DE3013361C2 - Als mechanische Antriebseinheit und als Druckgaserzeuger dienende Brennkraftmaschine - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine als mechanische Antriebseinheit und Druckgaserzeuger dienende Brennkraftmaschine mit innerer Verbrennung und einem Zündungssystem mit einer Zündspule und einem Zündzeitpunktgeber, weiterhin mit einem am Zylinderkopf der Brennkraftmaschine angeordneten, mittels einer Betätigungseinrichtung schaltbaren Ventil, über welches das Druckgas, gebildet durch das Brenngas, entnehmbar ist.

Eine derartige Brennkraftmaschine, die einerseits eine Motorsäge und andererseits ein Druckwerkzeug zum Fällen von Bäumen betreibt, ist durch die DE-OS 26 41 935 bekanntgeworden. Jedoch ist auf Grund des zeitlichen Ablaufs der Zündung des Kraftstoffgemisches bei einer Brennkraftmaschine der bekannten Art nur die Erzeugung von Druckgas mit verhältnismäßig niedrigem Druck möglich.

Es ist ferner an sich bekannt, daß bei Vorverlegung des Zündzeitpunktes normalerweise der Druck im Zylinder einer Brennkraftmaschine ansteigt. Die bisher bei Verbrennungsmotoren im Hinblick auf den Wirkungsgrad praktizierte Verschiebung des Zündzeitpunktes bewegt sich in bestimmten, verhältnismäßig engen Grenzen. Aus dem Diagramm des Kraftfahrttechnischen Taschenbuches von Bosch, 18. Auflage, Seiten 375 und 376, sind etwa 15° zu entnehmen, und in der DE-OS 18 09 283, Seite 13, sind 20° vor oberem Totpunkt erwähnt. Wie in dem Taschenbuch ausgeführt, ergibt sich jedoch der Nachteil, daß bei der Vorverlegung des Zündzeitpunktes in Extremfällen schwere Schäden an Zündkerzen oder am Motor auftreten können.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Brennkraftmaschine der eingangs genannten Gattung derart weiterzubilden, daß Druckgas mit hohem Druck erzeugt werden kann, ohne daß die Gefahr der Entstehung von Schäden an der Brennkraftmaschine gegeben ist.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe bei einer gattungsgemäßen Brennkraftmaschine dadurch gelöst, daß das Zündsystem einen weiteren, der Vorverlegung des Zündzeitpunktes dienenden Zündzeitpunktgeber aufweist, dessen Schalter mit der Betätigungseinrichtung des Ventiles verbunden ist und beim öffnen des Ventiles zeitgleich oder verzögert betätigt wird.

Der mit Bezug auf den oberen Totpunkt des Kolbens der Brennkraftmaschine wesentlich vorverlegte Zündzeitpunkt führt zu einem sehr viel höheren Explosionsdruck im Zylinder, und dieser hohe Druck kann für den Betrieb des angeschlossenen Druckluftwerkzeugs mit Vorteil ausgenutzt werden. Man wird also eine erfindungsgemäße Brennkraftmaschine normalerweise so betreiben, daß sie bei vorgestelltem Zündzeitpunkt eine Druckgasquelle und bei Beirieb mit normalem Zündzeitpunkt eine mechanische Antriebseinheit bildet
Zum Stand der Technik ist in diesem Zusammenhang darauf hinzuweisen, daß es in der einschlägigen Technik bestens bekannt ist, daß bei einer Vorverlegung des Zündzeitpunkts normalerweise der Druck im Zylinder einer Brennkraftmaschine ansteigt (vgl. auch »Kraftfahrtechnisches Taschenbuch« der Rob. Bosch GmbH,

18. Auflage (1976), Seiten 375/376 und DE-OS 18 09 283). Die bei Brennkraftmaschinen für den Betrieb von Kraftfahrzeugen im Hinblick auf den Wirkungsgrad vorgenommene Verschiebung des Zündzeitpunkts bewegt sich jedoch in bestimmten, verhältnismäßig engen Grenzen, nämlich im Bereich von etwa 15° bis 20°, da bei Verstellung in Richtung »spät« die Leistung der Brennkraftmaschine allmählich zurückgeht und der Kraftstoffverbrauch ansteigt, während bei Verstellung in Richtung »früh« schwere Schäden an den Zündkerzen oder an der Brennkraftmaschine auftreten können.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand der Zeichnung im folgenden näher erläutert. £s zeigt

F i g. 1 eine perspektivische Darstellung einer Motorkcttensäje mit einer erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine, die ein Zündsystem und ein Ventil an einem Druckgasauslaß des Zylinders aufweist, um ein damit verbundenes, zum Fällen von Bäumen benutztes Druckgaskissen mit Druckgas von hohem Druck zu versorgen;

F i g. 2 einen elektrischen Schaltplan des Zündsystems der Brennkraftmaschine der Kettensäge von Fig. 1;

F i g. 3 einen Schnitt durch das Ventil am Druckgasauslaß der Brennkraftmaschine;

F i g. 4 eine Draufsicht auf das Ventil von F i g. 3;

F i g. 5 und 6 Ansichten von Einzelheiten des in F i g. 3 und 4 dargestellten Ventils.

Es wird zunächst auf Fig.3 Bezug genommen und das am Druckgasauslaß der Brennkraftmaschine der Kettensäge nach F i g. 1 befindliche Ventil beschrieben.

Dieses Ventil hat ein Ventilgehäuse 10 mit einem mit Schraubgewinde versehenen Unterteil 11, welches in ein mit einem entsprechenden Gewinde versehenes Loch im oberen Deckel der Brennkraftmaschine paßt. Der obere Teil 12 des Ventilgehäuses hat gleichfalls ein Gewinde, auf das eine Mutter 13 mit einem mittleren Loch 14 (siehe F i g. 6), welches einen Ventilsitz 15 bildet, aufgeschraubt ist. Etwa in der Mitte des Ventilgehäuses ist ein Schlauch 16 angeschlossen, der mit einem mit Druckgas zu betreibenden Werkzeug verbunden werden kann. Weiterhin hat das Unterteil 11 des Ventilgehäuses einen Durchlaßkanal 17, der oben an einem weiteren Ventilsitz 18 endet.

Im Ventilgehäuse 10 ist drehbar und axial verschieblich ein Ventilkörper 19 aufgenommen. Sein oberer Bereich ist mit einem Schraubgewinde ausgebildet und trägt unter einer darauf sitzenden Befestigungsmutter 22 eine Führungsscheibe 20 mit einer als Stellhebel ausgebildeten Betätigungseinrichtung 21. Die Führungsscheibe hat auf ihrer Unterseite eine sich diametral er- streckende vorspringende Rippe 23 (siehe F i g. 5), die in eine entsprechend ausgebildete, sich diametral erstrekkende Nut 24 auf der Oberseite der Mutter 13 paßt (siehe F i g. 6). Wenn die Nut 24 und die Rippe 23 in ihrer

Drehwinkelstellung übereinstimmen, d. h. die Rippe in die Nut eingreift, nimmt die Führungsscheibe 20 ihre der Mutter 13 axial nächstkommende Stellung ein, wobei sich dann auch der Ventilkörper 19 in seirer unteren axialen Stellung befindet Wenn der SteSlhebel 21 gedreht wird, werden die Rippe 23 aus der Nut 24 herausgedrückt und die Führungsscheibe 20 gegenüber der Mutter 13 angehoben, wodurch gleichzeitig auch der Ventilkörper 19 in seine obere axiale Stellung gebracht wird. Mit Ηϊίίε dieses Verstellantriebs kann der Ventilkörper sehr schnell aus der einen in die andere axiale Stellung verschoben werden.

In das Ventilgehäuse sind zwischen der Innenseite der Mutter 13 und einer auf dem Ventilkörper 19 sitzenden Scheibe 26 axial elastische Glieder 25, z. B. Tellerfedern, eingesetzt. Diese Federn drücken den Ventilkörper in seine untere axiale Stellung, wenn die Rippe 23 und die Nut 24 miteinander fluchten, und sie werden etwas zusammengepreßt, wenn der Verstellantrieb Jen Ventilkörper in seine obere Stellung hebt Unmittelbar unter dem unteren Ende des Ventilkörpers 19 ist eine Dichtungsscheibe 27 in das Ventilgehäuse eingesetzt, die durch die untere Endfläche des Ventilkörpers gegen den Ventilsitz 18 gedruckt wird, wenn die Rippe 23 und die Nut 24 fluchten. Dann wird der Durchlaßkanal 17 infolge des Drucks der Federn 25. der den im Durchiaßkanai 17 herrschenden Innendruck der Brennkammer übersteigt, geschlossen.

Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist der obere Teil des Ventilkörpers 19 als Kegel 28, der zum Ventilsitz 15 passend ausgebildet ist, verjüngt. Der Kegel 28 legt sich in der oberen axialen Stellung des Ventilkörpers 19 dicht an den Ventilsitz 15 an, während gleichzeitig in dieser Stellung des Ventilkörpers die Dichtungsscheibe 27 den Durchlaßkanal 17 zum Schlauch 16 hin öffnet. Dadurch werden Brenngase aus dem Brennraum der Brennkraftmaschine zu dem an den Schlauch angeschlossenen Werkzeug geleitet. Wenn später nach Beendigung eines bestimmten Arbeitsvorgangs mit diesem Werkzeug das darin enthaltene Druckgas abgelassen werden soll, braucht nur der Stellhebel 21 gedreht zu werden, wodurch dann ein Entlüftungskanal vom Schlauch 16 zu dem eine Auslaßöffnung bildenden Loch 14 freigegeben wird. Das Ventil 10,19 arbeitet demnach als Doppelsitzventil.

Es ist eine Stange 29 vorgesehen, die mittels einer in eine in ihr ausgebildete Ausnehmung 31 eingreifenden Lasche 30 mit dem Stellhebel 21 verbunden rein kann. Vorzugsweise ist das eine Ende der Stange 29 mit einem Betätigungsknopf versehen, der sich von der Bedienungsperson leicht erreichen läßt. Die Stange 29 kann mittels einer Feder 32, welche sie zurückdrückt, automatisch zurückgestellt werden. Mittels der Stange 29 und des Schalters 46 ist auch ein mit dem beschriebenen Auslaßventil zusammenwirkendes Zündsystem umschaltbar.

In F i g. 2 ist ein Schaitplan eines Kondensator-Zündsystems 33 dargestellt. Ein Kondensator 34 liegt in Reihe mit einem Thyristor 35 und der Primärwicklung 36 einer Zündspule. An der Schwungscheibe 37 der Brennkraftmaschine ist wenigstens ein Permanentmagnet 38 befestigt, der sich bei jeder Umdrehung der Schwungscheibe an einem U-fiVmigen Eisenkern 39 vorbeibewegt, welcher ;>uf eint'm Schenkel eine Spule 40 trägt, die über einen Gleichrichter 4t mit einem Anschlußpunkt zwischen dem Kondensator 34 und dem Thyristor 35 verbunden ist. Wenn der Permanentmagnet 38 an der Spule 40 vorbeiläuft, so gelangt jedesmal ein Strom zum Kondensator 34, der dadurch aufgeladen wird Auf einem anderen Eisenkern sitzt eine als Zündzeitpunktgeber 42' wirkende Auslöserspule, die über einen Gleichrichter 43 mit der Steuerelektrode des Thyristors 35 verbunden ist und ebenfalls jeweils einen Strom erzeugt, wenn der Permanentmagnet 38 an der Auslöserspule 42 vorbeiläuft Die Einstellung ist so gewählt, daß die Brennkraftmaschine jeweils zum üblichen Zündzeitpunkt zündet wobei sich der Kondensator 34 über die Primärwicklung 36 der Zündspule entlädt und an der Zündkerze 44 ein Zündfunke erzeugt wird.

Das gezeigte Zündsystem 33 hat jedoch noch einen zweiten, zur Auslösung der Zündung geeigneten Geber 45, der ebenfalls als Spule ausgebildet ist, die nach dem Schließen eines Schalters 46 über eine Leitung 47 mit der Steuerelektrode des Thyristors 35 verbunden werden kann. Wenn sich der Permanentmagnet 38 an der Spule 45 vorbeibewegt wird ebenfalls an der Zündkerze 44 ein Zündfunke erzeugt in diesem Fall erfolgt die Zündung jedoch früher als im Fall der Auslösung durch die Spule 42.

Wenn der Zündzeitpunkt auf ungefähr 65° vor den oberen Totpunkt des Kolbens vorverlegt wird, ergibt sich ein beträchtlich erhöhter Verbrennungsdruck. Normalerweise liegt der Zündzeitpunkt kleiner Zweitaktmotoren bei ungefähr 22 bis 28° vor dem oberen Totpunkt. Bei 65^U Vorzündung erhält man aber etwa einen doppelt so hohen Druck wie bei normaler Vorzündung.
Um die Belastung der Brennkraftmaschine durch das Vorveirstellen der Zündung zu verringern, besteht die Möglichkeit, das Ventil 18, 27 am Druckgasauslaß der Brennkraftmaschine zu öffnen, bevor die Umstellung des Zündzeitpunkts vorgenommen wird. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel geschieht dies in der Weise, daß der Schalter 46, der die Zündung auf einen früheren Zeitpunkt umschaltet, nicht betätigt wird, bevor nicht der Stellhebel 21 gedreht und dadurch der Durchiaßkanai 17 zum Schlauch 16 hin geöffnet worden ist. Nach Abschluß eines Arbeitsvorgangs mit dem druckgasbetriebenen Werkzeug, im Beispielsfall dem in F i g. 1 gezeigten aufzupumpenden Kissen zum Fällen von Bäumen, wird zunächst wieder der Schalter 46 geöffnet und dann erst das Ventil 18, 27 am Druckgasauslaß der Brennkraftmaschine geschlossen.

Bei dem Erfindungsgegenstand treten die oben erwähnten, mit einer Verstellung des Zündzeitpunkts in Richtung »früh« verbundenen Schaden nicht auf, weil zugleich mit der Umschaltung des Zündzeitpunkts der Druckgasauslaß der Brennkraftmaschine geöffnet wird.

Sicherheitshalber kann der Druckgasauslaß sogar zeitlich vor der Umstellung des Zündzeitpunkts geöffnet werden.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentanspruch.

   Ais mechanische Antriebseinheit und Druckgaserzeuger dienende Brennkraftmaschine mit innerer Verbrennung und einem Zündsystem mit einer Zündspule und einem Zündzeitpunktgeber, weiterhin mit einem am Zylinderkopf der Brennkraftmaschine angeordneten, mittels einer Betätigungseinrichtung schaltbaren Ventil, über welches das Druckgas, gebildet durch das Brenngas, entnehmbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Zündsystem (33) einen weiteren, der Vorverlegung des Zündzeitpunktes dienenden Zündzeitpunktgeber (45) aufweist, dessen Schalter (46) mit der Betätigungseinrichtung i21) des Ventiles (10, 19) verbunden ist und beim öffnen des Ventiles (iO, 19} zeitgleich oder verzögert betätigt wird.