DE4304125A1

DE4304125A1 - Aufgeladener Viertaktmotor

Info

Publication number: DE4304125A1
Application number: DE4304125A
Authority: DE
Inventors: Shigemitsu Aizawa; Takeshi Yamakoshi
Original assignee: IHI Shibaura Machinery Corp
Current assignee: IHI Shibaura Machinery Corp
Priority date: 1992-02-14
Filing date: 1993-02-11
Publication date: 1993-09-30
Also published as: JPH05222944A; US5279269A

Description

Die Erfindung betrifft einen aufgeladenen Viertaktmotor mit den Merkmalen des Oberbegriffs von Anspruch 1.

Aufgeladene Viertaktmotoren der zuvor beschriebenen Art sind aus den japa nischen Patent-Offenlegungsschriften 47-35 516 und 6 12 00 330 bekannt. Sol che aufgeladenen Viertaktmotoren verwenden ein Benzin-Luft-Gemisch, das durch eine Kurbelkammer in eine Verbrennungskammer geleitet wird und durch eine Ver änderung des Volumens der Kurbelkammer mit Hilfe der Hin- und Herbewegung ei nes Kolbens verdichtet wird. Ein typischer Aufbau eines solchen aufgeladenen Viertaktmotors wird im folgenden in bezug auf die Fig. 2 bis 4 der Zeichnung beschrieben.

Fig. 2 zeigt den allgemeinen Aufbau eines aufgeladenen Einzylinder-Viertakt motors. Ein Zylinder 2 ist am oberen Teil eines Kurbelgehäuses 1 befestigt. Ein Zylinderkopf 3 ist am oberen Teil des Zylinders 2 befestigt. Eine Kurbel welle 5 ist in einer Kurbelkammer 4 des Kurbelgehäuses 1 drehbar gelagert angeordnet (Lager sind nicht dargestellt). Ein Kolben 6 ist gleitend hin- und herbewegbar in dem Zylinder 2 vorgesehen und ist mit einer Verbindungsstange 7 mit der Kurbelwelle 5 verbunden. Eine Nockenwelle 8 ist in der Kurbelkammer 4 drehbeweglich gelagert vorgesehen (Lager sind nicht dargestellt). Ein Kurbel wellenzahnrad 9 ist mit Preßpassung an einem Ende der Kurbelwelle 5 befestigt. Ein Nockenantriebszahnrad 10 ist mit Preßpassung an einem Ende der Nockenwelle 8 befestigt. Das Kurbelwellenzahnrad 9 befindet sich in Eingriff mit dem Nocken antriebszahnrad 10. Die Anzahl der Zähne des Nockenantriebszahnrads 10 beträgt die zweifache Anzahl der Zähne des Kurbelwellenzahnrads 9. Ein Einlaßnocken 11 und ein Auslaßnocken (nicht dargestellt) für den Antrieb einerseits eines Ein laßventils und andererseits eines Auslaßventils sind an der Nockenwelle 8 be festigt.

Eine Kipphebelabdeckung 12 ist an dem oberen Ende des Zylinderkopfes 3 be festigt, wodurch ein Zwischenraum 13 gebildet wird, der einen Ventilbetäti gungsmechanismus 18a aufnimmt. Ein Einlaßkanal 15 ist in dem Zylinderkopf 3 derart ausgestaltet, daß er die Verbindung mit einer Verbrennungskammer 14 in dem Zylinder 2 herstellt. Ein Einlaßventil 16 ist so in dem Zylinderkopf 3 angeordnet, daß es den Einlaßkanal 15 öffnet und schließt. In gleicher Wei se ist ein Auslaßkanal (nicht dargestellt) in dem Zylinderkopf 3 ausgestal tet, und ein Auslaßventil (nicht dargestellt) ist in dem Zylinderkopf 3 zum Öffnen und Schließen des Ausgangskanals angeordnet. Der Ventilbetätigungs mechanismus 18a umfaßt eine Feder 17 für die Vorspannung des Einlaßventils 16 in seine Schließrichtung, eine Feder (nicht dargestellt) für die Vorspan nung des Auslaßventils in seine Schließrichtung und einen Kipphebelarm 18 für die Vorspannung des Einlaßventils 16 in Öffnungsrichtung des Einlaßven tils. Eine Einstellschraube 19 ist mit einem Gewinde mit dem Zylinderkopf 3 verbunden und der Kipphebelarm 18 ist schwenkbar mit seinem Mittelteil an der Einstellschraube 19 oberhalb des Zylinderkopfes 3 befestigt. Ein oberes Ende des Einlaßventils 16 steht in Verbindung mit einem Ende des Kipphebelarms 18. Das andere Ende des Kipphebelarms 18 steht mit dem oberen Ende einer Stößel stange 20 in Verbindung. Ein Mitnehmerbolzen 21 ist am unteren Ende der Stößel stange 20 befestigt und steht in Kontakt mit dem Einlaßnocken 11. Obgleich nicht dargestellt, ist der Ventilbetätigungsmechanismus für die Betätigung des Auslaßventils in gleicher Weise aufgebaut. Ein Stößelstangenzwischen raum 22 ist um die Stößelstange 20 ausgebildet. Der Stößelstangenzwischen raum 22 ist durch ein Verbindungsloch 23 mit der Kurbelkammer 4 verbunden. Somit ist der Zwischenraum 13, der den Ventilbetätigungsmechanismus 18a ent hält, mit der Kurbelkammer 4 verbunden.

Ein Vergaser 24, der das Benzin-Luft-Gemisch produziert, ist über einen Ein laßkanal 25 mit der Kurbelkammer 4 verbunden. Ein Membranventil 26 ist an einem Verbindungsteil zwischen dem Einlaßkanal 25 und der Kurbelkammer 4 an geordnet, damit das Benzin-Luft-Gemisch nur in die Kurbelkammer 4 eingesogen werden kann. Weiterhin ist die Kurbelkammer 4 über eine Aufladungskammer 27 mit dem Einlaßkanal 15 verbunden. Ein Membranventil 28 ist an einem Verbin dungsteil zwischen der Kurbelkammer 4 und der Aufladungskammer 27 angeordnet, so daß ein Ausströmen des Benzin-Luft-Gemisches nur von der Kurbelkammer 4 in die Aufladungskammer 27 möglich ist.

In einem Verdichtungstakt und einem Auspufftakt des Motors ist der Kolben 6 angehoben, so daß das Volumen der Kurbelkammer 4 vergrößert und der Druck in der Kurbelkammer 4 vermindert ist. Entsprechend ist das Membranventil 26 wie in Fig. 3 dargestellt geöffnet und das Benzin-Luft-Gemisch, das im Ver gaser 24 produziert worden ist, wird durch die Einlaßverbindung 25 in die Kurbelkammer 4 eingesaugt. Andererseits ist in einem Explosionstakt und ei nem Einlaßtakt des Motors der Kolben 6 abgesenkt, so daß das Volumen der Kurbelkammer 4 verringert und der Druck in der Kurbelkammer 4 vergrößert wird. Entsprechend öffnet sich das Membranventil 28 wie in der Fig. 4 dar gestellt, und das Benzin-Luft-Gemisch, das sich in der Kurbelkammer 4 be findet, strömt in die Aufladungskammer 27. Dementsprechend ist das Benzin- Luft-Gemisch unter hohem Druck in der Aufladungskammer 27 gespeichert. Dieses unter hohem Druck stehende Gemisch wird durch den Einlaßkanal 15 in die Ver brennungskammer 14 geleitet, wenn das Einlaßventil 16 während des Einlaßtak tes geöffnet ist.

Durch das Vorhandensein der Aufladungskammer 27 ergibt sich ein Mengenanstieg des Benzin-Luft-Gemisches, das in die Verbrennungskammer 14 einströmt, um 30-40% verglichen mit einem normalen Ansaugmotor. Das Volumen der Aufladungs kammer 27 ist zehn bis zwanzig Mal so groß wie der Hubraum des Motors, um Fluktuationen des Aufladungsdruckes zu verringern und um eine stabile Ver sorgung mit dem Benzin-Luft-Gemisch zu gewährleisten.

Die Leistung eines solchen aufgeladenen Motors kann verbessert werden, indem das Kompressionsverhältnis des Benzin-Luft-Gemisches in der Kurbelkammer 4 erhöht wird, so daß die Effizienz der Aufladung steigt. Das Kompressions verhältnis in der Kurbelkammer 4 kann folgendermaßen ausgedrückt werden:

Kompressionsverhältnis = (V_D + V_C) / V_C = V_D / V_C + 1

wobei V_D den Hubraum des Motors und V_C das Volumen der Kurbelkammer 4 darstellt, das sich aus dem Volumen im unteren Totpunkt des Kolbens 6 und dem Volumen der Räume, die mit der Kurbelkammer 4 verbunden sind, ergibt (dieses sind der Zwischenraum 13, der den Ventilbetätigungsmechanismus 18a enthält, und der Stößelstangenzwischenraum 22). Dementsprechend ist es notwendig, den Wert von V_C zu verringern, um das Kompressionsverhältnis zu vergrößern.

Für die Schmierung in der Kurbelkammer 4 wird das Schmieröl anfangs mit dem Benzin gemischt, und dieses Schmieröl-Benzin-Gemisch wird in dem Vergaser 24 atomisiert, um ein Benzin-Luft-Gemisch zu erhalten, das im folgenden in die Kurbelkammer 4 eingesaugt wird. Dadurch wird eine Schmierung in der Kurbel kammer 4 erzielt. Weiterhin gelangt das Benzin-Luft-Gemisch, das das Schmier öl enthält, von der Kurbelkammer 4 durch das Verbindungsloch 23 und den Stößel stangenzwischenraum 22 in den Zwischenraum 13, der den Ventilbetätigungsmecha nismus 18a enthält. Dadurch erfolgt in dem Zwischenraum 13 eine Schmierung der Teile des Ventilbetätigungsmechanismus 18a (insbesondere des Berührungsbereiches von Kipphebelarm 18 und Stößelstange 20 und des Berührungsbereiches von Kipp hebelarm 18 und Einlaßventil 16).

Entsprechend der oben erwähnten Formel für das Kompressionsverhältnis ist es am besten, das Volumen des Zwischenraumes 13 zu verringern, der mit der Kur belkammer 4 verbunden ist, um das Kompressionsverhältnis des Benzin-Luft-Ge misches zu vergrößern. Weil jedoch der Kipphebelarm 18 schwenkbeweglich in dem Zwischenraum 13 angeordnet ist, ist es schwierig, das Volumen des Zwischenrau mes 13 stark zu verkleinern. Dementsprechend ist es schwierig, eine Verbesse rung der Motorleistung durch Vergrößerung des Kompressionsverhältnisses zu erzielen.

Des weiteren ist es notwendig, das Volumen der Aufladungskammer 27 zehn bis zwanzig Mal so groß wie den Hubraum des Motors zu dimensionieren, um Fluktua tionen des Aufladungsdruckes zu verringern. Dementsprechend ist die Aufladungs kammer 27 mit großen Abmessungen dimensioniert wie es in Fig. 2 dargestellt ist. Es ist deshalb schwierig, den Motor in einer kompakten Größe zu bauen.

Im übrigen ist der Ventilbetätigungsmechanismus 18a einer der Teile, die am meisten geschmiert werden müssen. Dazu gelangt das Schmieröl für die Schmier rung des Ventilbetätigungsmechanismus 18a zusammen mit dem Benzin-Luft-Ge misch durch das Verbindungsloch 23 und den Stößelstangenzwischenraum 22 in den Zwischenraum 13. Der Austausch des Benzin-Luft-Gemisches zwischen der Kurbelkammer 4 und dem Zwischenraum 13 durch das Verbindungsloch 23 und den Stößelstangenzwischenraum 22 läuft jedoch nicht reibungslos ab. Dementspre chend kann die Schmierung des Ventilbetätigungsmechanismus 18a nicht ausreichend erfolgen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den bekannten aufgeladenen Vier taktmotor so auszugestalten und weiterzubilden, daß durch eine Vergrößerung des Kompressionsverhältnisses die Leistung verbessert ist. Dabei soll eine ausreichende Schmierung des Ventilbetätigungsmechanismus gewährleistet sein und der Viertaktmotor soll kleine Außenabmessungen aufweisen.

Die zuvor aufgezeigte Aufgabe ist dadurch gelöst, daß der Zwischenraum mit der Aufladungskammer verbunden ist. Es sind also der den Ventilbetätigungs mechanismus enthaltende Zwischenraum und die Aufladungskammer miteinander verbunden. Dementsprechend kann also der den Ventilbetätigungsmechanismus ent haltende Zwischenraum als Teil der Aufladungskammer genutzt werden. Daraus folgt, daß das Volumen der Aufladungskammer verringert werden kann, so daß der Motor kompakter gestaltet werden kann. Das Benzin-Luft-Gemisch, das von der Kurbelkammer in die Aufladungskammer ausströmt, enthält Schmieröl. Der Austausch dieses Gemisches mit dem den Ventilbetätigungsmechanismus enthal tenden Zwischenraum ist sehr wirksam. Daher erfolgt die Schmierung des Ven tilbetätigungsmechanismus einschließlich des Kipphebelarms in dem Zwischen raum sehr gut. Schließlich ist es nicht mehr notwendig, den den Ventilmecha nismus enthaltenden Zwischenraum mit der Kurbelkammer zu verbinden. Dement sprechend ist das Kompressionsverhältnis des Benzin-Luft-Gemisches vergrößert, so daß in einfacher Weise das Kompressionsverhältnis und die Motorleistung verbessert sind.

Für ein weiteres Verständnis der Einzelheiten der vorliegenden Erfindung wird einerseits auf die dem Anspruch 1 nachgeordneten Ansprüche und andererseits auf die Erläuterung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels anhand der Zeich nungen verwiesen.

In der Zeichung zeigt

Fig. 1 in einem vertikalen Schnitt ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung und im übrigen

Fig. 2 in einem vertikalen Schnitt einen Motor nach dem Stand der Technik,

Fig. 3 im Ausschnitt den Schnitt aus Fig. 2, der die Situation darstellt, bei der das Benzin-Luft-Gemisch in die Kurbelkammer des Motors ein strömt und

Fig. 4 im Ausschnitt den Schnitt aus Fig. 2, der die Situation darstellt, bei der das Benzin-Luft-Gemisch von der Kurbelkammer in die Aufla dungskammer des Motors ausströmt.

Eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird im folgenden mit Bezug auf die Fig. 1 beschrieben, in der gleiche Bezugszeichen wie in den Fig. 2 bis 4 gleiche Teile bezeichnen, und deren Erklärung deswegen hier weg gelassen werden kann. In Fig. 1 ist eine Kurbelkammer 29 in einem Kurbelge häuse 1 angeordnet. Ein Zwischenraum 30, der einen Ventilbetätigungsmechanismus 18a enthält, wird durch eine Kipphebelabdeckung 12 oberhalb eines Zylinder kopfes 3 gebildet. Eine Kurbelwelle 5 und eine Nockenwelle 8 sind in der Kur belkammer 29 in gleicher Weise wie in dem in Fig. 2 dargestellten Stand der Technik angeordnet. Ein Vergaser 24, der das Benzin-Luft-Gemisch produziert, ist durch einen Einlaßkanal 25 mit der Kurbelkammer 29 verbunden. Der Ventil betätigungsmechanismus 18a, der einen Kipphebelarm 18 enthält, ist in dem Zwischenraum 30 in der gleichen Weise wie in dem in Fig. 2 dargestellten Stand der Technik angeordnet. Abweichend vom Stand der Technik, der in Fig. 2 dar gestellt ist, ist die Kurbelkammer 29 hier nicht mit dem Zwischenraum 30 ver bunden.

Eine Aufladungskammer 31 ist so ausgestaltet, daß die Kurbelkammer 29 mit dem Einlaßkanal 15 verbunden ist. Die Aufladungskammer 31 ist ebenfalls mit dem Zwischenraum 30 verbunden.

Während des Betriebes wird das Ansaugen des Benzin-Luft-Gemisches von dem Ein laßkanal 25 in die Kurbelkammer 29 und das Ausströmen des Benzin-Luft-Gemische von der Kurbelkammer 29 in die Aufladungskammer 31 durch die Hin- und Herbe wegung eines Kolbens 6 in gleicher Weise wie in dem in der Fig. 2 dargestell ten Stand der Technik ausgeführt. Sobald das Einlaßventil 16 während eines Einlaßtaktes geöffnet ist strömt das Benzin-Luft-Gemisch, das unter hohem Druck in der Aufladungskammer 31 gespeichert ist, durch den Einlaßkanal 15 in eine Verbrennungskammer 14.

Weil der Zwischenraum 30 und die Aufladungskammer 31 miteinander verbunden sind, dient der Zwischenraum 30 als Teil der Aufladungskammer 31. Dement sprechend kanndas Volumen der Aufladungskammer 31 reduziert werden, so daß die Außenabmessungen der Aufladungskammer 31 selbst verkleinert werden kön nen. Im Ergebnis kann also der Motor kompakter bauen. Weil der Zwischenraum 30 und die Aufladungskammer 31 miteinander verbunden sind, füllt das kom primierte und ein Schmieröl enthaltende Benzin-Luft-Gemisch in der Aufla dungskammer 31 teilweise auch den Zwischenraum 30 aus und der Austausch des Benzin-Luft-Gemisches in den Zwischenraum 30 kann gut ausgeführt werden. Des halb ist eine ausreichende Schmierung des Ventilbetätigungsmechanismus 18a durch das Schmieröl gewährleistet, das in dem Benzin-Luft-Gemisch enthalten ist. Weil es nicht notwendig ist, den Zwischenraum 30 mit der Kurbelkammer 29 zum Zwecke der Schmierung des Ventilbetätigungsmechanismus 18a zu verbinden, wird der mit der Kurbelkammer 29 verbundene Raum in seinem Volumen verringert, wodurch der Wert von V_C, der in der obigen Formel angegeben ist, reduziert. Deswegen kann das Kompressionsverhältnis des Benzin-Luft-Gemisches in der Kur belkammer 29 vergrößert werden, und somit wird die Aufladung und die Leistung des Motors verbessert.

Obwohl in dem bevorzugten Ausführungsbeispiel die Aufladungskammer 31 in direk ter Verbindung mit dem Zwischenraum 30 ist, kann die Aufladungskammer 31 auch über den Stößelstangenzwischenraum 22 mit dem Zwischenraum 30 verbunden sein.

Claims

1. Aufgeladener Viertaktmotor mit einem ein Benzin-Luft-Gemisch produzierenden Teil (24),
mit einem ersten Einlaßkanal (25),
mit einer Kurbelkammer (29),
mit einer Aufladungskammer (31),
mit einem zweiten Einlaßkanal (15),
mit einer Ver brennungskammer (14),
mit einem Kolben (6),
mit einem Zwischenraum (30) und
mit einem einschließlich eines Kipphebels (18) in dem Zwischenraum (30) unter gebrachten Ventilbetätigungsmechanismus (18a), wobei der erste Einlaßkanal (25) das das Benzin-Luft-Gemisch produzierende Teil (24) mit der Kurbelkammer (29) verbindet, wobei die Aufladungskammer (31) die Kurbelkammer (29) über den zwei ten Einlaßkanal (15) mit der Verbrennungskammer (14) verbindet, wobei durch die Hin- und Herbewegung des Kolbens (6) das Volumen der Kurbelkammer (29) ver änderbar ist, wobei das Benzin-Luft-Gemisch durch den ersten Einlaßkanal (25) in die Kurbelkammer (29) einströmen kann und wobei das in der Kurbelkammer (29) verdichtete Benzin-Luft-Gemisch in die Aufladungskammer (31) ausströmen kann, dadurch gekennzeichnet, daß der Zwischenraum (30) mit der Aufladungskammer (31) verbunden ist.

2. Viertaktmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Volumina des Zwischenraumes (30) und der Aufladungskammer (31) zusammen dem zehn- bis zwan zigfachen Wert des Hubraums des Motors entsprechen.

3. Viertaktmotor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kurbel kammer (29) und der Zwischenraum (30) nicht in direkter Verbindung miteinander stehen.

4. Viertaktmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Zwischenraum (30) über einen Stößelstangenzwischenraum (22) mit der Auf ladungskammer (31) verbunden ist.