DE19834398A1 - Viertakt-Hubkolbenbrennkraftmaschine - Google Patents

Abstract

Bei einer Hubkolbenmaschine, insbesondere einer Viertakt-Brennkraftmaschine treibt ein längsbeweglicher Kolben in einem Kurbeltrieb über eine Pleuelstange eine Kurbelwelle an. Die Kurbelwelle ist in einem Schmieröl für den Kurbeltrieb enthaltenden Kurbelgehäuse gelagert, wobei der das Schmieröl enthaltende Raum benachbart dem Zylinder durch Schottwände innerhalb des Kurbelgehäuses als Ölauffang zur Aufnahme des Schmieröls in Überkopflage des Zylinders ausgbildet ist. DOLLAR A Um in jeder Betriebslage der Hubkolbenmaschine eine ausreichende Schmierung zu gewährleisten, ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß das Kurbelgehäuse wannenartig ausgebildet ist und das Schmieröl enthält und daß der Zylinder axial in das Kurbelgehäuse einragt und mit seinem Mantel die Schottwand des Ölauffangs bildet.

Description

Die Erfindung betrifft eine Viertakt-Hubkolbenbrennkraft­ maschine, insbesondere getrenntgeschmierte Verbrennungs­ motoren, der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Gattung.

Bei Hubkolbenbrennkraftmaschinen ist in einem Zylinder ein Kolben längsbeweglich geführt, welcher in einem Kurbeltrieb über eine Kurbelstange eine Kurbelwelle rotierend antreibt. Die Kurbelwelle ist in einem Kurbelgehäuse drehbar gela­ gert, welches Schmieröl für den Kurbeltrieb enthält. Die Pleuelstange ist an einem exzentrisch zur Drehachse der Kurbelwelle angeordneten Kurbelzapfen schwenkbar gehalten. Wird eine solche Kolbenbrennkraftmaschine in einem haiidge­ führten Arbeitsgerät wie einer Motorkettensäge oder dgl. zum Antrieb des Werkzeuges eingesetzt, so wird der Verbren­ nungsmotor regelmäßig aus seiner aufrechten Normalausrich­ tung bewegt, wenn nämlich das Werkzeug und damit der An­ triebsmotor seitwärts oder gar kopfüber geführt werden muß. Insbesondere, wenn das Gerät in Überkopflage der Hub­ kolbenmaschine im Stillstand abgelegt wird, fließt das Schmieröl ohne geeignete Gegenmaßnahme in Richtung des Kol­ bens und tritt gegebenenfalls in den Brennraum ein und be­ einträchtigt den ordnungsgemäßen Betrieb. Möglich ist so­ gar, daß Schmieröl aus der Hubkolbenmaschine austritt.

Aus der DE 197 38 155 A1 ist eine Viertakt-Brennkraft­ maschine bekannt, deren Schmieröl enthaltender Raum benach­ bart dem Zylinder durch Schottwände innerhalb des Kurbelge­ häuses als Ölauffang ausgebildet ist, in dem in Über­ kopflage des Zylinders das Schmieröl aufgenommen wird. Ein Ölschöpfer ist mit dem Kurbelzapfen um die Drehachse der Kurbelwelle bewegbar und ragt in den Schmieröl enthaltenden Raum ein. Der Ölschöpfer soll das Schmieröl erfassen und mit der hohen Drehzahl der Kurbelwelle auf die zu schmie­ renden Bauteile spritzen.

Bei der bekannten Brennkraftmaschine ist das Kurbelgehäuse doppelwandig ausgeführt, wobei die innere Schottwand die Bauteile des Kurbeltriebes einschließt und die Außenwand des Kurbelgehäuses die Innenwand umgibt. Der zwischen der Schottwand und der Außenwand gebildete Raum enthält das Schmieröl für den Kurbeltrieb, wobei in der Schottwand ein Schlitz ausgebildet ist, welcher sich auf der dem Kolben gegenüberliegenden Seite der Schottwand in Umfangsrichtung erstreckt. Durch den Schlitz ragt der Ölschöpfer in den Schmieröl enthaltenden Raum und das darin befindliche Ölbad ein. Die Außenwand des Schmierölraums ist oberhalb der Kur­ belwelle, d. h. auf der dem Zylinder zugewandten Seite mit der Innenwand verbunden, wodurch ein Ölauffang gebildet ist. Der Ölauffang hält in Seiten- und Überkopflage das in Richtung des Zylinders fließende Schmieröl im Schmierölraum zurück. Der von der Schottwand eingeschlossene Kurbelraum ist somit von dem Schmierölraum getrennt, wodurch eine Be­ netzung der Kolbenrückseite in einer von der Normalaus­ richtung abweichenden Lage der Brennkraftmaschine ausge­ schlossen ist. Der radial am Kurbelzapfen ausgebildete Öl­ schöpfer tritt jedoch bei seinem Umlauf nur abschnittsweise durch den Schlitz in den Ölraum ein und kann daher nur Schmieröl erfassen und zum Kurbeltrieb fördern, wenn sich die Brennkraftmaschine in der aufrechten Position befindet und sich das Schmieröl am Boden des Schmierölraums befindet und für den Ölschöpfer zugänglich ist. In Überkopflage der Brennkraftmaschine wird zwar das Öl vom Eindringen in den Kurbelraum abgehalten, eine Schmierung ist jedoch nicht mehr gegeben, so daß es rasch zu Betriebsstörungen der Brennkraftmaschine kommt.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die gattungsgemäße Hubkolbenmaschine derart weiterzubilden, daß in jeder Betriebslage der Hubkolbenmaschine eine aus­ reichende Schmierung der bewegten Bauteile gewährleistet ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.

Das Kurbelgehäuse ist wannenartig ausgebildet und enthält das Schmieröl, wobei der Zylinder axial in das Kurbel­ gehäuse einragt und so mit seinem Mantel die Schottwand des Ölauffangs bildet. Der Zylinder und das Kurbelgehäuse sind somit axial ineinander geschoben, wodurch der Bauraum der Hubkolbenmaschine verkleinert ist. In dem Ölauffang, der durch die Kurbelgehäusewand und die einragende Schottwand des Zylinders außerhalb des Bewegungsbereiches des Kurbel­ triebes ausgebildet ist, sammelt sich in Überkopflage der Hubkolbenmaschine das Schmieröl. Der Ölauffang ist zum Kurbelraum und dem darin befindlichen Kurbeltrieb offen, wodurch das Schmieröl auch in von der aufrechten Stellung des Kurbelgehäuses abweichenden Lagen vom Kurbeltrieb in Bewegung gehalten wird. Wird die Hubkolbenmaschine gekippt und in Überkopflage gebracht, so wird der Ölsumpf vom Ge­ häuseboden abgehoben und vom Kurbeltrieb erfaßt.

Die Schmierung und die Bildung eines schmierenden Ölnebels durch den Kurbeltrieb ist unterstützbar durch einen Öl­ schöpfer, welcher mit dem Kurbelzapfen um die Drehachse be­ wegbar ist und in den Innenraum des Kurbelgehäuses einragt. Bei jeder Umdrehung wird ein Teilvolumen des Schmieröls von dem Ölschöpfer erfaßt und auf die zu schmierenden Kurbel­ triebteile im Kurbelraum gespritzt. Zweckmäßig reicht der Ölschöpfer in den Ölauffang und erfaßt somit auch in Sei­ ten- oder Überkopflage der Hubkolbenmaschine große Anteile des in dieser Stellung im Ölauffang gesammelten Schmieröls.

Unabhängig von der Ausrichtung der Hubkolbenmaschine erfaßt der um die Drehachse der Kurbelwelle umlaufende Ölschöpfer entweder in Normallage das am Boden befindliche Ölbad oder in Überkopflage das im Ölauffang gesammelte Schmieröl. Vor­ teilhaft ist der Ölschöpfer an einer dem Kurbelzapfen ge­ genüberliegenden Stirnseite einer radialen Kurbelwange der Kurbelwelle gehalten. Er ist exzentrisch zur Drehachse an­ geordnet und erstreckt sich radial in den Ölauffang. Mit der Kurbelwange läuft der Ölschöpfer frei im Kurbelgehäuse um. Vorzugsweise sind beiderseits des Kurbelzapfens Kurbel­ wangen angeordnet, welche jeweils mit einem Ölschöpfer ver­ sehen sind, wodurch die Schmierleistung insgesamt erhöht und im Überkopfbetrieb verdoppelt ist. Auch in Seitenlagen der Hubkolbenmaschine kann so immer die Schmierung aufrecht erhalten werden.

Das Kurbelgehäuse kann zweckmäßig symmetrisch zur Längs­ achse des Zylinders und dadurch der Ölauffang ringförmig um den Zylinder ausgebildet sein. Vorteilhaft ist der Zylinder mit einem radialen Flansch, der axial von der Zylinder­ öffnung zum Kurbelgehäuse beabstandet ausgebildet ist, auf einen Flansch des Kurbelgehäuses aufgesetzt, wodurch der Zylindermantel in der Einbaulage des Zylinders in das Kur­ belgehäuse einragt. Die Trennebene des Zylinderflansches und des Kurbelgehäuseflansches liegt zweckmäßig orthogonal zur Zylinderlängsachse, so daß der Zylinder auf einfache Weise montierbar ist. Der Zylinder wird bei der Montage axial in das Kurbelgehäuse ein- und auf den bereits darin befindlichen Kolben aufgeschoben, bis der radiale Flansch auf dem Kurbelgehäuse zum Anschlag kommt und anschließend verspannt wird. Zweckmäßig bildet die Gehäusewand des Kur­ belgehäuses einen einwärts gezogenen Flanschkragen, auf den der Zylinder mit seinem radialen Flansch aufgesetzt wird. Der Flanschkragen des Kurbelgehäuses begrenzt dabei den Ölauffang in Zylinderlängsrichtung.

Ein Ausführungsbeispiel ist nachstehend anhand der Zeich­ nung näher erläutert.

Die einzige Zeichnungsfigur zeigt eine Viertakt-Brennkraft­ maschine 1, in deren Zylinder 2 ein Kolben 4 längsbeweglich angeordnet ist und über einen Kolbenbolzen 13 auf einer Pleuelstange 5 schwenkbeweglich gelagert ist. Die Pleuel­ stange 5 ist über ein Pleuellager 12 an einem Kurbelzapfen 7 gehalten, welcher exzentrisch zur Drehachse 16 der Kur­ belwelle 6 angeordnet ist. In üblicher Weise eines Kurbel­ triebes wird die Längsbewegung des Kolbens 4 an der Zylin­ derlaufbahn 15 über die Pleuelstange 5 in eine Rotations­ bewegung der Kurbelwelle 6 umgesetzt. Der Kurbelzapfen 7 ist zwischen zwei Kurbelwangen 8 gehalten, welche dem Mas­ senausgleich des Kurbeltriebes dienen. Die Kurbelwelle 5 ist jeweils benachbart der Kurbelwangen 8 mit Wellenlagern 28 im Kurbelgehäuse 3 gehalten. Die Wellenlager 28 sind im gezeigten Ausführungsbeispiel als Wälzlager ausgeführt, welche mit dem Schmieröl des Kurbeltriebes geschmiert wer­ den. Neben den Kurbelwellenlagern ist eine hier nicht dar­ gestellte Kurbelwellendichtung vorgesehen, welche den Innenraum 27 des Kurbelgehäuses gas- und öldicht ver­ schließt.

Das Kurbelgehäuse 3 ist wannenartig ausgebildet, wobei die Gehäusewand 23 am offenen Ende des Kurbelgehäuses 3 ein­ wärts zu einem Flanschkragen 18 gezogen ist. Durch die vom Flanschkragen 18 begrenzte Öffnung ragt der Zylinder 2 axial in das Kurbelgehäuse 3 ein, wobei der einragende Teil des Zylindermantels 14 als Schottwand mit dem Umfangs ab­ schnitt der Kurbelgehäusewand 23 einen Ölauffang 11 bildet. Der Ölauffang 11 ist in axialer Richtung vom Flanschkragen 18 begrenzt und liegt außerhalb des Bewegungsbereiches der Bauteile des Kurbeltriebes. Die Flanschfläche des Kurbel­ gehäuses 3 kann jedoch auch vorteilhaft auf dem umlaufenden Rand einer aufrechten Kurbelgehäusewand 23 ausgebildet sein, wobei die innenliegende Stirnseite des Zylinder­ flansches 19 auf dem Kurbelgehäuseflansch aufliegend den Ölauffang 11 begrenzt. Das Kurbelgehäuse kann aus drei horizontalen Teilen bestehen, nämlich einem oberen Flansch­ teil, dem die Wellenlager 28 aufweisenden Mitteilteil und einer unteren, den Boden 25 des Kurbelgehäuses 3 bildenden Ölwanne.

In der gezeigten aufrechten Normallage der Brennkraft­ maschine 1 befindet sich das Schmieröl 29 benachbart des Bodens 25 des Kurbelgehäuses 3. Wird die Brennkraftmaschine 1 in Seitenlage gebracht oder befindet sich der Zylinder 2 gar in Überkopflage, so fließt das Schmieröl 29 an der Wand 23 in Richtung des Zylinders 2 und wird im Ölauffang 11 ge­ sammelt. An den Kurbelwangen 8 ist jeweils auf den gegen­ über dem Kurbelzapfen 7 liegenden Stirnseiten 9 ein Öl­ schöpfer 10 angebracht, welcher in den Ölauffang 11 ein­ ragt. Die Ölschöpfer 10 fußen jeweils exzentrisch zur Dreh­ achse 16 an den Kurbelwangen 8 und laufen im Betrieb der Brennkraftmaschine frei um. Die Ölschöpfer 10 sind als stabförmige Verdrängungskörper vorgesehen, welche bis nahe dem Grund 26 des Ölauffangs 11 reichen. Die Ölschöpfer 10 unterstützen die Verteilung des Schmieröls im Kurbelraum 27 durch die bewegten Kurbeltriebteile und die Bildung eines Ölnebels. Es kann auch ein radial abstehender Ölschöpfer an der Pleuelstange 5 in den Ölsumpf einragend vorgesehen sein, beispielsweise im Bereich des Pleuellagers 12, wel­ cher insbesondere in der Startphase der Hubkolbenmaschine eine sofortige Schmierung gewährleistet.

In der gezeigten Normalausrichtung der Brennkraftmaschine 1 durchlaufen die Ölschöpfer 10 bei jeder Umdrehung das Ölbad 29 am Gehäuseboden 25 und in der Überkopfposition wird das in diesem Fall im Ölauffang 11 gesammelte Schmieröl erfaßt und zum Kurbeltrieb gefördert. In jeder möglichen Ausrich­ tung der Brennkraftmaschine 1 ist somit gewährleistet, daß die Ölschöpfer 10 bei jeder Umdrehung mit dem Schmieröl 29 im Innenraum 27 des Kurbelgehäuses 3 in Kontakt kommen und die Schmierung des Kurbeltriebes sicherstellen. Die Öl­ schöpfer sind im gezeigten Ausführungsbeispiel- auf der dem Kurbelzapfen 7 gegenüberliegenden Seite der Kurbelwangen 8 angeordnet und tragen somit zum Massenausgleich des Kurbel­ triebes bei. Der Ölauffang 11 ist im gezeigten Ausführungs­ beispiel symmetrisch zur Zylinderlängsachse 17 ausgebildet.

Die Kurbelwellenlager 28 stützen sich an einwärts gezogenen Wandabschnitten 24 der Gehäusewand ab, wodurch die Kurbel­ wellenlager 28 unmittelbar benachbart der Kurbelwangen 8 liegen. Das Volumen des Innenraumes 27, in dem zum Zwecke der Schmierung Ölnebel erzeugt werden muß, wird somit ge­ ring gehalten. Die innenliegenden Oberflächen der einwärts gezogenen Wandabschnitte 24 teilen den Innenraum 27 in zwei fluidisch verbundene Kammern, in denen abhängig von der Ausrichtung der Brennkraftmaschine 1 alternativ das Schmieröl gesammelt wird. Beide Kammern des Innenraumes 27 werden bei jedem Umlauf der Kurbelwelle 6 von den Ölschöp­ fern 10 durchlaufen. In der Zeichnung ist der Kurbeltrieb in der Position des unteren Totpunktes gezeigt, wobei die Ölschöpfer 10 in die zylindernahe Kammer des Kurbelraumes und den Ölauffang 11 einragen. Im unteren Totpunkt des Kurbeltriebes durchlaufen die Ölschöpfer 10 in der punk­ tierten Lage die untere Bodenkammer des Kurbelraumes 27. Die vom Flanschkragen 18 gebildete Grundfläche 26 des Ölauffangs 11 liegt etwas weiter beabstandet zur Drehachse 16 der Kurbelwelle 6 als der Boden 25 des Kurbelgehäuses 3, 50 daß die gesamte Schmierölmenge im Ölauffang 11 Platz findet und die Ölschöpfer 10 bei jedem Umlauf Schmieröl er­ fassen.

Der Befestigungsflansch 19 des Zylinders 2 kann durch eine Kühlrippe 21 am Umfang des Zylinders 2 gebildet sein, wobei der Flansch 19 sich radial weiter erstreckt als die Kühl­ rippen 21, um eine Befestigung mittels Schraubverbindung am Flanschkragen 18 des Kurbelgehäuses 3 zu ermöglichen. Die Trennebene 20 zwischen dem Flansch 19 und dem Flanschkragen 18 liegt orthogonal zur Zylinderlängsachse 17, wodurch der Zylinder 2 auf einfache Weise mit seinem Zylindermantel 14 in das Kurbelgehäuse 3 einsteckbar ist. Mit der Bezugs­ ziffer 22 sind im gezeigten Ausführungsbeispiel die Gas­ wechselventile der Brennkraftmaschine 1 anhand ihrer Ven­ tilachsen angedeutet.

Zur Ausbildung der Schottwand und damit des Ölauffangs 11 ist keine axiale Verlängerung des Zylinders 2 gegenüber herkömmlichen Ausbildungen erforderlich. Vielmehr ent­ spricht die Zylinderlänge dem aufgrund des Kolbenhubs not­ wendigen Maß, und die Kurbelgehäusewand 23 ist über die Ebene des offenen Zylinderendes hinausgeführt. Der Zylinder 2 und das Kurbelgehäuse 3 sind axial ineinandergeschoben, wodurch eine geringere axiale Bauhöhe der Hubkolbenmaschine erreicht ist.

Die erfindungsgemäße Viertakt-Brennkraftmaschine eignet sich insbesondere zum Einsatz in handgeführten Arbeitsgerä­ ten wie Motorkettensägen, Trennschleifern, Freischneidern und dgl., welche bei ihrem Einsatz regelmäßig in Seiten- oder Überkopflage zu führen sind.

Claims (11)

1. Hubkolbenmaschine mit einem längsbeweglich in einem Zy­ linder (2) geführten Kolben (4), welcher in einem Kur­ beltrieb über eine Pleuelstange (5) eine Kurbelwelle (6) rotierend antreibt, wobei die Kurbelwelle (6) in einem Schmieröl (29) für den Kurbeltrieb enthaltenden Kurbelgehäuse (3) drehbar gelagert ist und die Pleuel­ stange (5) an einem exzentrisch zur Drehachse (16) an­ geordneten Kurbelzapfen (7) schwenkbar gehalten ist, wobei ein das Schmieröl (29) enthaltender Raum (27) be­ nachbart dem Zylinder (2) durch Schottwände innerhalb des Kurbelgehäuses (3) als Ölauffang (11) zur Aufnahme des Schmieröls (29) in Überkopflage des Zylinders (2) ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Kurbelgehäuse (3) wan­ nenartig ausgebildet ist und das Schmieröl (29) enthält und daß der Zylinder (2) axial in den Innenraum (27) des Kurbelgehäuses (3) einragt und mit seinem Mantel (14) die Schottwand des Ölauffangs (11) bildet.

2. Hubkolbenmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Ölschöpfer (10) mit dem Kurbelzapfen (7) um die Drehachse (16) bewegbar ist und in den Innenraum (27) des Kurbelgehäuses (3) einragt.

3. Hubkolbenmaschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Ölschöpfer (10) in den Ölauffang (11) reicht.

4. Hubkolbenmaschine nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Ölschöpfer (10) an einer dem Kurbelzapfen (7) gegenüberliegenden Stirn­ seite (9) einer radialen Kurbelwange (8) der Kurbel­ welle (6) gehalten ist.

5. Hubkolbenmaschine nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß beiderseits des Kurbel­ zapfens (7) eine Kurbelwange (8) angeordnet ist, welche jeweils mit einem Ölschöpfer (10) versehen ist.

6. Hubkolbenmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Kurbelgehäuse (3) sym­ metrisch zu einer Längsachse (17) des Zylinders (2) ausgebildet ist.

7. Hubkolbenmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Zylinder (2) mit einem radialen Flansch (19), welcher axial von der Zylinder­ öffnung zum Kurbelgehäuse (3) beabstandet liegt, auf einen Flansch (18) des Kurbelgehäuses (3) aufgesetzt ist, wobei eine Trennebene (20) zwischen den Flanschen (18, 19) orthogonal zur Zylinderlängsachse (17) liegt.

8. Hubkolbenmaschine nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Flansch des Kurbel­ gehäuses (3) als einwärts gezogener Flanschkragen (18) ausgebildet ist.

9. Hubkolbenmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Ölschöpfer (10) als stiftartiger Verdrängungskörper vorgesehen ist.

10. Hubkolbenmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Kurbelwelle in Kurbel­ wellenlagern (28) gehalten ist, welche sich an einwärts gezogenen Wandabschnitten (24) des Kurbelgehäuses (3) abstützen.

11. Hubkolbenmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die vom Flanschkragen (18) gebildete Grundfläche (26) des Ölauffangs (11) weiter von der Drehachse (16) der Kurbelwelle (6) entfernt liegt als der Boden (25) des Kurbelgehäuses (3).