ（３１）が設けられ、このピストンウインドウがピストン（２１）の上死点の範囲において掃気通路（２０）をクランクケース（４）に流体接続し、その際、ピストンウインドウ（３１）がピストン（２１）の上死点において噴射ノズル（３０）の範囲内にあり、噴射ノズル（３０）が入口ウインドウ（２３）の範囲内に配置されていることを特徴とする２サイクルエンジン。

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