DE10083635B4

DE10083635B4 - Viertakt-Verbrennungsmotor mit Drehschiebersteuerung

Info

Publication number: DE10083635B4
Application number: DE10083635T
Authority: DE
Inventors: Rainer Massmann; Bernhard Auler; Wolf Dipl.-Ing. Burger
Original assignee: Dolmar GmbH
Current assignee: Makita Engineering Germany GmbH
Priority date: 1999-11-25
Filing date: 2000-10-31
Publication date: 2007-12-06
Anticipated expiration: 2020-11-01
Also published as: SE519785C2; SE0201238D0; DE10083635D2; DE29920719U1; JP2003515043A; SE0201238L; US6694942B1; WO2001038705A1

Abstract

Viertakt-Verbrennungsmotor (100) umfassend einen Kolben (11), welcher sich in einem Zylinder (9) auf- und abwärts bewegt, eine Kurbelwelle (12), welche in einem mit dem Zylinder (9) in Verbindung stehenden oder einstückigen Kurbelgehäuse (20) drehbar gelagert ist, und welche durch die Auf- und Abwärtsbewegung des Kolbens (11) in Drehung versetzt wird, einen Zylinderkopf (1), welcher den Zylinder nach oben hin abschließt und einen Brennraum (4) bildet, einen von der Kurbelwelle (12) gesteuerten Drehschieber (2), welcher den Brennraum (4) wahlweise mit einer Einlassöffnung (5) oder einer Auslassöffnung (6) verbindet, einen Vergaser (3) zur Bildung eines schmierenden Kraftstoff-Öl-Luft-Gemisches, sowie einen Überströmkanal (8), durch welchen ein Zylinder/Kurbelgehäuseraum (10) über den Drehschieber (2) mit dem Brennraum (4) verbindbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Vergaser (3) direkt mit der Einlassöffnung (5) in Verbindung steht, und dass der Drehschieber (2) so ausgebildet ist, daß er in einer ersten Stellung den Vergaser (3) mit dem Brennraum (4) verbindet,...

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft einen kompakten Viertakt-Verbrennungsmotor gemäss dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Stand der Technik
Ein solcher Motor, der mit einer Gemischschmierung arbeitet und vorwiegend zur Verwendung in einer tragbaren Arbeitsvorrichtung, z.B einer Motorsense oder einer Motorsäge geeignet ist, ist z.B. aus der Druckschrift DE 42 20 200 A1 bekannt.
Bekannt aus dem Stand der Technik ist ein Viertakt-Verbrennungsmotor mit einer Ölschmierung, wobei das Öl vom Kraftstoff getrennt bevorratet wird. Das Öl wird gezielt an die entsprechenden Schmierstellen gefördert, oder gelangt aus einem Ölsumpf als Öl-Luft-Gemisch (Ölnebel) an die Schmierstellen.
Bekannt ist auch eine Motorschmierung mit einem Kraftstoff-Öl-Luft-Gemisch ähnlich der Schmierung von Zweitaktmotoren. Das Kraftstoff-Öl-Luft-Gemisch wird im Kurbelgehäuse vorgelagert und über eine Leitung dem Drehschieber-Einlaß zugeführt. Ein Rückströmen des Frischgases in den Vergaser wird durch ein Membranventil vermieden. ( DE 42 20 200 A1 ).
Aus der US 5 738 051 A ist ein Viertakt-Verbrennungsmotor mit zwei Zylindern bekannt, der eine Drehschiebersteuerung aufweist. Hier ist nicht vorgesehen, dass der Drehschieber eine Stellung einnehmen kann, in der ein Vergaser über einen Überströmkanal mit einem Zylinder/Kurbelgehäuseraum verbunden wird.
Nachteilig ist bei einem drehschiebergesteuerten Schmiersystem, dass das gesamte Kraftstoff-Öl-Luft-Gemisch auf einem relativ langen Weg durch das Kurbelgehäuse strömt, obgleich nur ein vergleichsweise geringer Teil des Gemisches für die Schmierung im Bereich des Kurbelgehäuses benötigt wird. Nachteilig ist aber auch, daß zwischen dem Kurbelgehäuse und dem Vergaser ein zusätzlicher Ventilmechanismus vorgesehen werden muß, der einen erhöhten Aufwand verursacht und als zusätzliches Funktionselement eine weitere Quelle von Betriebsstörungen sein kann.
Darstellung der Erfindung, Aufgabe, Lösung, Vorteile
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, einen kompakten Viertakt-Verbrennungsmotor mit Drehschiebersteuerung und Gemischschmierung zu schaffen, der sich durch einen vereinfachten Aufbau auszeichnet, und durch eine verbesserte Schmierung insbesondere einen lageunabhängigen Betrieb ermöglicht.
Die Aufgabe wird durch die Gesamtheit der Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Der Kern der Erfindung besteht darin, über einen einzigen Drehschieber nicht nur das Füllen und Entleeren des Brennraumes zu steuern, sondern auch einen Teil des Gemisches zeitweise in den kombinierten Zylinder/Kurbelgehäuseraum zu leiten und anschließend zum Befüllen des Brennraumes wieder aus dem Zylinder/Kurbelgehäuseraum zurückströmen zu lassen. Der Brennraum wird dabei in erster Linie direkt durch das vom Vergaser kommende Gemisch gefüllt. Das zusätzliche vom KGH-Raum kommende Gemisch unterstützt die Füllung. Hierdurch ist es möglich, bei gleichzeitig kompaktem Aufbau und kurzen Leitungswegen eine angepaßte, lageunabhängige Schmierung zu gewährleisten. Außerdem wird ein Nachladeeffekt durch das zusätzlich eingebrachte aus dem KGH-Raum stammende Gemisch erzielt.
Besonders platzsparend ist der Aufbau, wenn gemäss einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung der Drehschieber im Zylinderkopf angeordnet ist, und der Drehschieber von der Kurbelwelle über ein Getriebe, welches vorzugsweise zwei Zahnräder und einen Zahnriemen umfaßt, angetrieben wird.
Bevorzugt umfaßt der Drehschieber einen zylindrischen Körper, in welchem zur Verwirklichung der Verbindungen zwei Kanäle und eine Aussparung vorgesehen sind. Die Kanäle können auch als Aussparung und die Aussparung als Kanäle verwirklicht werden. Der Körper ist dabei nicht zwangsläufig zylindrisch, es sind auch andere Formen wie Kugeln oder ballige Körper geeignet.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die Erfindung soll nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen im Zusammenhang mit den Figuren näher erläutert werden. Es zeigen
1 in einer Seitenansicht auf den Antrieb des Drehschiebers ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel eines Viertakt-Verbrennungsmotors nach der Erfindung;
2 in einer springenden Schnittdarstellung den Motor aus 1;
3 in einem Ausschnitt einen Querschnitt durch den im Zylinderkopf gelagerten Drehschieber des Motors aus 2; und
4-7 in einer perspektivischen Längsschnittansicht vier verschiedene Phasen beim Betrieb des Motors nach 2, die sich jeweils um einen Kurbelwellenwinkel von 90° unterscheiden, wobei sich 4 auf die Stellung des Kolbens im oberen Totpunkt (OT) und 6 auf die Stellung des Kolbens im unteren Totpunkt (UT) beziehen, und die 5 und 7 jeweils die Kolbenstellung von 90° nach bzw. vor dem oberen Totpunkt zeigen. Hier handelt es sich um kontinuierliche Verläufe; die Darstel lung der verschiedenen Stellungen stellt jeweils nur einen bestimmten Zeitpunkt dar.
Bester Weg zur Ausführung der Erfindung
Der Viertakt-Verbrennungsmotor 100, der als bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung in 1 bis 3 wiedergegeben ist, besteht im wesentlichen aus einem Zylinder 9 mit darin auf- und abwärtsgleitendem Kolben 11, sowie einem Kurbelgehäuse 20, das an den Zylinder 9 unten anschließt, wobei KGH 20 und Zylinder 9 auch aus einem Stück bestehen können, und einem Zylinderkopf 1 mit Brennraum 4, der an den Zylinder 9 oben anschließt, wobei der Zylinder 9 und Zylinderkopf 1 auch aus einem Stück bestehen können. Im Zylinderkopf 1 ist ein zylindrischer Drehschieber 2 angeordnet, der über mehrere Steueröffnungen vertilgt: eine Einlaßöffnung 5 zu einem Vergaser 3, eine Auslaßöffnung 6 zu einem Auslaßkanal 7 und eine Öffnung zu einem Überströmkanal 8 mit Verbindung zum Zylinder 9 sowie eine Öffnung zum Brennraum 4. Im Drehschieber 2 sind zwei Kanäle 17 und 19 sowie eine Ausnehmung 18 so angeordnet, daß Verbindungen zwischen Vergaser 3 und Brennraum 4, dem Vergaser 3 und dem Zylinder 9, dem Zylinder 9 und dem Brennraum 4, sowie dem Brennraum 4 und Auslaßkanal 7 in Abhängigkeit vom Drehwinkel des Drehschiebers 2 hergestellt werden. Die Schmierung erfolgt über ein Kraftstoff-Öl-Luft-Gemisch, das im Vergaser 3 in an sich bekannter Weise erzeugt wird.
Über die Steueröffnungen des Drehschiebers 2 werden die folgenden Gasströme gesteuert:

– Ansaugen/Einströmen des Kraftstoff-Öl-Luft-Gemisches vom Vergaser 3 in den Brennraum 4; der Drehschieber 2 verbindet dabei über den Kanal 19 die Einlaßöffnung 5 mit dem Brennraum 4 (5).
– Ansaugen des Kraftstoff-Öl-Luft-Gemisches vom Vergaser 3 in den Zylinder/Kurbelgehäuseraum 10; der Drehschieber 2 verbindet dabei über die Ausnehmung 18 die Einlaßöffnung 5 mit dem Überströmkanal 8 (4 bzw. 7).
– Nachladen in den Brennraum 4 durch das im Kurbelgehäuse 20 während des Arbeitsspiels vorgelagerte Kraftstoff-Öl-Luft-Gemisch; der Drehschieber 2 verbindet dabei über den Kanal 19 den Überströmkanal 8 mit dem Brennraum 4 (6).
– Ausströmen der Abgase aus der Brennkammer 4 durch den Auslaßkanal 7; der Drehschieber 2 verbindet dabei über den Kanal 17 den Brennraum 4 mit der Auslaßöffnung 6 (4 bzw. 7).

Der zeitliche Ablauf stellt sich in Übereinstimmung mit den 4 bis 7 wie folgt dar:
Der Kolben 11 befindet sich im oberen Totpunkt OT (Ladungswechsel-OT) und erzeugt während der Abwärtsbewegung einen Unterdruck im oberen Bereich des Zylinders 9, wodurch Kraftstoff-Öl-Luft-Gemisch vom Vergaser 3 in den Brennraum 4 einströmt (Bewegung von 4 → 5). Noch bevor der Kolben 11 den unteren Totpunkt UT erreicht, wird die Verbindung zwischen dem Überströmkanal 8 und dem Brennraum 4 hergestellt, so daß das im Kurbelgehäuse 20 vorgelagerte Kraftstoff-Öl-Luft-Gemisch zusätzlich in den Brennraum 4 einströmen kann (6). Während der anschließenden Aufwärtsbewegung des Kolbens 11 mit der Zündung des Gemisches durch die Zündkerze 16 und der folgenden Abwärtsbewegung bleiben die Steueröffnungen zum Zylinder 9/Kurbelgehäuseraum 10 und Brennraum 4 geschlossen. Bei UT wird die Verbindung zum Auslaß (6, 7) hergestellt, so daß der Kolben 11 die Abgase aus dem Zylinder 9 schieben kann (Bewegung von 7 → 4). Gleichzeitig werden Überströmkanal 8 und Einlaßöffnung 5 freigegeben, so daß Gemisch durch die Kolbenbewegung vom Vergaser 3 in den Zylinder 9/Kurbelgehäuseraum 10 gesogen wird. Bei OT werden der Auslaß (6, 7) und der Überströmkanal 8 wieder geschlossen (4). Der Drehschieber 2 kann dabei über ein Riemen-, Ketten-, Zahnradgetriebe o. ä. von der Kurbelwelle 12 angetrieben werden. Im dargestellten Ausführungsbeispiel wird eine Antrieb eingesetzt, der zwei Zahnräder 13, 15 und einen Zahnriemen 14 umfaßt (1).

100: Viertakt-Verbrennungsmotor
1: Zylinderkopf
2: Drehschieber
3: Vergaser
4: Brennraum
5: Einlassöffnung
6: Auslassöffnung
7: Auslasskanal
8: Überströmkanal
9: Zylinder
10: Zylinder/Kurbelgehäuseraum
11: Kolben
12: Kurbelwelle
13, 15: Antriebsrad (Drehschieber)
14: Zahnriemen
16: Zündkerze
17: Kanal
18: Aussparung
19: Kanal
20: Kurbelgehäuse

Claims

Viertakt-Verbrennungsmotor (100) umfassend einen Kolben (11), welcher sich in einem Zylinder (9) auf- und abwärts bewegt, eine Kurbelwelle (12), welche in einem mit dem Zylinder (9) in Verbindung stehenden oder einstückigen Kurbelgehäuse (20) drehbar gelagert ist, und welche durch die Auf- und Abwärtsbewegung des Kolbens (11) in Drehung versetzt wird, einen Zylinderkopf (1), welcher den Zylinder nach oben hin abschließt und einen Brennraum (4) bildet, einen von der Kurbelwelle (12) gesteuerten Drehschieber (2), welcher den Brennraum (4) wahlweise mit einer Einlassöffnung (5) oder einer Auslassöffnung (6) verbindet, einen Vergaser (3) zur Bildung eines schmierenden Kraftstoff-Öl-Luft-Gemisches, sowie einen Überströmkanal (8), durch welchen ein Zylinder/Kurbelgehäuseraum (10) über den Drehschieber (2) mit dem Brennraum (4) verbindbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Vergaser (3) direkt mit der Einlassöffnung (5) in Verbindung steht, und dass der Drehschieber (2) so ausgebildet ist, daß er in einer ersten Stellung den Vergaser (3) mit dem Brennraum (4) verbindet, dass er in einer zweiten Stellung den Vergaser (3) über den Überströmkanal (8) mit dem Zylinder/Kurbelgehäuseraum (10) verbindet, und dass er in einer dritten Stellung den Zylinder/Kurbelgehäuseraum (10) über den Überströmkanal (8) mit dem Brennraum (4) und den Brennraum (4) über einen Kanal (17) mit der Auslassöffnung (6) verbindet, wobei sich der Drehschieber (2) im Betrieb des Verbrennungsmotors (100) in einer kontinuierlichen Bewegung befindet und die erste, zweite und dritte Stellung nur zu einem jeweils bestimmten Zeitpunkt bestehen.
Viertakt-Verbrennungsmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Drehschieber (2) im Zylinderkopf (1) angeordnet ist.
Viertakt-Verbrennungsmotor nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Drehschieber (2) von der Kurbelwelle (12) über ein Getriebe (13, 14, 15) angetrieben wird.
Viertakt-Verbrennungsmotor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Getriebe zwei Zahnräder (13, 15) und einen Zahnriemen (14) umfasst.
Viertakt-Verbrennungsmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Drehschieber (2) einen bevorzugterweise zylindrischen Körper umfasst, in welchem zur Verwirklichung der Verbindungen zwei Kanäle (17, 19) und eine Aussparung (18) vorgesehen sind.