专利名称：单缸二冲程发动机的工作方法
技术领域：
本发明涉及一种尤其用在手动引导式工具如电锯、切割机或类似工具中的单缸二冲程发动机的工作方法，其中该二冲程发动机包括气缸，在气缸中构造有燃烧室，该燃烧室由活塞限定，该活塞可驱动可转动地支承在曲轴箱中的曲轴，在该方法中将燃料和燃烧空气提供给二冲程发动机，点燃燃烧室中的由燃料和燃烧空气构成的混合物，并且使废气经出口从燃烧室流出。
背景技术：
从DE 19745511A1中已知了一种二冲程发动机，其中在曲轴的每次旋转中，燃料在活塞的下死点区域中被喷射到燃烧室中，并且在燃烧室中形成的燃料/空气混合物在活塞的上死点区域中被点燃。
在二冲程发动机空转时，由于流动状况以及低压力和高残余废气量的原因会出现点火故障，使得燃烧室中的混合物没有被燃烧。在活塞的下行冲程中，未燃混合物从燃烧室流出。这导致二冲程发动机的废气值显著增加。已经显示，在空转中燃烧室没有得到清洁的扫气，因此在空转时在燃烧室中，废气、在很大程度上不含燃料的空气和新鲜的混合物之间没有发生混合。由于废气和新鲜混合物在空间上的设置情况，这可能导致点火火花在与混合物具有一定空间距离的情况下点火，因此没有发生燃烧或者只有不完全的燃烧。这种过程的出现是没有规律的，并且形成了二冲程发动机的典型空转特性。
发明内容
本发明的任务是提供一种所述类型的单缸二冲程发动机，其在空转时运转平静，并且具有很小的废气值。
该任务通过其中二冲程发动机在空转中在至少700°的曲轴转角上没有燃料供给的上述单缸二冲程发动机来解决。
由此，在空转中燃料的供给周期性地进行，使得在最高时为大约曲轴每两转进行一次燃料供给以及随后的燃料在燃烧室中燃烧。在没有燃料供给二冲程发动机的循环中，燃烧室由在很大程度上不含燃料的燃烧空气进行扫气。由此可以将废气从燃烧室中完全排出。这样可以实现在燃烧室中形成不含旧废气的易于点燃的混合物，从而能够可靠地进行混合物的再次燃烧。已经显示，尽管不是在曲轴的每转中都进行混合物的燃烧，然而通过规律性的点火顺序便可实现二冲程发动机的更加平静的运转。由于混合物在燃烧室中可靠地燃烧，因此没有未燃烧的燃料经出口排出。这便改善了二冲程发动机的废气值。此外还已经显示，通过在最高时为大约曲轴每两转进行的燃料供给来使二冲程发动机的运转噪音更加均匀。因此，在空转中使用者在声音上也获得了平稳且均匀运转的感觉。
有利的是，在空转中在曲轴每两转至每六转时供给燃料。即使在曲轴的多转上没有燃料供给并且由此没有燃烧发生，也可实现曲轴的足够均匀的驱动。尤其是当在曲轴的多转上连续地没有燃料供给时，燃烧室可以得到良好的扫气，使得在随后的供给燃料的循环中能够保证燃烧的进行。由于燃烧所需的燃料完全在一个循环中提供，由此设计成所供给的燃料量相对于在曲轴的每转中都进行燃料供给的情况而言有所增加。在曲轴的每转中都供给燃料的常规二冲程发动机中，来自多个循环的由于点火故障和燃烧不充分而未燃烧的燃料可能会从出口排出到外界环境中。在按照本发明的方法工作的二冲程发动机中，由于采用在很大程度上不含燃料的燃烧空气对燃烧室进行扫气，因此这种情况不会发生。有利的是，所供给的燃料量大约为相对于在曲轴的每转中都提供燃料的情况而言的1.5倍至5倍。因此，虽然在一个循环中所喷入的燃料量提高了，但是总体上的燃料消耗减少，这是因为例如曲轴每两转供给1.5倍的燃料量，或者曲轴每三转供给2倍的燃料量。有利的是，可以改变两次接连的燃料供给之间的时间间隔以及所供给的燃料量。由此可以简单的方式稳定空转转速。可以控制两次接连的燃料供给之间的时间间隔以及各次供给的燃料量，但是也可以设计成例如依据曲轴的加速情况来进行调节。
有利的是，在满载时在曲轴的每转中将燃料供给二冲程发动机。在满载时，由于在曲轴的每转中产生的流动状况、高温和高压而实现了混合物的燃烧。由于所产生的压力状况可以实现对燃烧室的良好扫气，因此在将新的燃料供入燃烧室之前，废气在尽可能高的程度上被扫出燃烧室。
二冲程发动机设计成具有至少一个溢流管道，其在预定的活塞位置上将曲轴箱与燃烧室连通。有利的是，在活塞朝着燃烧室运动期间将燃烧空气吸入到曲轴箱中，并且在活塞朝着曲轴箱的方向运动时通过至少一个溢流管道而流入燃烧室。符合目的的是，燃烧空气通过至少一个活塞孔和至少一个溢流管道吸入到曲轴箱中。由此可以实现用在很大程度上不含燃料的燃烧空气来对溢流管道进行完全的扫气，从而使废气与燃料或混合物很好地分开。
燃料设计成在空转中通过由控制机构来控制的阀而引入。由此可以简单的方式来控制燃料引入的时刻和所供给的燃料量。从而可以简单的方式保证在满载工作中在曲轴的每转中将燃料供给二冲程发动机，而在空转中的可能之时也在很小的转速下在至少700°的曲轴转角上没有燃料供给二冲程发动机。有利的是由阀将燃料供入溢流管道。设计了在空转中在燃烧空气通过溢流管道流入燃烧室中的期间来供给燃料。由此将所提供的燃料完全供入到燃烧室中。已经显示，在空转中可以取消对曲轴箱的润滑。由此在空转中不需要为了润滑而将燃料供入到曲轴箱中。符合目的的是，在燃烧空气的一部分从曲轴箱流入燃烧室之后开始供给燃料。已经流入燃烧室中的燃烧空气保证了燃料与可能仍然还存在于燃烧室中的源自上次循环的废气相互分开。
为了实现在满载时对曲轴箱进行足够的润滑，设计了在满载时在将燃烧空气吸入到曲轴箱的期间来供给燃料。在将阀设置在溢流管道中的情况下，燃料将通过经溢流管道而吸入的空气输送到曲轴箱中。符合目的的是，在满载时燃料至少部分地通过汽化器来供给。在通过汽化器供给燃料的情况中，供给也在将燃烧空气吸入曲轴箱的期间进行，其中至少一部分燃烧空气和燃料一起通过汽化器吸入。
为了保证在空转中二冲程发动机运转平静，设计了要监控在燃料供给之后是否发生了曲轴的加速。曲轴的加速是衡量燃料是否进行了充分燃烧的尺度。该加速可以直接地或间接地测量。符合目的的是，当没有发生曲轴的加速时，在曲轴的随后旋转中再次供给燃料，从而在随后的循环中进行燃烧和相应的曲轴加速。有利的是，当加速超过了预定值时，则延长至下一次燃料供给的时间间隔。由此可以简单的方式来调节发动机的所希望转速。
尤其是只在对二冲程发动机供给燃料的发动机循环中对燃烧室中的混合物进行点火。在只通过在很大程度上不含燃料的燃烧空气对燃烧室进行扫气的循环中，可以中断点火。此时，尤其通过点火火花进行点火，其中点火能量由被曲轴旋转驱动的磁体在点火线圈中感应产生，并且在空转中能够暂时储存在曲轴的多转中所感应出的能量。尤其是在手动引导的工具中，要在很小的转速下提供必需的点火能量是有困难的，因为这种工具通常不带可提供额外能量的电池。通过在曲轴的多转上暂时储存能量就可以保证提供足够大的能量用于产生点火火花。为了保证燃烧室中的混合物可靠地点燃，此外还设计成在空转中将点火火花维持在相对于曲轴在每转中点火的情况而言为延长了的持续时间上。这通过在曲轴的多转上暂时储存能量而成为可能。
下面将借助附图来描述本发明的实施例。在图中图1是二冲程发动机的示意性侧视图，该二冲程发动机经活塞孔而吸入在很大程度上不含燃料的空气，图2是图1所示二冲程发动机沿图1中箭头II-II方向的侧视图，图3是具有扫气预储存功能的二冲程发动机的示意性侧视图，图4至图6显示了与曲轴转角相对应的燃料供给的图。
图中各标号的含义如下1二冲程发动机；2气缸；3曲轴箱；4入口；5燃烧室；6出口；7活塞；8火花塞；9减压阀；10曲轴轴线；11风机叶轮；12溢流管道；13燃料箱；14燃料管；15连杆；16燃料泵；17燃料储存器；18电磁阀；19导线；20点火模块；21风机叶轮11上的磁体；22脉冲管道；23固定螺钉；24散热片；25曲轴；26叠片铁心；27空气通道；28节气门；29空气过滤器；30活塞孔；31二冲程发动机；32汽化器；33混合物通道；34混合物入口；35燃料口；36节气门。
具体实施例方式
图1所示的二冲程发动机1包括气缸2，在其外侧上设有散热片24。在图1中以虚线示出的活塞7可往复运动地支承在气缸2中。活塞7通过连杆15驱动可围绕曲轴轴线10转动式地支承在曲轴箱3中的曲轴25。在气缸2上通有入口4，在很大程度上不含燃料的燃烧空气通过该入口而提供给构造为单缸发动机的二冲程发动机1。
二冲程发动机1具有至少一个溢流管道12，该溢流管道在活塞7的下死点区域中将曲轴箱3与燃烧室5连通。燃烧室5由气缸2和活塞7限定。尤其可以设计两个或四个相对于将入口4从中间分开的中间平面对称设置的溢流管道12。活塞7具有在图1中以虚线示出的活塞孔30。也可以设计两个设置在入口4两侧的活塞孔30。活塞孔30在活塞7的上死点区域中将入口4与溢流管道12连通，使得燃烧空气通过入口4和活塞孔30流入溢流管道12，并从此处流入曲轴箱3。由此通过在很大程度上不含燃料的燃烧空气来对溢流管道12进行充分的扫气。在气缸2中可设置减压阀9，可以通过该减压阀对燃烧室5进行排气，以便使二冲程发动机1更容易起动。气缸2上设置了火花塞8，它伸入到燃烧室5中。从气缸2中引出了出口6，废气可以经该出口流出燃烧室5。
为了供给燃料而配置了阀18，该阀尤其构造成电磁阀。然而，阀18也可以与喷嘴结合成一体。阀18集成于点火模块20中。阀18由设置在点火模块20中的控制机构如中央处理器(CPU)来控制。点火模块20通过导线19来控制火花塞8的点火。为了产生点火能量，在曲轴25上的不可转动地设置在曲轴25上的风机叶轮11上固定了磁体21。如图2所示，在风机叶轮11的周面处，具有图中未示出的点火线圈的叠片铁心26设置在点火模块20上。磁体21在点火线圈中感应出电压，该电压在火花塞8中产生火花。点火模块20用固定螺钉23固定在气缸2上。
结合在点火模块20上的电磁阀18通过燃料管14与设置在燃料箱13中的燃料泵16连接。燃料泵16可构造成隔膜泵，并且由波动的曲轴箱压力驱动。为此，燃料泵16通过脉冲管22与曲轴箱3相连。燃料泵16将燃料从燃料箱13输送到燃料储存容器17中，燃料从这里到达电磁阀18。在燃料储存容器17中设有压力阀，其通过回流管与燃料箱连接。
如图2所示，经入口4而提供给二冲程发动机1的燃烧空气经过空气过滤器29以及空气管道27吸入。在空气管道27中设有用于控制所供给空气量的节气门28。
当二冲程发动机1在满载下工作时，在活塞7的上死点区域中，在很大程度上不含燃料的燃烧空气从入口4经活塞孔30和溢流管道12吸入到曲轴箱3中。为了润滑曲轴箱3，在吸气阶段开始时由阀18向燃烧空气中供入二冲程独特的燃料/润滑油混合物。该燃料/润滑油混合物由燃烧空气输送到曲轴箱3中，并且接着使溢流管道12几乎完全充满不含燃料的空气。燃料/润滑油混合物和燃烧空气在活塞7的下行冲程中在曲轴箱3被压缩。一旦活塞7使溢流管道12朝着燃烧室5打开，首先是不含燃料的空气、接着是燃料/润滑油/空气混合物从曲轴箱3流到燃烧室5中。在接下来的活塞7的上行冲程中，混合物在燃烧室5内被压缩，并且受集成在点火模块20上的控制机构的控制而被火花塞8点燃。点燃的混合物在燃烧时膨胀，由此将活塞7朝曲轴箱3的方向推动。废气通过出口6流出燃烧室5，并且被通过溢流管道12随后流入的在很大程度上不含燃料的空气吹扫出去。在满载的情况下，燃料在曲轴25的每一转中供给二冲程发动机1。此时，阀18在每次约360度的曲轴转角α(图2)之后打开。
当二冲程发动机1空转时，在活塞7的上死点区域中，燃烧空气从入口4经活塞孔30和溢流管道12被吸入曲轴箱3。在这个阶段没有进行燃料喷射。在活塞7的下行冲程中，燃烧空气在曲轴箱3中被压缩，并且一旦溢流管道12朝着燃烧室5打开，燃烧空气就通过溢流管道12流入燃烧室5。在一部分燃烧空气进入燃烧室5之后，通过电磁阀18将燃料喷射到经由溢流管道12流动的燃烧空气中。燃料进入燃烧室5。在活塞7的上行冲程中，燃料在燃烧室5中被压缩，并且由火花塞8点燃。接着，燃烧的混合物在燃烧室5中膨胀，并且将活塞7推向曲轴箱3。废气通过出口6流出。在活塞7的上死点区域中，通过入口4吸入用于下个循环的燃烧空气。在活塞的向下运动中，燃烧空气从曲轴箱3经溢流管道12进入燃烧室5。然而，在该循环中没有燃料供入到燃烧空气中，因此，燃烧室5由在很大程度上不含燃料的空气进行扫气。此时，火花塞8也必须不进行点火。空气通过出口6离开燃烧室5。在空转时设计成大约只在曲轴的每两转至每六转时供给燃料，而在这之间的循环中用空气对燃烧室5进行扫气。在该扫气阶段可以使点火中断或保持接通。
在空转中，尤其是在燃烧空气从曲轴箱3流入燃烧室5的期间，燃料被喷射到溢流管道12中。不需要为了润滑曲轴25而将燃料供给到曲轴箱3中。在至少700°的曲轴转角α上没有燃料提供给二冲程发动机1。此时，燃料的供给周期性地进行。但是，相对于在曲轴每一转中都供给的燃料量而言，在曲轴的大约每两转至每六转时所供给的燃料量增加。有利的是供给大约1.5倍至5倍的燃料量。为了保证曲轴每两转至每六转时有一次燃烧发生，要监控曲轴25是否被加速，以便确定燃烧室中的混合物是否被点燃和进行了燃烧。为此，由中央处理器(CPU)通过回转式磁体21来检测点火脉冲之间的时间间隔。为此也可以例如测量曲轴25的转速。为了测量曲轴的转速，设置了如图1所示的传感器37，其通过导线38与集成在点火模块20中的控制机构相连。当混合物没有燃烧或曲轴没有加速时，在曲轴的随后转动中将再次提供燃料。这通过集成在点火模块20中的控制机构来进行。当加速超过了例如取决于所需转速的预定值时，那么可通过CPU的控制来延长至下次燃料供给的时间间隔。由此可以稳定转速，尤其是空转转速。此外，为了稳定空转转速，还可以改变在每循环中所供给的燃料量。通过改变两个接连的燃料供给之间的时间间隔和每次供给的燃料量，就可以很简单地稳定转速，尤其是空转转速。
在图4至6中绘出了相对于曲轴转角α的燃料供给。在图4所示的燃料供给周期中，燃料的供给是在曲轴每转两转的周期下进行。由此，燃料喷射在720°的曲轴转角α之后开始。燃料的喷射在图4中用柱条40表示。曲轴每转两转进行一次燃料供给，其中所供给的燃料量总是恒定的。
图5示出了燃料供给图，其中通过柱条41表示的燃料供给在曲轴25每转四转时进行。因此，一个循环中的燃料供给在前次燃料供给开始后的1440°的曲轴转角α间隔处进行。
在图6示意性示出的周期中，燃料的供给如燃料喷射在曲轴每转四转时即1440°的曲轴转角α之后进行。这由柱条42表示。可在这种恒定的周期上叠加间隔的随机延长或缩短，以便通过CPU来在两个连续发生的燃料供给之间稳定空转转速。因此，由柱条43表示的燃料供给不是在2880°的曲轴转角α之后进行，而是在3240°之后才进行，即在延迟了曲轴25的一转后进行。为了在断火后降低当时的转速，由线条44表示的燃料供给不在相对于前次燃料供给之后的1440°的曲轴转角α的间隔处进行，即不是在7560°的曲轴转角α处进行，而是在提前了曲轴的三转时就已进行，即在6480°的曲轴转角α处进行。由此实现了短时间的转速提高。因此，在由线条44表示的燃料供给和前次燃料供给之间只有曲轴25的一转的间隔。
另外，如图6所示，在循环中供给的燃料量还可以通过缩短或延长周期来相应地匹配。因此，当周期缩短时供给较少的燃料，当周期延长时供给较多的燃料。但是在每个周期中供给相同的燃料量也是有利的。
混合物的点燃只在电磁阀18已经提供了燃料的发动机循环中进行。为此，点火模块20可以具有用于储能的装置如电容器，其中储存有在曲轴25的多转上在点火线圈中感应出来的能量。由此便可在较长的持续时间内保持由火花塞8产生的点火火花。这样便可保证，通过火花塞8实施的所需点火而使燃烧室5中的混合物确实燃烧。
在图3中示出了单缸二冲程发动机31的一个实施例。此时采用相同的标号来表示与图1和2中相同的部件。二冲程发动机31具有用于在很大程度上不含燃料的空气的入口4和混合物入口34。在混合物入口34上设有在图3中示意性示出的汽化器32，其中设置了节流装置，在此处其为可摆动地支撑的节气门36。在节气门36的区域中，燃料口35通到形成在汽化器32中的混合物通道33中，该燃料口可向混合物通道33供给燃料。设计成在二冲程发动机31满载工作时至少一部分燃料通过汽化器32供给。在空转工作中，燃料供给通过集成在点火模块20上的阀18来进行。由此可以简单的方式来实现在满载工作时对曲轴箱3的润滑。同时能够保证燃料供给充足。
燃料供给也可以通过设置在曲轴箱上的阀来实现，或者通过另一个燃料供给装置来实现。
权利要求
1.一种单缸二冲程发动机的工作方法，所述二冲程发动机包括气缸(2)，在所述气缸中构造有燃烧室(5)，所述燃烧室由活塞(7)限定，所述活塞(7)可驱动可转动地支承在曲轴箱(3)中的曲轴(25)，在所述方法中将燃料和燃烧空气提供给二冲程发动机(1，31)，点燃燃烧室(5)中的由燃料和燃烧空气构成的混合物，并且使废气经出口(6)从燃烧室(5)流出，其特征在于，所述二冲程发动机(1，31)在空转中在至少700°的曲轴转角(α)上没有燃料供给。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在空转中在曲轴每两转至每六转时供给燃料。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所供给的燃料量相对于在曲轴的每转中供给燃料的情况而言有所提高。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，相对于在曲轴的每转中供给燃料的情况而言，所供给的燃料量为大约1.5倍至5倍。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其特征在于，改变连续发生的燃料供给之间的时间间隔和所供给的燃料量。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其特征在于，在满载时在曲轴(25)的每转中将燃料供给二冲程发动机(1，31)。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的方法，其特征在于，所述二冲程发动机(1，31)具有至少一个溢流管道(12)，其在活塞(7)的预定位置上将曲轴箱(3)与燃烧室(5)连通，其中在活塞(7)朝着燃烧室(5)运动的期间将燃烧空气吸入曲轴箱(3)中，并且在活塞(7)朝着曲轴箱(3)的方向运动时通过至少一个溢流管道(12)流入燃烧室(5)。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，燃烧空气通过至少一个活塞孔(30)和至少一个溢流管道(12)吸入到曲轴箱(3)中。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的方法，其特征在于，在空转中燃料通过由控制机构控制的阀(18)供入溢流管道(12)。
10.根据权利要求7至9中任一项所述的方法，其特征在于，在空转中在燃烧空气经溢流管道(12)流入燃烧室(5)的期间供给燃料。
11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，在一部分燃烧空气从曲轴箱(3)流入燃烧室(5)中之后开始供给燃料。
12.根据权利要求1至11中任一项所述的方法，其特征在于，在满载时在将燃烧空气吸入曲轴箱(3)的期间供给燃料。
13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，在满载时燃料至少部分地通过汽化器(32)来供给。
14.根据权利要求1至13中任一项所述的方法，其特征在于，监控在燃料供给之后是否发生了曲轴(25)的加速，当没有发生曲轴(25)的加速时，在曲轴(25)的随后旋转中再次供给燃料。
15.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，当加速超过了预定值时，则将至下一次燃料供给的时间间隔延长。
16.根据权利要求1至15中任一项所述的方法，其特征在于，只在对二冲程发动机(1，31)供给燃料的发动机循环中对燃烧室(5)中的混合物进行点火。
17.根据权利要求16所述的方法，其特征在于，通过点火火花进行点火，其中点火能量由被曲轴(25)旋转驱动的磁体(21)在点火线圈中感应产生，并且在空转中暂时储存在曲轴的多转上所感应出来的能量。
18.根据权利要求16或17所述的方法，其特征在于，在空转中将点火火花维持在相对于曲轴的每转时点火为延长了的持续时间上。
全文摘要
一种单缸二冲程发动机(1，31)的工作方法，该二冲程发动机包括气缸(2)，在气缸中构造有燃烧室(5)，该燃烧室由活塞(7)限定，活塞(7)可驱动可转动地支承在曲轴箱(3)中的曲轴(25)，该方法规定将燃料和燃烧空气供给二冲程发动机(1，31)。在燃烧室(5)中点燃由燃料和燃烧空气构成的混合物，而废气经出口(6)从燃烧室(5)流出。为了实现在很小的废气值下使二冲程发动机(1，31)无噪式运转，规定在空转中在至少700°的曲轴转角(α)上没有燃料供给二冲程发动机(1，31)。
文档编号G01M99/00GK1807855SQ20061000541
公开日2006年7月26日 申请日期2006年1月18日 优先权日2005年1月18日
发明者W·盖尔 申请人:安德烈亚斯.斯蒂尔两合公司