DE19848890A1

DE19848890A1 - Viertaktmotor

Info

Publication number: DE19848890A1
Application number: DE19848890A
Authority: DE
Inventors: Juergen Haeberlein; Georg Becker
Original assignee: Andreas Stihl AG and Co KG
Current assignee: Andreas Stihl AG and Co KG
Priority date: 1998-10-23
Filing date: 1998-10-23
Publication date: 2000-04-27
Anticipated expiration: 2018-10-24
Also published as: US6199532B1; DE19848890B4; FR2785018B1; SE9903249L; FR2785018A1; SE9903249D0

Abstract

Die Erfindung betrifft einen gemischgeschmierten Viertaktmotor mit einem Zylinder (1) und einem Kolben (2), der einen Brennraum (3) im Zylinder (1) begrenzt und über ein Pleuel (12) eine in einem Kurbelgehäuse (11) angeordnete Kurbelwelle (10) antreibt. Für den Brennraum (3) ist ein Einlaßventil (4) und ein Auslaßventil (5) angeordnet, deren Ventilglieder über einen von der Kurbelwelle (10) angetriebenen Ventiltrieb (13) betätigt wird. Das Einlaßventil (4) ist über einen Ansaugkanal (16) mit einer Gemischaufbereitungseinrichtung (17) verbunden, und das Ventilgehäuse (8) ist mit dem Kurbelgehäuse (11) einerseits und über einen Verbindungskanal (18) mit dem Ansaugkanal (16) andererseits strömungsverbunden. Um bei konstruktiv einfachem Aufbau und guter Abgasqualität eine ausreichende Schmierung bei gutem Beschleunigungsverhalten zu gewährleisten, ist vorgesehen, das Kurbelgehäuse (11) ausschließlich über das Ventilgehäuse (8), den Verbindungskanal (18) und den Ansaugkanal (16) mit der Gemischaufbereitungseinrichtung zu verbinden.

Description

Die Erfindung betrifft einen gemischgeschmierten Viertakt motor nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Ein derartiger Verbrennungsmotor ist aus der DE 30 22 901 A1 bekannt. Der Ansaugkanal mündet ausschließ lich in das Kurbelgehäuse, wobei das in das Kurbelgehäuse angesaugte Gemisch bei Abwärtsbewegung des Kolbens über einen Überströmkanal in ein Ventilgehäuse gefördert wird, aus dem es durch das Einlaßventil in den Brennraum ein strömen kann. Durch diese Gemischführung ist gewährleistet, daß das gesamte Luft-Kraftstoff-Schmieröl-Gemisch vor Eintritt in den Brennraum das Kurbelgehäuse und die Verbin dungskanäle durchströmt, wodurch die bewegten Teile geschmiert werden. Diese Gemischführung hat jedoch den Nachteil einer unerwünschten Erwärmung des Gemisches, wes halb es aufgrund der zu fördernden Volumina zu Leistungs verluste kommen kann.

Aus der DE 34 38 031 ist ein Viertaktmotor bekannt, bei dem der Ansaugkanal des Einlaßventils unmittelbar mit der Gemischaufbereitungseinrichtung verbunden ist. Von dem An saugkanal zweigt eine Gemischleitung zum Kurbelgehäuse ab, welches über eine weitere Verbindungsleitung parallel zur Zylinderwand mit dem Ventilgehäuse verbunden ist. Das Ventilgehäuse seinerseits steht über einen Verbindungskanal mit dem Ansaugkanal in Verbindung, wodurch ein ge schlossener, gemischfördernder Umlauf unter Einbezug des Kurbelgehäuses und des Ventilgehäuses gegeben ist. Zur Steuerung des gemischführenden Kreises sind in der Gemisch leitung zum Kurbelgehäuse ein Saugventil, im Verbindungs kanal zwischen Ventilgehäuse und Ansaugkanal eine Drossel klappe angeordnet. Die damit mögliche Steuerung des ge mischführenden Schmierkreislaufes ist aufwendig.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen gemisch geschmierten Viertaktmotor der gattungsgemäßen Art derart weiterzubilden, daß bei guter Leistungscharakteristik und mechanisch einfachem Aufbau die Schmierung aller bewegten Teile gewährleistet ist.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß nach den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.

Überraschend hat sich gezeigt, daß eine Stichleitung vom Ansaugkanal über das Ventilgehäuse zum Kurbelgehäuse aus reichend ist, um die Schmierung aller bewegten Teile zu ge währleisten. Dabei wirkt der auf und ab gehende Kolben als Saug- und Druckpumpe, welche angesaugtes Luft-Kraftstoff- Schmieröl-Gemisch über den Verbindungskanal in den Ansaug kanal ausschiebt oder frisches Gemisch über den Verbin dungskanal aus dem Ansaugkanal ansaugt. Aufgrund der Dyna mik im Kurbelgehäuse wird sich das vorhandene Gemisch mit den frischen Gemischanteilen durchmischen und behält somit über die Betriebszeit des Verbrennungsmotors seine Schmier fähigkeit; eine Überalterung des im Ventilgehäuse und Kur belgehäuse vorhandenen Gemisches ist sicher ausgeschlossen. Auch beim plötzlichen Beschleunigen wird dem Brennraum ausreichend Gemisch zugeführt, da gleichzeitig mit dem Öff nen des Einlaßventils und dem Ansaugen frischen Gemisches das im Kurbelgehäuse und dem Ventilgehäuse aus einem vor herigen Takt angesaugte Gemisch über den Verbindungskanal in den Ansaugkanal ausgeschoben und unmittelbar in den Brennraum strömen wird. Dadurch läuft der gemisch geschmierte Viertaktmotor auch bei plötzlichem Gasgeben kraftvoll hoch; über das gesamte Drehzahlband ist eine willige Leistungsentfaltung feststellbar.

Bevorzugt ist die Strömungsverbindung zwischen dem Kurbel gehäuse und dem Ventilgehäuse über den Ventiltriebsschacht hergestellt; zusätzliche Leitungsverbindungen entfallen.

Die Leitungsverbindungen vom Kurbelgehäuse über den Ventil triebsschacht zum Ventilgehäuse und über den Verbindungs kanal weiter zum Ansaugkanal sind frei von Ventilen und Steuerungselementen; der Leitungsquerschnitt des Verbin dungskanals kann kleiner als der Ansaugkanalquerschnitt ausgebildet sein, wobei der Querschnitt des Verbindungs kanals vorteilhaft etwa 30% bis 50%, insbesondere 40% des Ansaugkanalquerschnitts beträgt.

Der Verbindungskanal mündet nahe dem Einlaßventil in den Ansaugkanal, so daß insbesondere beim Beschleunigen im An saugtakt dem Einlaßventil zündwilliges Gemisch vorgelagert ist.

Um eine sichere Schmierung aller bewegten Teile unabhängig von der Betriebslage des Motors zu gewährleisten, ist vor gesehen, das Volumen des Ventilgehäuses und das über den Verbindungskanal strömende Austauschvolumen derart aufein ander abzustimmen, daß im Leerlaufbetrieb dem Luft-Kraft stoff-Schmieröl-Gemisch im Ventilgehäuse ständig frische Gemischanteile beigemischt werden, wodurch eine aus reichende Schmierung über die Betriebszeit gewährleistet ist.

Bei einer derartigen Auslegung des gemischgeschmierten Verbrennungsmotors kann der Schmierölanteil des Gemisches deutlich reduziert werden, z. B. auf 1 : 60, 1 : 100 oder niedriger.

Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den wei teren Ansprüchen, der Beschreibung und der Zeichnung, in der ein nachfolgend im einzelnen beschriebenes Ausführungs beispiel der Erfindung dargestellt ist. Es zeigen:

Fig. 1 einen schematischen Schnitt durch einen erfindungs gemäßen Verbrennungsmotor,

Fig. 2 einen schematischen Schnitt durch einen erfindungs gemäßen Verbrennungsmotor in anderer Ansicht.

Der in den Fig. 1 und 2 im Schnitt schematisch darge stellte gemischgeschmierte Viertaktmotor besteht im we sentlichen aus einem Zylinder 1 mit einem darin angeord neten Kolben 2, der einen im Zylinder ausgebildeten Brenn raum 3 begrenzt. Im Zylinder 1 sind ein Einlaßventil 4 und ein Auslaßventil 5 angeordnet, über die brennfähiges Ge misch zugeführt bzw. Abgase abgeführt werden. Das darge stellte Einlaßventil 4 besteht aus einem Ventilteller 6, dessen Ventilstange 7 in ein Ventilgehäuse 8 ragt, in dem ein Nockenantrieb 30 (Fig. 2) die Ventilstange 7 in Pfeil richtung 9 auf und ab bewegt. Der Nockenantrieb 30 wird über einen Ventiltrieb 13 von der im Kurbelgehäuse 11 ge lagerten Kurbelwelle 10 angetrieben, welche über ein Pleuel 12 mit dem Kolben 2 in Verbindung steht. In der Darstellung ist der Ventiltrieb 13 als Riemen- oder Kettentrieb in einem Schacht 15 angeordnet, der zugleich eine Strömungs verbindung zwischen dem Kurbelgehäuse 11 und dem Ventilge häuse 8 bildet. Die Kurbelwelle 11 trägt ein Antriebsrad 31 für einen Riemen 32 oder eine Kette; die Nockenwelle 33 des Nockenantriebs 30 trägt eine entsprechende Riemenscheibe 34 oder ein Kettenrad für den Riemen 32 oder die Kette.

Die Einlaßöffnung 14 des Einlaßventils 4 schließt an einen Ansaugkanal 16 an, der die Binlaßöffnung 14 mit einer Ge mischaufbereitungseinrichtung 17 verbindet.

Nahe dem Einlaßventil 4 ist das Ventilgehäuse 8 über einen Verbindungskanal 18 mit dem Ansaugkanal 16 verbunden, dessen Mündung in den Ansaugkanal 16 der Einlaßöffnung 14 etwa gegenüberliegt. Die Mündung 19 des Verbindungskanals 18 ist dabei gerundet, vorzugsweise etwa kreisrund, ausge bildet.

Durch die gewählte Konstruktion ist das Kurbelgehäuse 11 ausschließlich über das Ventilgehäuse 8 und den Verbin dungskanal 18 mit dem Ansaugkanal 16 und somit mit der Ge mischaufbereitungseinrichtung 17 verbunden. Die Strömungs verbindung zwischen dem Kurbelgehäuse 11 und dem Ventilge häuse 8 ist dabei zweckmäßig über den Schacht 15 des Ven tiltriebes 13 hergestellt, so daß keine zusätzliche Leitung vorgesehen werden muß.

Bei geöffnetem Einlaßventil 4 und in Pfeilrichtung 20 ab wärts fahrenden Kolben wird über den Ansaugkanal 16 von der Gemischaufbereitungseinrichtung 17 ein Luft-Kraftstoff- Schmieröl-Gemisch ansaugt. In dem auf den Ansaugtakt fol genden Verdichtungstakt fährt der Kolben 2 entgegen Pfeil richtung 20 nach oben, wobei das Einlaßventil 4 sowie das Auslaßventil 5 geschlossen ist. Durch den aufwärts fahren den Kolben 2 entsteht im Kurbelgehäuse 11 ein Unterdruck, der über den Schacht 15 des Ventiltriebes 13 auch im Ven tilgehäuse 8 ansteht, so daß über den Verbindungskanal 18 aus dem Ansaugkanal 16 ein Luft-Kraftstoff-Schmieröl-Ge misch in das Ventilgehäuse 8 und über den Schacht 15 auch in das Kurbelgehäuse 11 angesaugt wird. Dieses angesaugte Luft-Kraftstoff-Schmieröl-Gemisch dient der Schmierung der bewegten Teile, z. B. des Ventiltriebes 13 und der Kurbel welle 10 mit dem Pleuel 12 und dem Kolben 2.

Am Ende des Verdichtungstaktes erfolgt die Zündung und da mit der Arbeitstakt, in dem die Kurbelwelle 10 in Pfeil richtung 21 angetrieben ist. Nach dem Arbeitstakt öffnet das Auslaßventil 5, und die im Brennraum 3 anstehenden Gase werden über den Auslaßkanal 25 ausgeschoben. In dem darauf folgenden Ansaugtakt fährt der Kolben 2 wieder in Pfeilrichtung 20 nach unten, wodurch sich im Kurbelgehäuse 11 ein Überdruck aufbaut, der das im Kurbelgehäuse 11 aus vorigen Takten angesaugte Luft-Kraftstoff-Schmieröl-Gemisch über den Schacht 15 des Ventiltriebes 13 zum Ventilgehäuse 8 fördert und über den Verbindungskanal 18 in den Ansaug kanal 16 ausschiebt. Das ausgeschobene Gemisch wird sich mit dem in Pfeilrichtung 23 in den Brennraum 3 einströmen den Luft-Kraftstoff-Schmieröl-Gemisch vermischen und in den Brennraum 3 eintreten. Bei einer folgenden Aufwärtsbewegung des Kolbens 2 wird der sich im Kurbelgehäuse 11 aufbauende Unterdruck durch Ansaugen neuen Gemisches aus dem Ansaug kanal 16 ausgleichen; frisches Luft-Kraftstoff-Schmieröl- Gemisch strömt über den Verbindungskanal 18 in das Ventil gehäuse 8, schmiert den Ventiltrieb 13 und strömt weiter durch den Ventiltriebsschacht 15 in das Kurbelgehäuse 11, um die dort liegenden Teile zu schmieren.

Durch die erfindungsgemäße Gestaltung erfolgt aufgrund der Auf- und Abbewegung des Kolbens ein zyklisches Austauschen der Volumina im Kurbelgehäuse 11, dem Ventiltriebsschacht 15 und dem Ventilgehäuse 8 über den Verbindungskanal 18. Dabei kann der Verbindungskanal 18 ventillos ausgeführt sein. Der Verbindungskanal 18 hat einen Leitungsquer schnitt, der vorzugsweise kleiner als der Ansaugkanal 16 ist, insbesondere beträgt der Querschnitt des Verbindungs kanals etwa 30% bis 50%, zweckmäßig etwa 40% des Ansaug kanalquerschnittes.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung sind das Volumen des Ventilgehäuses 8 und das über den Verbindungskanal 18 strömende Austauschvolumen derart aufeinander abgestimmt, daß im Betrieb des Verbrennungsmotors dem Luft-Kraftstoff- Schmieröl-Gemisch im Ventilgehäuse mit jedem Kolbenhub frische Gemischanteile zugeführt sind, die sich aufgrund der Dynamik im Kurbelgehäuse mit dem vorhandenen Gemisch innig vermischen, so daß immer ein Gemisch in einem Quali tätsniveau zur Verfügung steht, das eine ausreichende Schmierung aller bewegten Teile garantiert. Dadurch kann zweckmäßig der Schmierölanteil des Gemisches deutlich ge senkt werden, z. B. auf 1 : 100.

In bevorzugter Ausgestaltung kann das Volumen der Strö mungsverbindung vom Kurbelgehäuse 11 zum Ventilgehäuse 8, also das Volumen des Ventilschachtes 15, das Volumen des Ventilgehäuses 8 und das Volumen des Verbindungskanals 18 vom Ventilgehäuse 8 zum Ansaugkanal 16 in der Summe klei ner, bevorzugt deutlich kleiner, als das vom Kolben 2 ver drängte Kurbelgehäusevolumen.

Der gezeigte gemischgeschmierte Viertaktmotor hat ein Hub volumen von kleiner 250 cm³, vorzugsweise etwa 20 bis 100 cm³ und eignet sich bevorzugt zum Einsatz in handgeführten, insbesondere tragbaren handgeführten Arbeitsgeräten.

Claims

1. Gemischgeschmierter Viertaktmotor mit einem Zylinder (1) und einem Kolben (2), der einen Brennraum (3) be grenzt und über ein Pleuel (12) eine in einem Kurbel gehäuse (11) angeordnete Kurbelwelle (10) antreibt, mit einem Einlaßventil (4) und einem Auslaßventil (5) für den Brennraum (3), die aus einem Ventilgehäuse (8) über einen von der Kurbelwelle (10) angetriebenen Ventil trieb (13) betätigt sind, wobei das Einlaßventil (4) über einen Ansaugkanal (16) mit einer Gemischauf bereitungseinrichtung (17) verbunden ist und das Ven tilgehäuse (8) mit dem Kurbelgehäuse (11) und über einen Verbindungskanal (18) mit dem Ansaugkanal (16) strömungsverbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Kurbelgehäuse (11) aus schließlich über das Ventilgehäuse (8), den Verbin dungskanal (18) und den Ansaugkanal (16) mit der Ge mischaufbereitungseinrichtung (17) verbunden ist.

2. Viertaktmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Strömungsverbindung zwischen dem Kurbelgehäuse (11) und dem Ventilgehäuse (8) über den Schacht (15) des Ventiltriebes (13) herge stellt ist.

3. Viertaktmotor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Leitungsquerschnitt des Verbindungskanals (18) kleiner ist als der des Ansaug kanals (16).

4. Viertaktmotor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Querschnitt des Verbin dungskanals (18) etwa 30% bis 50%, vorzugsweise etwa 40%, des Ansaugkanalquerschnittes beträgt.

5. Viertaktmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Verbindungskanal (18) nahe dem Einlaßventil (4) in den Ansaugkanal (16) mün det.

6. Viertaktmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Mündung (18) des Ver bindungskanals (18) in den Ansaugkanal (16) der Einlaß öffnung (4) in den Brennraum (3) etwa gegenüberliegt.

7. Viertaktmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Mündung (19) des Ver bindungskanals (18) in den Ansaugkanal (16) gerundet, vorzugsweise etwa kreisrund, ist.

8. Viertaktmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Volumen des Ventilge häuses (8) und das über den Verbindungskanal (18) strö mende Austauschvolumen derart aufeinander abgestimmt sind, daß dem im Ventilgehäuse (8) des Verbrennungs motors anstehenden Luft-Kraftstoff-Schmieröl-Gemisch permanent frische Gemischanteile zugemischt werden.

9. Viertaktmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Verbindungskanal, ins besondere auch die Strömungsverbindung (15) zwischen dem Kurbelgehäuse (11) und dem Ventilgehäuse (8) ventillos ausgeführt ist.

10. Viertaktmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Motor ein Hubvolumen kleiner 250 cm³, insbesondere von etwa 20 bis 100 cm³, hat.