AT513151B1 - Verbrennungskraftmaschine mit Drehzahlregler - Google Patents

Abstract

Verbrennungskraftmaschine mit einer Kurbelwelle (6) und einer Nockenwelle (7), wobei an einer Seite der Kurbelwelle (6) ein treibendes Zahnrad (15) und an derselben Seite der Nockenwelle (7) ein getriebenes Zahnrad (17) angeordnet ist. Um einen einfachen und zuverlässigen Fliehkraftregler zu schaffen, der minimalen Bauraum beansprucht und bezüglich des Stellorgans möglichst günstig angeordnet ist, ist die Nockenwelle (7) über ihre ganze Länge hohl und am getriebenen Zahnrad (17) sind Fliehgewichte (30), die auf eine die Nockenwelle (7) durchsetzende Stange (31) wirken, und ist das Ende der Stange (31) am anderen Ende der Nockenwelle (7) mit einem Regel- beziehungsweise Stellorgan (37), insbesondere einer Einspritzpumpe (5) wirkverbunden.

Description

österreichisches Patentamt AT 513 151 B1 2014-02-15

Beschreibung

VERBRENNUNGSKRAFTMASCHINE MIT DREHZAHLREGLER GEGENSTAND

[0001] Die Erfindung betrifft eine Verbrennungskraftmaschine mit einer Kurbelwelle und einer Nockenwelle, welche beide beiderseits in Wänden des Motorgehäuses gelagert und parallel sind, wobei an einer Seite der Kurbelwelle ein treibendes Zahnrad und an derselben Seite der Nockenwelle ein getriebenes Zahnrad angebracht ist, wobei in das getriebene Zahnrad Fliehgewichte integriert sind. Dabei ist vor allem an einen einfachen Motor für Kleinfahrzeuge und Arbeitsmaschinen mit wenigen Zylindern gedacht, insbesondere an einen Motor mit nur einem Arbeitszylinder.

STAND DER TECHNIK

[0002] Aus der DE 43 27 128 A1 ist ein Einzylindermotor bekannt, bei dem eine sehr kurze Nockenwelle vor dem Zylinder angeordnet ist. Sie hat nur einen Nocken und ein getriebenes Zahnrad, an dem Fliehgewichte angeordnet sind. Die Fliehgewichte wirken auf eine auf der Nockenwelle verschiebbare Gleithülse, an der ein im Gehäuse schwenkbar gelagerter zu einem Stellglied (hier einem Vergaser) führender sehr langer Hebel angreift. Der Angriffspunkt des Hebels reibt an der rotierenden Gleithülse. Dieser Motor ist für ein tragbares Arbeitsgerät bestimmt und diesem Zweck entsprechend insoferne besonders, als die Kurbelwelle fliegend gelagert und die sehr kurze Nockenwelle vor dem Zylinder angeordnet ist.

[0003] Ein Motor mit konventioneller Anordnung und Lagerung von Kurbelwelle und Nockenwelle ist in der EP 425 899 A1 beschrieben. Bei diesem ist an einer Seite des getriebenen Zahnrades der Nockenwelle ein Fliehkraftregler angebracht, der auf eine auf der Nockenwelle verschiebbare Hülse wirkt. Weder ist ein Stellorgan noch die Verbindung der Hülse mit einem solchen erkennbar oder gar beschrieben. Bei einem so angeordneten Fliehkraftregler ist sie aber jedenfalls kompliziert und störungsanfällig. Weiters ist bei diesem (und auch bei dem oben erwähnten) Stand der Technik zu sehen, dass die auf der Nockenwelle verschiebbare Hülse erheblichen Bauraum beansprucht, was an der Stirnseite eines Motors hinderlich ist. Besonders nachteilig ist es, wenn das getriebene Zahnrad wie meist außerhalb der Lagerung der Nockenwelle - also fliegend - angeordnet ist.

PROBLEM / LÖSUNG

[0004] Es ist daher Aufgabe der Erfindung, diesen Nachteilen abzuhelfen und einen einfachen und zuverlässigen Fliehkraftregler vorzuschlagen, der minimalen Bauraum beansprucht, den vorhandenen Bauraum optimal ausnützt und bezüglich des Stellorgans möglichst günstig angeordnet ist.

[0005] Erfindungsgemäß wird das dadurch erreicht, dass die Nockenwelle durchgehend hohl ist und die am getriebenen Zahnrad untergebrachten Fliehgewichte auf eine die hohle Nockenwelle durchsetzende Stange wirken, und dass das von dem getriebenen Zahnrad abgewandte Ende der Stange (direkt oder indirekt) am anderen Ende der Nockenwelle auf ein Regel- beziehungsweise Stellorgan wirkt. Bei einem einfachen Motor wird es sich nur um ein Stellorgan handeln. Durch den Wegfall der verschiebbaren Hülse ist der Raumbedarf für den Fliehkraftregler reduziert und die Verbindung mit dem Stellorgan zu der freien und daher gut zugänglichen Seite der Nockenwelle verlagert. Die Länge der Stange spielt keine nachteilige Rolle, weshalb diese Konstruktion auch für einen Motor mit mehreren Zylindern geeignet ist. Die Masse der Stange kann sogar schwingungsdämpfend wirken. Diese Lösung bedingt auch keinen Mehraufwand, weil Nockenwellen in der Regel für die Führung des Schmieröls zumindest über einen Teil ihrer Länge eine koaxiale Längsbohrung aufweisen. Vielmehr ist dadurch die Verbindung mit dem Stellorgan vereinfacht, sodass der Aufwand insgesamt geringer ist. 1 /10 österreichisches Patentamt AT 513 151 B1 2014-02-15 [0006] Vorzugsweise sind die Fliehgewichte mindestens zwei im Inneren des getriebenen Zahnrades um eine Achse schwenkbar gelagerte zweiarmige Winkelhebel, deren erster Arm der auf die Stange wirkende Hebelarm ist, und dessen zweiter Arm das Fliehgewicht ist, das mit dem ersten Arm einen ungefähr (mehr oder weniger) rechten Winkel einschließt und sich von der Achse einwärts erstreckt. Der zweite Arm drückt somit bei steigender Drehzahl auf die Stange. Dadurch dass die Fliehgewichte im Inneren des Zahnrades angeordnet sind, brauchen sie keinen Bauraum; weder zwischen dem getriebenen Zahnrad und dem Nockenwellenlager noch außerhalb des getriebenen Zahnrades.

[0007] Alternativ können die Fliehgewichte Kugeln sein, die mit Schrägflächen eines im getriebenen Zahnrad in Längsrichtung verschiebbar geführten Kugelkorbes Zusammenwirken, wobei der Kugelkorb auf der der Nockenwelle zugewandten Seite des getriebenen Zahnrades (an dessen Innenseite) angeordnet ist und gegen die Kraft einer Druckfeder auf die Stange wirkt. Der Kugelkorb ist dann mit einem im Zentrum des getriebenen Zahnrades angeordneten Druckstück verbunden oder einstückig, wobei das Druckstück auf die Stange wirkt. Dadurch, dass die erforderliche Masse der Fliehgewichte auf viele Kugeln verteilt ist, geringe Baulänge und saubere Führung des Druckstückes in der Nabe des Zahnrades.

[0008] In einer vorteilhaften Weiterbildung dieser Variante hat das getriebene Zahnrad eine Nabe mit Flanschsegmenten zur lösbaren Verbindung mit der Nockenwelle und hat der Kugelkorb Durchbrechungen für die Flanschsegmente. Dadurch wird der Einbau erleichtert.

[0009] In einer günstigen Ausbildung der Erfindung ist zur Wirkverbindung zwischen dem dem getriebenen Zahnrad abgewandten Ende der Stange mit dem Regel- bzw Stellorgan ein schwenkbarer Hebel vorgesehen, der mit einem Berührungspunkt an diesem Ende der Stange anliegt. Weil der Durchmesser der Stange klein ist und der Berührungspunkt in der Rotationsachse der Nockenwelle angreift, ist zwischen der rotierende Stange und dem ortsfesten Berührungspunkt praktisch keine Reibung. Vorzugsweise ist der Hebel um einen bezüglich des Motorgehäuses in Richtung der Stange verlagerbaren Drehpunkt verschwenkbar. Durch Verlagerung des Drehpunktes kann in denkbar einfacher Weise die einzuhaltende Drehzahl eingestellt werden.

[0010] Der Hebel kann direkt auf die Drosselklappe eines Vergasers wirken. Bei einem Dieselmotor besteht in Weiterführung des Erfindungsgedankens eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung darin, dass auf der Nockenwelle auf der dem getriebenen Zahnrad abgewandten Seite ein Einspritznocken sitzt, der mit der Einspritzpumpe zusammenwirkt. So erübrigt sich ein eigener Antrieb der Einspritzpumpe und die Einspritzpumpe ist in der Nähe des Hebels, der so direkt mit der die Einspritzmenge steuernden Regelstange verbunden sein kann.

[0011] Dadurch wird es auch möglich, die Einspritzpumpe direkt über dem Nocken im Motorgehäuse anzuordnen, sodass der Einspritznocken direkt ohne Zwischenglied in die Einspritzpumpe wirkt. Das minimiert den gesamten Bauaufwand und Raumbedarf weiter.

[0012] In Weiterbildung der Erfindung kann die Nockenwelle über zumindest ein Zwischenzahnrad von der Kurbelwelle angetrieben sein. Das macht es Möglich, die Nockenwelle in größerer Entfernung von der Kurbelwelle anzuordnen, beispielsweise näher dem Zylinderkopf, oder um die Verbindung zwischen der Einspritzpumpe und der Einspritzdüse (die im Zylinderkopf sitzt) zu verkürzen.

ABBILDUNGEN

[0013] Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Abbildungen eines Ausführungsbeispiels beschrieben und erläutert. Es stellen dar: [0014] Fig. 1: Ein Querschnitt durch einen erfindungsgemäßen Motors, [0015] Fig. 2: Einen Schnitt nach A-A in Fig. 1, [0016] Fig. 3: Eine axonometrische Ansicht zu Fig. 2, [0017] Fig. 4: Einen Schnitt durch eine Variante zur Fig. 2. 2/10 österreichisches Patentamt AT 513 151 B1 2014-02-15

BESCHREIBUNG

[0018] In Fig. 1 und Fig. 2 ist zu sehen, dass der gesamte Motorblock eines Einzylindermotors von einem Kurbelgehäuse 1 und darüber einem Zylinder beziehungsweise Zylinderblock 2 gebildet ist. Beide (1 und 2) können einstückig sein und der Zylinderblock 2 kann ohne abnehmbaren Zylinderkopf ausgeführt sein. Über dem Zylinderblock 2 sind summarisch mit 3 bezeichnete Gaswechselventile und eine Einspritzdüse 4 angeordnet. Diese (4) ist über eine Einspritzleitung 10 mit einer Einspritzpumpe 5 verbunden, welche an einem am Kurbelgehäuse 1 ausgebildeten Nockenwellengehäuse 12 angeordnet ist. Das Nockenwellengehäuse 12 ist hier eine Ausbuchtung des Kurbelgehäuses 1, kann aber auch ein angeschraubter Bauteil sein. Im Kurbelgehäuse 1 ist eine Kurbelwelle 6 gelagert, von der in Fig. 2 nur das aus dem Kurbelgehäuse 1 herausragende Abtriebsende 14 sichtbar ist.

[0019] Auf einem Ende der Kurbelwelle 6 (hier dem dem Abtriebsende 14 abgewandten Ende) sitzt ein treibendes Zahnrad 15, das über ein Zwischenzahnrad 16 eine Nockenwelle 7 treibt. Dazu kämmt das Zwischenzahnrad 16 mit einem auf der Nockenwelle 7 sitzenden getriebenen Zahnrad 17. Der Antrieb der Nockenwelle 7 könnte auch ohne das Zwischenzahnrad 16 oder über mehrere Zwischenräder oder eine Steuerkette oder einen Zahnriemen erfolgen, letzteres etwa wenn die Nockenwelle 7 in größerer Entfernung von der Kurbelwelle 6 angeordnet ist. Die Nockenwelle 7 ist praktisch immer parallel zur Kurbelwelle 6 und erstreckt sich im Wesentlichen über dieselbe Länge.

[0020] In einer vorderen (25) und einer hinteren Stirnwand 26 sind Kurbelwelle 6 und Nockenwelle 7 gelagert; die Nockenwelle 7 in einem vorderen Lager 27 und in einem hinteren Lager 28. Das Lager kann jeweils ein Gleitlager oder ein Wälzlager sein. Deshalb sind der Einfachheit halber auch nur die entsprechenden Zylinderflächen auf der Nockenwelle als Lager 27,28 bezeichnet. Außerhalb des Lagers 27 und an dieses anschließend sitzt auf der Nockenwelle 7 das getriebene Zahnrad 17. Die Nockenwelle 7 trägt Steuernocken 40, die über Stoßstangen 29 die Gaswechselventile 3 betätigen, und hier noch einen weiteren Nocken 41, einen Einspritznocken. Dieser (41) ist an der Stelle angeordnet, an der die Einspritzpumpe 5 am Nockenwellengehäuse montiert ist und wirkt mit ihr direkt zusammen, er wirkt unmittelbar auf den (nicht dargestellten) Pumpenkolben der Einspritzpumpe 5.

[0021] In Fig. 2 und auch in Fig. 3 ist die Nockenwelle 7 mit dem Fliehkraftregler im Detail zu sehen. Die Nockenwelle 7 ist in Längsrichtung hohl und ist über ihre ganze Länge von einer konzentrischen Stange 31 durchsetzt. Auf der in Fig. 2 rechten Seite ragt die Nockenwelle 7 über das Lager 27 und hinaus und ist dort mit dem Flansch 47 des getriebenen Zahnrades 17 drehfest verbunden. In dem getriebenen Zahnrad 17 sind Fliehgewichte 30 eines Fliehkraftreglers untergebracht. Der Flansch 47 weist hier zwei einander gegenüber liegende Durchbrechungen 46 auf, in denen jeweils ein Fliehgewicht 30 um Achsen 45 drehbar gelagert ist. Hier sind es zwei Fliehgewichte 30, es könnten aber auch mehrere sein. Die Fliehgewichte 30 sind so bei minimalem Bedarf an Bauraum ganz oder teilweise innerhalb des Zahnrades 17 ausgebildet.

[0022] Das Fliehgewicht 30 ist hier ein zweiarmiger Winkelhebel, dessen zweiter Arm das eigentliche Fliehgewicht bildet und dessen erster Arm 43 einwärts zur Drehachse 48 der Nockenwelle und damit zu einem Ende der Stange 31 führt und diese einfach berührt. Bei zunehmender Drehzahl drücken die ersten Arme 43 auf die Stange 31. In der Längsbohrung der Nockenwelle ist die Stange 31 in Schiebelagern 42 geführt, die auch als Dichtung und gegebenenfalls als Dämpfer wirken. Als Dichtung wirken sie, weil der hohlen Nockenwelle 7 und damit den Nocken 40, 41 in der üblichen Weise von einem Lager 27 über nicht dargestellte Kanäle Schmieröl zugeführt wird.

[0023] An dem dem treibenden Zahnrad 17 abgewandten Ende der Nockenwelle 7 wirkt die Stange 3 lauf einen Hebel 32. Der Hebel 32 ist hier ein um einen Drehpunkt 33 schwenkbarer zweiarmiger Hebel, dessen ein Arm einen Berührungspunkt 34 bildet, der an dem frei zugänglichen Ende der Stange 31 anliegt, und dessen anderer Arm über ein Gelenk 38 mit einem Stellorgan 37 verbunden ist und es gegen die Kraft einer Druckfeder 49 verschiebt. 3/10 österreichisches Patentamt AT 513 151 B1 2014-02-15 [0024] Das Stellorgan 37 ist hier die Regelstange der Einspritzpumpe 5. Die Einspritzpumpe 5 selbst ist nicht Teil der Erfindung. Sie kann verschieden ausgebildet sein. Bei gängigen Einspritzpumpen ist eine Regelstange in ihrer Längsrichtung verschiebbar und dreht dabei eine den Pumpzylinder enthaltende Büchse, womit die Einspritzmenge und damit auch die Drehzahl der Kurbelwelle 6 eingestellt wird. Im Falle eines Ottomotors mit Vergaser würde das Stellorgan auf die Drosselklappe des Vergasers wirken.

[0025] Der Drehpunkt 33 des Hebels 32 kann zur Einstellung der einzuhaltende Drehzahl auf einem strichliert angedeuteten Stellhebel 35 angeordnet sein, der mittels eines Handhebels 36 um ein gehäusefestes Zentrum 39 verdrehbar ist.

[0026] In der Variante der Fig. 4 sind die Fliehgewichte über den Umfang verteilte Kugeln 123 in einem einerseits vom Zahnkranz des Zahnrades 117 und der Scheibe des Zahnrades und andererseits von einem Kugelkorb 121 begrenzten Raum. Sie sind also im Inneren des angetriebenen Zahnrades 117 untergebracht. Das Zahnrad 117 hat eine Nabe 118, die über Flanschsegmente 119 mittels Gewindebolzen 120 mit der Nockenwelle 7 verbunden ist. Der Kugelkorb 121 hat innen Schrägflächen 122, sodass er bei steigender Drehzahl gegen die Kraft einer Druckfeder 126 in nach rechts gedrückt wird. Der Kugelkorb 121 ist mit einem Druckstück 127 verbunden oder einstückig und hat Durchbrechungen 125 für den Durchtritt der Flanschsegmente 119. Das Druckstück 127 drückt auf das diesseitige Ende 128 der Stange 31.

[0027] Die Erfindung ist nicht auf die dargestellte Ausführungsform beschränkt, sondern umfasst alle Varianten, Modifikationen und Kombinationen der einzelnen Merkmale, so- ferne diese in den Rahmen der anschließenden Ansprüche fallen. Insbesondere ist sie nicht auf Dieselmotoren und nicht auf Einzylindermotoren beschränkt und die Ausgestaltung der Fliehgewichte ist beliebig, solange sie nur im oder am getriebenen Zahnrad angebracht sind und auf eine die hohle Nockenwelle durchsetzende verschiebbare Stange wirken. 4/10

Claims (12)

1. österreichisches Patentamt AT 513 151 B1 2014-02-15 Patentansprüche 1. Verbrennungskraftmaschine mit einer Kurbelwelle (6) und einer Nockenwelle (7), welche beide beiderseits in Wänden (25,26) des Motorblocks (1) gelagert und zueinander parallel sind, wobei an einer Seite der Kurbelwelle (6) ein treibendes Zahnrad (15) und an derselben Seite der Nockenwelle (7) ein getriebenes Zahnrad (17) angeordnet ist, wobei am getriebenen Zahnrad Fliehgewichte angebracht sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Nockenwelle (7) über ihre ganze Länge hohl ist und die am getriebenen Zahnrad untergebrachten Fliehgewichte (30; 123) auf eine die hohle Nockenwelle (7) durchsetzende Stange (31) wirken, und dass das von dem getriebenen Zahnrad (17) abgewandte Ende der Stange (31) am anderen Ende der Nockenwelle (7) mit einem Regel- beziehungsweise Stellorgan (37) wirkverbunden ist.
2. 2. Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Fliehgewichte (30) im getriebenen Zahnrad (17) um eine Achse (45) schwenkbar gelagerte Winkelhebel sind, deren erster Arm (43) der auf die Stange (31) wirkende Hebelarm ist, und dessen zweiter Arm jeweils das Fliehgewicht (30) bildet, das mit dem ersten Arm (43) einen ungefähr rechten Winkel einschließt und sich von der Achse (45) einwärts erstreckt.
3. 3. Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Fliehgewichte (123) Kugeln sind, die mit Schrägflächen (122) eines im getriebenen Zahnrad (17) in Längsrichtung verschiebbar geführten Kugelkorbes (121) Zusammenwirken, wobei der Kugelkorb (121) auf der der Nockenwelle (7) zugewandten Seite des getriebenen Zahnrades (17) angeordnet ist und gegen die Kraft einer Druckfeder (126) auf die Stange (31) wirkt.
4. 4. Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Kugelkorb (121) mit einem in der Rotationsachse (40) des getriebenen Zahnrades (17) angeordneten Druckstück (127) verbunden oder einstückig ist, wobei das Druckstück (127) auf die Stange (31) wirkt.
5. 5. Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das getriebene Zahnrad (17) eine Nabe (118) mit Flanschsegmenten (119) zur lösbaren Verbindung mit der Nockenwelle (7) hat, und dass der Kugelkorb (121) Durchbrechungen (125) für die Flanschsegmente (119) hat.
6. 6. Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur Wirkverbindung zwischen dem dem getriebenen Zahnrad (17) abgewandten Ende der Stange (31) mit dem ein Regel- beziehungsweise Stellorgan (37) ein schwenkbarer Hebel (32) vorgesehen ist, der mit einem Berührungspunkt (34) an diesem Ende der Stange (31) anliegt.
7. 7. Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Hebel (32) um einen bezüglich des Motorblocks (1) in Richtung der Stange (31) verlagerbaren Drehpunkt (33) schwenkbar ist.
8. 8. Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Hebel (32) auf die Drosselklappe eines Vergasers wirkt.
9. 9. Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Hebel (32) auf die Fördermengenverstellung einer Einspritzpumpe (5) wirkt.
10. 10. Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Nockenwelle (7) auf der dem getriebenen Zahnrad (17) abgewandten Seite mindestens ein Einspritznocken (41) sitzt, der mit einer Einspritzpumpe (5) zusammenwirkt.
11. 11. Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Einspritzpumpe (5) direkt über dem Einspritznocken (41) im Motorblock (1) angeordnet ist und der Einspritznocken (41) direkt in die Einspritzpumpe (5) wirkt. 5/10 österreichisches Patentamt AT 513 151 B1 2014-02-15
12. 12. Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Nockenwelle (7) über ein Zwischenzahnrad (16) von der Kurbelwelle (6) angetrieben ist. Hierzu 4 Blatt Zeichnungen 6/10