DE69925345T2

DE69925345T2 - Durch den benutzer getragener 4-takt motor, der in verschiedenen lagen verwendet werden kann

Info

Publication number: DE69925345T2
Application number: DE69925345T
Authority: DE
Inventors: Shiro Kawamoto; Gene Harry RICKARD; John Sheldon; Yoichi Imgawa; Ryoji Higashiyamato ZAMA
Original assignee: MTD Products Inc
Current assignee: MTD Products Inc
Priority date: 1998-03-05
Filing date: 1999-03-05
Publication date: 2005-11-03
Anticipated expiration: 2019-03-06
Also published as: US6945215B2; WO1999045243A1; AU753664B2; US20020121262A1; ATE295933T1; CA2288681C; DE69925345D1; US6772726B2; AU2802399A; US6039020A; EP0985084B1; EP0985084A4; JP2001523320A; EP0985084A1; CA2288681A1; US20030213458A1; US6374796B1

Description

Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft Viertaktverbrennungsmotoren und insbesondere geringes Gewicht aufweisende Viertaktmotoren für von einem Anwender gehaltene Geräte.
Hintergrund der Erfindung
Bei der Gestaltung von Gartengeräten ist es gängige Praxis, Zweitaktverbrennungsmotoren oder Elektromotoren zum Antreiben eines Werkzeuges, so beispielsweise eines Rasentrimmers, eines Gebläses/Saugers oder einer Kettensäge, zu verwenden. Zweitaktverbrennungsmotoren weisen ein vergleichsweise geringes Gewicht auf und können im Einsatz von einem Anwender ohne Weiteres in verschiedenen Winkelausrichtungen gehalten werden. Bei Zweitaktmotoren treten jedoch die bekannten Abgasemissionsprobleme auf, die deren Einsatz in Gebieten unmöglich machen, in denen Abgasemissionsvorschriften, so beispielsweise die CARB- (California Air Resource Board) oder Federal-EPA-Vorschriften, die die Luftqualität in Kalifornien betreffen, gelten.
Den ab dem Jahr 2000 gültigen Beschränkungen hinsichtlich der Abgasemission von Kohlenmonoxid, Kohlenwasserstoffen und Stickoxiden können Gartengeräte mit Zweitaktverbrennungsmotoren daher nicht ohne Weiteres gerecht werden. Viertaktverbrennungsmotoren sind demgegenüber für die Hersteller von Gartengeräten dahingehend von besonderem Vorteil, dass sie den 2000er CARB-Abgasvorschriften genügen. Darüber hinaus sind sie im Vergleich zu Zweitaktmotoren leiser.
Im Gegensatz zu Zweitaktmotoren, bei denen eine frische Ladung aus Kraftstoff und Luft unter Beimischung von Schmieröl gleichzeitig eingelassen wird, während Verbrennungsprodukte, darunter nicht verbrannter Kraftstoff, abgegeben werden, wird bei einem Viertaktverbrennungsmotor das Schmieröl von der Brennkammer zumeist getrennt gehalten.
Der Einlass- und Auslassventilbereich sowie die Nockenwelle und die Nockenantriebsabschnitte eines Viertaktverbrennungsmotors werden mit Öl geschmiert, das aus dem Kurbelgehäuse zugeführt wird. Die Brennkammer ist vom Kurbelgehäuse zumeist getrennt. Es wird dem Kraftstoff-Luft-Gemisch kein Schmieröl zugesetzt, wie dies bei einem Zweitaktmotor der Fall ist. Die Schmierung der Zylinderwand erfolgt über einen Kurbelgehäuseölfilm, der an der Zylinderwand entsteht. Kolbenringe dichten die Brennkammer veränderlichen Volumens ab und verhindern wirkungsvoll eine Vermischung des Schmieröls mit den Verbrennungsgasen.
Ein Nachteil der Verwendung von Viertaktverbrennungsmotoren für Gartengeräte besteht – neben dem nachteiligen Gewicht – üblicherweise in der Unmöglichkeit eines verkehrt herum oder unter einem anwenderseitig gewünschten extremen Kippwinkel erfolgenden Einsatzes des Motors. In diesen Fällen besteht nämlich die Tendenz, dass das Öl in dem Kurbelgehäuse durch den Motorblock in den Einlass- und Auslassventilbereich des Motors fließt und in den Luft-Kraftstoff-Gemisch-Einlassströmungsweg eintritt, wodurch die ansonsten wirkungsvolle Kraftstoffverbrennung während des Betriebes des Motors gestört wird. Ein kontinuierlicher Betrieb des Motors kann sogar während vergleichsweise kurzer Zeitspannen zu Kolbenfressern führen, da die Schmierölströmung auf die Zylinderwand unterbrochen ist.
Viele mit der Verwendung von Viertaktmotoren bei Gartengeräten einhergehenden Unzulänglichkeiten werden durch die Offenbarungen der beiden US-Patente 5,241,932 und 5,421,292 überwunden. Diese Patente, die für den Anmelder der vorliegenden Erfindung eingereicht wurden, offenbaren Motoren, bei denen der mit der Verwendung eines Viertaktverbrennungsmotors verbundene Gewichtsnachteil bei einem Gartengerät vermieden wird. Darüber hinaus ermöglichen sie einen wirkungsvollen Betrieb des Motors in einem weiten Bereich von Winkelanordnungen oder Ausrichtungen.
Die am 8. März 1996 ebenfalls für den Anmelder der vorliegenden Erfindung eingereichte mitanhängige US-Patentanmeldung mit der Seriennummer 08/614,835 beschreibt eine weitere Verbesserung gegenüber dem Stand der Technik. Durch diese Verbesserung wird es möglich, die Verteilung des Schmierölnebels im Motor aufrechtzuerhalten, während das flüssige Schmieröl von der Ventilkammer sowie der Nocke und dem Nockenantriebssystem getrennt bleibt. Der Motor gemäß der mitanhängigen Anmeldung, deren Offenbarung zur Offenbarung der vorliegenden Schrift hinzugenommen wird, umfasst eine Schmierölnebelverbindung, die in der Kurbelwelle und dem Kurbelwellengegengewicht ausgebildet ist. Die Kurbelwellenverbindung vereinfacht die Verteilung des in Form eines Ölnebels vorliegenden Schmieröls im Bereich der Nockenwelle und des Nocken wellenantriebes des Motors und durch Ölnebelströmungsverbindungen zu einer Hängeventilkammer.
Ein von der Kurbelwelle angetriebener Schmierölnebelerzeuger rührt das flüssige Öl in dem Kurbelgehäuse auf und erzeugt einen Schmierölnebel, der im Motor über einen Strömungsweg verteilt wird, der teilweise durch die Kurbelwellenverbindung gegeben ist. Auf diese Weise wird durch die Wirkung einer Zentrifugalkraft, die durch die Drehung der Kurbelwelle und des Kurbelwellengegengewichtes während des Betriebes des Motors erzeugt wird, verhindert, dass große Öltröpfchen in dem Ölnebel und flüssiges Öl in dem Kurbelgehäuse in die Kurbelwellenverbindung eintreten. Ein Teil des Ölnebels kann gleichwohl durch die Kurbelwellenverbindung und das Motorschmiersystem gelangen, da die durch die sich drehende Kurbelwelle erzeugten Zentrifugalkräfte kaum auf den Nebel einwirken.
Offenbarung der Erfindung
Entsprechend der vorliegenden Erfindung ist ein Viertaktverbrennungsmotor gemäß Anspruch 1 vorgesehen.
Die vorliegende Erfindung stellt eine weitere Verbessenung an Motoren desjenigen Typs dar, die in den beiden Patenten US5,241,932 und US5,421,292 sowie in der vorgenannten mitanhängigen Patentanmeldung gezeigt sind. Im Gegensatz zu den vorstehend offenbarten Motoren enthält der erfindungsgemäße Motor jedoch keinen Zerstäuber oder einen Kurbelgehäusespülbereich in einem oberen Abschnitt der Motorbaugruppe, so beispielsweise der Oberseite der Ventilkammer, oder an der Oberseite des Motorblocks. Bei der vorliegenden Erfindung ist vielmehr ein geschlossenes Mehrbereichsölnebelsystem vorgesehen, das das Kurbelgehäuse, die Kurbelwelle und den Nockenzahnradantriebsabschnitt des Motors sowie die Brennkammer umfasst. Diese Bereiche der Motorbaugruppe stehen miteinander über ein Ölnebelströmungsverbindungsfenster in dem Kurbelwellenabschnitt der Motorbaugruppe in Verbindung.
Das Ausführungsbeispiel des Motors dieser Offenbarung umfasst einen Luft-Kraftstoff-Vergaser mit einem anwenderseitig gesteuerten Sperrventil. Die Verbesserungen der Erfindung können gleichwohl auch bei Motoren zur Geltung kommen, die andere Arten von Luft-Kraftstoff-Steuerungen (beispielsweise elektronisch gesteuerte Kraftstoffeinspritzer) enthalten.
Der Ölnebel in dem Motor entsprechend der vorliegenden Erfindung wird von einem Ölnebelerzeuger oder Zerstäuber erzeugt, der von der Kurbelwelle angetrieben wird, sodass flüssiges Öl in dem Kurbelgehäuse ohne Weiteres in einen Schmierölnebel verwandelt wird. Genau wie bei dem Motor der mitanhängigen Anmeldung umfasst die Kurbelwelle entsprechend der vorliegenden Erfindung eine Radialverbindung in der Kurbelwelle und in dem Kurbelwellengegengewicht. Im Gegensatz zu dem Motor der mitanhängigen Anmeldung werden bei der Kurbelwellenverbindung des Motors entsprechend der vorliegenden Erfindung Kurbelgehäusegase in dem Motor und schließlich zu den Luft-Kraftstoff-Einlassverbindungen hin verteilt. Die auf die ölnebelhaltigen Kurbelgehäusegase wirkende Zentrifugalkraft stellt sicher, dass die Kurbelgehäusegase vergleichsweise schwach (mager) sind, bevor sie in den Luftreiniger und den Luft-Kraftstoff-Einlassbereich des Motors eintreten. Dies trägt zu einem wirkungsvollen Betrieb des Motors bei und macht eine hochgradig energieeffiziente Verbrennung möglich, da das Luft-Kraftstoff-Gemisch, abhängig von der Steuerung des Motorvergasers, durch das Vorhandensein schwacher Kurbelgehäusegase während einer positiven Belüftung des Kurbelgehäuses nicht nachteilig betroffen ist.
Das Einlassende der Kurbelwellenverbindung des Motors entsprechend der vorliegenden Erfindung steht nicht in unmittelbarer Verbindung mit dem flüssigen Öl in dem Kurbelgehäuse. Dies wird durch Einsatz einer ausgeklügelten Geometrie des Kurbelgehäuses erreicht, wodurch ermöglicht wird, dass der Füllstand des flüssigen Öls in dem Kurbelgehäuse durchweg von der Kurbelwellenverbindung getrennt ist, und zwar unabhängig von der Winkelausrichtung des Motors. Ist der Motor nicht in Betreb, und liegt das Schmieröl in dem Kurbelgehäuse in flüssiger Form vor, so wird verhindert, dass das flüssige Öl durch die der positiven Belüftung des Kurbelgehäuses dienende Verbindungsstruktur gelangt. Flüssiges Kurbelgehäuseschmieröl tritt daher nicht in den Einlass- und Auslassventilbereich an der Oberseite des Motors ein; ebenso wenig tritt es in den Luft-Kraftstoff-Einlassbereich des Motors ein. Die der positiven Belüftung des Kurbelgehäuses dienenden Verbindungen und das Kurbelgehäusespülsystem sind von der Ventilkammer, der Nocke, dem Nockenzahnradantriebsbereich des Motors sowie von der Brennkammer vollständig isoliert, wenn der Motor ausgeschaltet ist.
Entsprechend einer weiteren efindungsgemäßen Vorgabe ist eine physikalische Trennung des Kraftstellzylinderbereiches des Motors von dem Kurbelwellenbereich dadurch vorgesehen, dass Drosseln als Teil des Motorkurbelgehäusegussteils vorgesehen sind. Die Drosseln erstrecken sich über den unteren Rand des Kraftstellzylinders. Eine Kol benstange, die den Motorkolben mit der Kurbelwelle verbindet, erstreckt sich durch eine Öffnung zwischen den Drosseln. Die Wand des Zylinders unterhalb des Kolbens ist während des Betriebes des Motors von dem Kurbelgehäuse halbisoliert, wodurch die Ölmenge, die aus dem Kurbelgehäuse in den Kraftstellzylinder hinein verteilt wird, sinkt. Es wird ausreichend Öl zu Schmierzwecken vorgehalten, wobei jedoch verhindert wird, dass überschüssiges Öl in die Zylinderbohrung eintritt. Dieses Merkmal verbessert zudem die Betriebseffizienz des Motors und senkt den Ölverbrauch.
Die Nockenkammer, die die Nocke und den Nockenzahnradantrieb umgibt, ist in dem Zylinderblock und in dem Kurbelgehäuse ausgebildet. Ein an dem Zylinderblock gesicherter Zylinderkopf legt Einlass- und Auslassöffnungen fest, während eine an dem Zylinderkopf gesicherte Ventilabdeckung eine Ventilkammer für Einlass- und Auslassventile festlegt. Eine Kipphebelbaugruppe in der Ventilabdeckung betätigt die Ventile, wobei Stößelstangen die Nocke antreibbar mit der Kipphebelbaugruppe verbinden. Stößelstangenöffnungen in dem Zylinderblock stellen eine Verbindung zwischen der Ventilabdeckung und der Nockenkammer her.
Der Ölnebel in dem Kurbelgehäuse wird durch das Ölnebelströmungsverbindungsfenster in die Nockenkammer hinein verteilt.
Kurzbeschreibung der Zeichnung
1 ist eine Querschnittsansicht eines erfindungsgemäßen Motors bezüglich einer Ebene, die die Kurbelwellenachse enthält.
1a ist eine schematische Darstellung eines von einem Viertaktmotor gemäß 1 angetriebenen Grastrimmers.
2 ist eine Querschnittsansicht bezüglich einer Ebene, die sich senkrecht zur Kurbelwellenachse erstreckt.
3 ist eine Querschnittsansicht bezüglich einer Ebene, die sich senkrecht zur Kurbelwellenachse an einer Stelle erstreckt, die sich in der Nähe des Bereiches des den Nockenzahnradantriebsmechanismus enthaltenden Motorblocks befindet.
4 ist eine isometrische Ansicht der gesamten Motorbaugruppe, wobei verschiedene externe Merkmale verdeutlicht sind.
5 ist eine Querschnittsansicht eines alternativen Ausführungsbeispieles der Erfindung bezüglich einer Ebene, die die Kurbelwellenachse enthält, wobei ein Ölspritzschutzdrosselaufbau am unteren Ende des Kraftstellzylinders gezeigt ist.
6 ist eine Querschnittsansicht des Motors gemäß 5 bezüglich einer Ebene, die sich senkrecht zur Kurbelwellenachse erstreckt.
7 ist eine Explosionsansicht der Motorkurbelgehäusepressgussteile gemäß 1, 2 und 3, der Kurbelwelle, des Kolbens und des Zylinderblockgussteils.
Detailbeschreibung der Erfindung
In 1a ist ein tragbarer handgehaltener Grastrimmer mit dem Bezugszeichen 10 bezeichnet. Der Grastrimmer umfasst einen Rahmen 12, an dem ein Werkzeug, so beispielsweise ein Drehtrimmerkopf (Bezugszeichen 14) angebracht ist. Ein Viertaktverbrennungsmotor ist am gegenüberliegenden Ende des Rahmens 12, siehe Bezugszeichen 16, angebracht. Der Motor 16 weist eine motorgetriebene Kurbelwelle auf, die antreibbar über einen in dem Rahmen 12 mit Hohlrohrstruktur angeordneten flexiblen Kabelantrieb mit dem Drehkopf 14 verbunden ist. Ein Halter mit Griff ist mit dem Bezugszeichen 18 bezeichnet, wobei sich ein Schulterriemen 20 an einer Stelle in der Nähe des Schwerpunktes der Trimmeranordnung befindet. Der Riemen 20 liegt auf übliche Weise über der Schulter des Anwenders, während der Halter mit Griff den Anwender in die Lage versetzt, Einfluss auf die Stellung des Trimmers zu nehmen. Es kann ein Hilfshalter mit Griff, wie allgemein mit dem Bezugszeichen 22 bezeichnet, zum Einsatz kommen.
Wie in 1 gezeigt ist, umfasst der Motor eine Kurbelwellenumhausung 24, die in ihrem unteren Bereich ein Flüssigschmierölreservoir beziehungsweise eine Kammer 26 hierfür umfasst. Eine Kurbelwellenbaugruppe 28, die im Wesentlichen U-Form aufweist, umfasst einen ersten Wellenabschnitt 30 und einen zweiten Wellenabschnitt 32. Kurbelwellenhubabschnitte 34 und 36 sind integral mit den Wellenabschnitten 30 beziehungsweise 32 ausgebildet. Ein Kurbelstift 38 verbindet die Kurbelwellenhubabschnitte 34 und 36.
Ein Paar von Kurbelwellengegengewichten 40 und 42 ist unmittelbar gegenüber den Kurbelwellenhubabschnitten 34 beziehungsweise 36 an der Kurbelwelle ausgebildet. Der Kurbelstift ist über eine Kolbenstange 46 mit dem sich hin- und herbewegenden Kolben 44 verbunden.
Die Kurbelwelle 28 ist mittels beabstandeter und abgedichteter Lager 48 und 50, die an entgegengesetzten Seiten des Kurbelstiftes befindlich sind, spannmontiert. Das abgedichtete Lager 50 ermöglicht eine drehbare Halterung des Kurbelwellenabschnittes 30 in einem Vorsprung 52, der integral mit der Kurbelwellenumhausung gegossen ist. Auf ähnliche Weise stellt das Lager 48 ein Lager für den Kurbelwellenabschnitt 32 in der Lagerhalterung 54 dar, die ebenfalls Teil des Kurbelwellengehäusegussteils ist.
Das Kurbelwellengehäuse weist eine Endwand 56 mit einer Öffnung auf, durch die sich ein Kurbelwellenabschnitt 30 erstreckt. Eine Fluiddichtung 58 isoliert das Innere der Kurbelwellenumhausung von dem Bereich eines Anlassscheibenmechanismus 60. Eine Anlassschnur 62 ist um eine Anlassscheibe gewickelt, die am rechten Ende des Kurbelwellenabschnitts 30 verstiftet oder verkeilt ist.
Das linke Ende des Kurbelwellenabschnittes 32 ist mit einer Antriebsscheibe 64 eines Magnetzünders verstiftet, der Drehmagnete 66 und eine Zündspulenbaugruppe 68 zur Erzeugung elektrischer Energie für eine Zündkerze 70 umfasst, was nachstehend noch beschrieben wird.
Das linke Ende des Kurbelwellenabschnittes 32 ist mit einem verkeilten Abschnitt ausgebildet, der mit einer Passwelle 70 in Wirkverbindung steht, um eine Antriebsverbindung mit einem flexiblen Antriebskabel bereitzustellen, das durch den rohrförmigen Rahmen 12, wie vorstehend erläutert, läuft. Eine Umhausung 72, das aus einem geeigneten Strukturkunststoffmaterial, so beispielsweise aus fiberglasverstärktem Nylon besteht, umgibt eine Seite eines Zylinderblocks 74 aus einer Gussaluminiumlegierung, wobei der Zylinderblock 74 eine einzige Zylinderbohrung 75 aufweist, in der sich ein Kolben 44 hin- und herbewegt. Kühlrippen 76 sind an dem Zylinderblock 74 ausgebildet.
Die Welle 70 ist von einem Lager 71 gehalten, das in einer Lagerhalterung 73 sitzt. Die Welle 70 ist mit einer Zentrifugalkupplungstrommel 77 antreibbar verbunden, die Zentrifugalkupplungsschuhe 79 umgibt. Die Zentrifugalkupplungstrommel 77 ist von einer Ny lonabdeckung 72 umgeben. Der Rotor der Zentrifugalkupplung ist drehbar mit dem Kurbelwellenabschnitt 32 (siehe Bezugszeichen 81) verbunden.
Die Scheibe 64, die mit dem Kurbelwellenabschnitt 32 verstiftet oder auf andere Weise an diesem gesichert ist, ist mit Radschaufeln 78 und 80 ausgebildet, die als Zentrifugalkraftluftpumpe wirken. Ist der Motor in Betrieb, so treibt die sich drehende Kurbelwelle die Schaufeln 78 und 80 an, wodurch gezwungenermaßen eine Kühlluftströmung aus einem Einlassluftkanal 80 heraus gebildet wird. Die Luft wird über die Kühlrippen 76 geleitet und verlässt die Motorbaugruppe über ein Luftströmungsgitter 82. Wärme, die von der Brennkammer am oberen Ende der Zylinderbohrung abgestrahlt wird, wird so durch die Kühlluftströmung verteilt.
Ein Gusszylinderkopf 84 ist an der oberen Deckseite beziehungsweise der Oberseite des Zylinderblocks 74 gesichert und mit Einlass- und Auslassventilöffnungen ausgebildet, wobei die Einlassventilöffnung in der Figur mit dem Bezugszeichen 86 bezeichnet ist.
Eine Zündkerzenöffnung 88, die ebenfalls in dem Kopf 84 ausgebildet ist, nimmt eine Zündkerze 70 auf. Eine Zündkerzenspannungszuführleitung (Bezugszeichen 90) verläuft zu der Magnetzünderbaugruppe hin.
Der Zylinderkopf 84 wirkt mit der Oberseite des Zylinderblocks 44 derart zusammen, dass eine Brennkammer 92 festgelegt ist.
Das Auslassventil ist in 1 und 2 mit dem Bezugszeichen 94 bezeichnet. Ein Luft-Kraftstoff-Gemischeinlassventil ist in 2 mit dem Bezugszeichen 96 bezeichnet. Dieses ist in der in dem Zylinderkopf 84 ausgebildeten Einlassventilöffnung 98 aufgenommen.
Ein Kipphebel 100 weist ein Ende auf, das mit dem Auslassventil 94 in Eingriff bringbar ist. Ein zugehöriger Kipphebel, der in 1 nicht zu sehen, in 2 jedoch mit dem Bezugszeichen 102 versehen ist, öffnet das Einlassventil. Die Kipphebel werden von Stößelstangen betätigt, von denen eine in 1 mit dem Bezugszeichen 104 bezeichnet ist. Die Ventile werden von Ventilfedern geschlossen, die in 2 mit den Bezugszeichen 106 und 108 bezeichnet sind.
Die Kipphebel an den oberen Enden der Ventilschäfte für die Ventile 94 und 96 sind von einer Ventilabdeckung 107 umgeben, die eine Ventilkammer 110 festlegt. Die Ventilabdeckung 107, die als Stahlpressteil ausgebildet sein kann, ist mit der Oberseite des Zylinderblocks 74 verbolzt (verschraubt).
Die Stößelstangen erstrecken sich nach unten, was am besten in 1 und 3 zu sehen ist, und zwar durch im Wesentlichen vertikale Öffnungen 112 und 134, die in dem Zylinderkopfgussteil ausgebildet sind. Die Öffnung 112 für die Stößelstange 104, die das Auslassventil 94 betätigt, und die Öffnung 134 für die zugehörige Stößelstange 132 für das Einlassventil weisen einen Durchmesser auf, der ausreichend ist, um eine Strömungsverbindung für den Schmierölnebel festzulegen, was nachstehend noch beschrieben wird.
Eine Motorabdeckung 109 und das Gitter 82 können als einheitliches Nylongussstück ausgebildet sein, das an der mit dem Bezugszeichen 111 bezeichneten Stelle mit dem Kurbelwellengehäuse 24 verbolzt (verschraubt) sein kann.
Der Zylinderblock 74 umfasst einen Abschnitt 114, der eine Kammer 116 festlegt, die eine Nocke 118 einschließt, was nachstehend anhand 3 noch beschrieben wird.
Ein Nockenstößel vorn Froschbeintyp, der am besten in 3 zu sehen ist, ist derart angebracht, dass er eine Oszillationsbewegung an der Trägerwelle 120 ausführen kann. Die Trägerwelle 120 ist wiederum in Öffnungen gehalten, die in dem Zylinderblock 74 ausgebildet sind.
Ein Nockenantriebszahnrad 122 ist an dem Kurbelwellenabschnitt 30 befestigt oder anderweitig gesichert, und zwar an der Innenseite der Dichtung 58. Das Antriebszahnrad 122 kämmt mit dem Zahnrad 124 und treibt dieses an. Die Nocke 118 ist an dem Zahnrad 124 befestigt und dreht sich mit diesem.
Wie in 3 gezeigt ist, ist die Nocke 118 über Nockenstößelabschnitte 126 und 128 an dem Nockenstößel vom Froschbeintyp 130 in Eingriff. Wie am besten in 3 zu sehen ist, steht der Stößel 130 mit den unteren Enden der Stößelstangen der Einlass- und Auslassventile in Eingriff. Die Stößelstange für das Einlassventil gemäß vorstehender Beschreibung ist mit dem Bezugszeichen 132 bezeichnet. Die Stößelstange für das Auslassventil gemäß vorstehender Beschreibung ist in 3 wie auch in 1 gezeigt.
Die Stößelstange 132 ist in einer sich im Wesentlichen vertikal erstreckenden Öffnung 134 aufgenommen, die der Öffnung 112 für die Stößelstange 104 des Auslassventils entspricht. Entsprechend der Öffnung 112 stellt die Öffnung 134 eine Verbindung zwischen der Nockenkammer 116 und der Ventilkammer 100 her.
Das Kurbelgehäuseumhausung 24 ist, wie am besten in 3 zu sehen ist, mit inneren Vorsprüngen 136 wie auch mit einer inneren Wand 138 versehen, die einen Teil der Kurbelgehäuseumhausung bildet. Diese umschließt beziehungsweise umgibt das Nockenwellenantriebszahnrad 122 teilweise. Eine Öffnung beziehungsweise ein Fenster 140 ist in der Wand 138 ausgebildet, wodurch eine Verbindung zwischen der Kammer 116 für die Nocke 118 und der Kurbelgehäusekammer 26 verwirklicht ist. Vorsprünge 136 verlaufen im Wesentlichen radial und sind an jeder Axialseite der Umhausung 24 angeordnet.
Wie in 2 zu sehen ist, ist ein Zerstäuber beziehungsweise ein Ölnebelerzeuger mit dem Bezugszeichen 141 bezeichnet. Dieser ist zwischen dem Gegengewicht 42 und dem Gegengewicht 40 angeordnet, obwohl er während des Antriebes durch die Kurbelwelle auch an anderen Stellen angeordnet sein kann.
Die Verbindungsstange 46 ist über das Lager 142 an dem Kurbelstift 38 gelagert. Mit der Drehung der Kurbelwelle tritt der Ölnebelerzeuger oder Zerstäuber 141 diskontinuierlich mit dem Öl in der Kurbelgehäusekammer 26 in Wechselwirkung, wodurch das Öl aufgerührt und ein Ölnebel erzeugt wird, der die gesamte Kurbelgehäusekammer einnimmt.
Die Einlassventilöffnung 98 steht mit der Einlassverbindung 144 in Verbindung, was am besten in 2 zu sehen ist. Eine Luftreinigerbaugruppe 146 ermöglicht die Durchleitung eines Gemisches aus Einlassluft und Kraftstoff zu der Einlassverbindung 144. Die Auslassverbindung für den Motor ist in 2 mit dem Bezugszeichen 148 bezeichnet. Diese erstreckt sich zu einer Abgasbaugruppe hin, die allgemein mit dem Bezugszeichen 150 bezeichnet ist. Ein Wärmeschirm aus einem geeigneten wärmebeständigen Polymerharzmaterial kann zwischen dem Abgasverbindungsauslass und den Motorgussteilen, wie in 2 mit dem Bezugszeichen 151 bezeichnet, angeordnet sein.
Ein Nylongusstank für Kraftstoff, in dem Kraftstoff vorgehalten wird, ist in 2 mit dem Bezugszeichen 152 bezeichnet. Wie in 1 und 2 gezeigt ist, ist der Tank 152 unterhalb der Kurbelgehäusekammer 26 angeordnet, wobei die Form der Kurbelgehäusekammer 26 im Wesentlichen kreisförmig um die Kurbelwellenachse ist, wenn der Motor in Richtung der Kurbelwellenachse (siehe 2) betrachtet wird. Die Ebene gemäß 2 ist um 90° von der Ebene der Querschnittsansicht gemäß 1 verschieden. Die Kurbelgehäusekammer 26 liegt im Wesentlichen unterhalb der Kurbelwelle in dem Bereich der Ebene der Kurbelwellenhubabschnitte.
Es ist aus der vorhergehenden Beschreibung ersichtlich, dass der Ölnebel, der in dem Kurbelgehäuse während des Betriebes des Motors erzeugt wird, durch die Kurbelgehäusekammer wie auch durch die Nockenkammer 116 und die Ventilkammer 110 übertragen wird. Dies ist durch die gegenseitige Verbindung der Kammern innerhalb eines geschlossenen Systems bedingt. Wie bereits ausgeführt wurde, wird diese Verbindung teilweise durch das Fenster 140 hergestellt.
Im Gegensatz zur gezeigten Ausgestaltung umfassen beispielsweise in der mitanhängigen Patentanmeldung 08/614,835 weder die Ventilabdeckung noch die Zylinderumhausung eine Belüftungsöffnung. Das von der Ventilkammer, dem Nockenumhausungsabschnitt und dem Kurbelgehäuse festgelegte geschlossene System nimmt den von dem Ölnebelerzeuger bei Betrieb des Motors erzeugten Ölnebel auf, wodurch eine Schmierung des gesamten Motors sichergestellt ist, wobei flüssiges Öl aus der Brennkammer ferngehalten wird.
Nachstehend wird das Kurbelgehäusespül- oder Belüftungssystem beschrieben.
Wie in 1 gezeigt ist, ist das Gegengewicht 42 mit einer Radialverbindung 156 versehen, die mit einer Axialverbindung 158 in Verbindung steht, die wiederum in dem Kurbelwellenabschnitt 32 ausgebildet ist. Eine Radialöffnung 160 ist in dem Kurbelwellenabschnitt 32 an einer Stelle ausgebildet, die zwischen dem abgedichteten Wellenlager 48 und der Ölabdichtung 162 befindlich ist. Dies stellt eine Verbindung zwischen der Radialverbindung 156 und der Radialverbindung 164 her, die in der Kurbelgehäuseumhausung ausgebildet ist. Die Verbindung 164 steht mit einem Rohr oder einer Verbindung 166 in Verbindung, die sich aus dem Zylinderblock herauserstreckt. Die Verbindung 166 steht wiederum mit dem Kraftstoff-Luft-Einlasssystem im Bereich des Luftreinigers (in 2 mit dem Bezugszeichen 146 bezeichnet) in Verbindung.
Während des Betriebes des Motors dreht sich die Radialverbindung 156 mit der Kurbelwelle mit hoher Geschwindigkeit. Die durch diese Drehung bewirkte Zentrifugalkraftwirkung bewirkt, dass große Öltröpfchen und flüssiges Öl radial nach außen getrieben werden, wodurch verhindert wird, dass Kurbelgehäusegas, das durch die Verbindung 158 hindurchtritt, flüssiges Öl mitnimmt.
Das Kurbelgehäusegas, das schließlich das Luft-Kraftstoff-Einlasssystem des Motors erreicht, ist somit vergleichsweise schwach (mager). Das Kurbelgehäusegas hat somit keinen Einfluss auf die Verbrennung. Die Qualität der Abgasemissionen steigt aus diesem Grunde wesentlich. Darüber hinaus verhindert das Nichtvorhandensein einer Kurbelgehäusebelüftung die Abgabe von Kurbelgehäusegas nach draußen.
In 1 sind vier Bezugslinien gezeigt, die mit den Buchstaben N, H, VD und VU bezeichnet sind. Diese Bezugslinien stellen den Füllstand des Öls in der Kurbelgehäusekammer 26 bei verschiedenen Winkelausrichtungen des Motors dar, wenn der Motor nicht in Betrieb ist. Im Normalbetrieb entspricht der Füllstand des Öls der Linie N-N. Es wird deutlich, dass die Bezugslinie N-N unterhalb des Einlasses in den Durchlass 156 in dem Gegengewicht 42 ist. Wird der Motor in einer horizontalen Stellung gehalten, so ist auf gleiche Weise der Füllstand des Öls, der durch die Linie H-H dargestellt ist, unterhalb des Einlasses der Verbindung 156.
Wird der Motor in die vertikal nach unten weisende Richtung gedreht (das heißt die Kurbelwelle erstreckt sich mit ihrem äußeren Ende nach unten), so ist der Füllstand des Öls durch die Linie VD-VD gegeben. Wird der Motor in die vertikal nach oben weisende Richtung bewegt, so entspricht dem Füllstand des Öls die Linie VU-VU. Es ist ersichtlich, dass unabhängig von der Ausrichtung des Motors kein Eintritt flüssigen Öls in die Verbindung 156 erfolgen kann. Ist der Motor ausgeschaltet, so kann daher kein Öl in das Luft-Kraftstoff-System oder in die Ventilkammer eintreten.
5 und 6 sind Querschnittsansichten einer Abwandlung des Motors. Diese Ansichten entsprechen im Wesentlichen denjenigen gemäß 1 und 3. Der Unterschied zu 1 und 3 liegt lediglich darin, dass hier Ölspritzschutzdrosselwände 170, 172 dargestellt sind, die in der Kurbelgehäuseumhausung ausgebildet sind. Diese Drosselwände erstrecken sich auf die Verbindungsstange 46' zu, die der Verbindungsstange 46 gemäß 1 und 3 entspricht.
Die in 5 und 6 gezeigten Elemente des Motoraufbaus, die Entsprechungen im Motoraufbau gemäß 1 und 3 aufweisen, sind in 5 und 6 mit identischen Bezugszeichen bezeichnet, denen jedoch ein Strich beigefügt ist.
Der Raum zwischen den Spritzschutzdrosselwänden 170, 172 ermöglicht, dass die Verbindungsstange 46' frei oszilliert, wenn der Kolben die Zylinderbohrung in ihrer gesamten Erstreckung durchläuft. Die Drosselwände 170, 172 bedecken einen großen Teil der unteren Öffnung am Rand der Zylinderbohrung wirkungsvoll. Dies vermindert die Verteilung eines Ölnebels aus der Kurbelgehäusekammer 26' in die Zylinderbohrung unterhalb des Kolbens 44' wesentlich. Da weniger Öl die Oberfläche der Bohrung benässt, verringert das Vorhandensein der Drosselwände den Ölverbrauch, wobei dennoch möglich ist, dass eine ausreichende Ölmenge die Zylinderwände zu Schmierzwecken erreicht. Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung wird, so hat man herausgefunden, der Ölverbrauch von ungefähr 3 cm³/h auf 1 cm³/h verringert.
Während des Betriebes des Motors rührt der Ölnebelerzeuger 141 das Öl in der Kurbelgehäusekammer 26 ausreichend auf. Die auf diese Weise dem Öl verliehene Energie erzeugt den Ölnebel und verteilt ihn in dem geschlossenen System, das durch die Kammer 26, die Kammer 116 und die Kammer 110 gegeben ist. Sinusartige Druckpulse, die durch die Hin- und Herbewegung des Kolbens 44 erzeugt werden, tragen zur Verteilung des Ölnebel bei.
Das sich drehende Nockenantriebszahnrad 122 und das Antriebszahnrad 124 fördern zudem die Verteilung des Ölnebels in dem geschlossenen Ölnebelsystem, wenn der Ölnebel durch das Fenster 140 in der Wand 138 in die Kammer 116 geleitet wird. Die Zahnradzähne des antreibenden und des angetnebenen Zahnrades 122 und 124 verteilen den Ölnebel, der durch das Fenster 140 gelangt und fördern die Erzeugung und Verteilung eines Gemisches aus feinen Öltröpfchen und Luft in dem geschlossenen System. Der Ölnebel wird in ausreichender Menge zur Schmierung des Motors verteilt.
Die Zähne des antreibenden und des angetriebenen Zahnrades 122 und 124 bewegen sich vorzugsweise im Gegenuhrzeigersinn beziehungsweise im Uhrzeigersinn, wenn das Gemisch aus Öltröpfchen und Luft eingeleitet wird, um die Kammer 26 zu durchqueren, und um in die Stößelstangenöffnungen 112 und 134 und die Ventilkammer 110 einzutreten. Die Zahnräder 122, 124 können derart ausgestaltet sein, dass sie als Zahnradpumpe wirken, wenn das Fenster 140 in der Wand 138 an der gegenüberliegenden Seite der Zahnräder angeordnet ist. Der Pumpeffekt der Zahnräder trägt in diesem Fall zur Verteilung des Ölnebels durch das geschlossene System bei. Die Wirksamkeit des Pumpeffektes der Zahnräder erhöht sich selbstredend, wenn der Zwischenraum zwischen dem Kopfkreis für die Zähne des Zahnrades und die Wand 138 abnimmt.
Der Zahnradpumpeffekt kann auch dadurch erhalten werden, dass der Motor derart ausgestaltet wird, dass die Drehrichtung der Zahnräder umgekehrt ist. In diesem Fall ist das Fenster 140 gemäß Darstellung in 3 angeordnet.
7 ist eine Explosionsansicht des Kurbelgehäuses, des Zylinderblocks 74, des Kolbens 44 und der Kurbelwelle 28. Das Kurbelgehäuse ist ein zweistückiges Pressgussteil, wobei die beiden Teile während des Zusammenbaus des Motors zusammengefügt werden, sodass sie ein einheitliches Kurbelgehäuse bilden. Aus Gründen der Klarheit sind die beiden Pressgussteile, aus denen das Kurbelgehäuse zusammengesetzt ist, in 7 mit separaten Bezugszeichen 24', 24'' bezeichnet, was dem Bezugszeichen 24 in den anderen Ansichten entspricht.
7 zeigt das Kurbelgehäuse für den Motor gemäß 1, 2 und 3. Nicht gezeigt sind hier die Spritzschutzdrosseln, die bei dem Motor gemäß 5 und 6 zum Einsatz kommen.
Die Oberseite der Kurbelgehäuseumhausung weist eine kreisförmige Öffnung auf, die durch halbkreisförmige Abschnitte 174' und 174'' festgelegt ist, die in den Pressgussteilkurbelgehäuseumhausungsteilen 24' beziehungsweise 24'' ausgebildet sind. Der Zylinder 75 weist einen unteren Rand 176 auf, der in der Öffnung 174'/174'' aufgenommen ist.
Das Fenster 104 ist in der Darstellung des Kurbelgehäuseteils 24' deutlich sichtbar. Es stellt eine Verbindung zwischen der Nockenkammer und der Kurbelgehäusekammer her. Die Kurbelgehäusekammer ist aus Gründen darstellerischer Klarheit in 7 mit den Bezugszeichen 26' und 26'' bezeichnet, anstatt dass ein einzelnes Bezugszeichen 26 verwendet würde.
Die Nockenkammer 116 ist teilweise durch das Kurbelgehäuseteil 24' und den Zylinderblock 74 festgelegt, der ebenfalls als Pressgussteil aus einer Aluminiumlegierung ausgebildet ist.

Claims

Viertaktverbrennungsmotor zur Verwendung mit einem von einem Anwender gehaltenen Gerät, wobei der Motor umfasst: ein Kurbelgehäuse mit einer Schmierölkammer, einem an dem Kurbelgehäuse gesicherten Zylinderblock mit einer Zylinderbohrung und einer Nockenkammer; einen Zylinderkopf, der an dem Zylinderblock gesichert ist; Hängeeinlass- und Auslassventilöffnungen in dem Zylinderkopf; eine Ventilabdeckung, die eine Ventilkammer festlegt, wobei die Ventilkammer Einlass- und Auslassventile umschließt, die mit den Einlass- und Auslassventilöffnungen in Wirkverbindung stehen; einen Nocken- und Nockenantriebsmechanismus in einer Nockenkammer, wobei der Nockenantriebsmechanismus Ventilbetätigungsstößeistangen umfasst; eine Kipphebelbaugruppe in der Ventilkammer, die die Stößelstangen und die Einlass- und Auslassventile antreibbar verbindet; wenigstens eine Stößelstangenöffnung, wobei sich wenigstens eine der Stößelstangen durch die Stößelstangenöffnung erstreckt; eine Kurbelgehäuseschmierölkammer, die über die Stößelstangenöffnung mit der Ventilkammer in Verbindung steht; eine Kurbelwelle, die in dem Kurbelgehäuse gelagert ist; einen Ölnebelerzeuger, der mit der Kurbelwelle antreibbar verbunden ist, wobei flüssiges Öl in der Schmierölkammer durch den Ölnebelerzeuger zu einem Ölnebel gerührt wird; einen offenen Verbindungsweg zwischen der Schmierölkammer und der Nockenkammer, wobei die Anordnung derart ist, dass die Schmierölkammer, die Nockenkammer und die Ventilkammer ein geschlossenes Ölnebelsystem bilden, das eine Schmierölnebelverteilung im gesamten Motor ermöglicht; eine in der Kurbelwelle ausgebildete Kurbelwellenverbindung mit einem Kurbelgehäusegasstromeintrittsabschnitt umfasst, der sich von der Kurbelwelle weg in einer Richtung radial nach außen erstreckt; wobei der Motor ein Luft-/Kraftstoffansaugsystem, das mit der Einlassventilöffnung in Verbindung steht; und eine Ölnebelstromverbindungsstruktur aufweist, die sich von der Kurbelwellenverbindung zu dem Ansaugsystem erstreckt, wodurch Kurbelgehäusegase spülgereinigt werden.
Verbrennungsmotor nach Anspruch 1, der des Weiteren ein von einem Anwender gehaltenes und geringes Gewicht aufweisendes Elektrogerät umfasst, das einen Rahmen mit einem darauf angebrachten Werkzeug aufweist, wobei die Kurbelwelle des Verbrennungsmotors mit dem Werkzeug antreibbar verbunden ist, und wobei der Motor von dem Rahmen getragen ist.
Verbrennungsmotor nach Anspruch 1, bei dem die Kurbelwellenverbindung mit der Kurbelwelle dreht und eine Zentrifugalkraft auf flüssiges Öl und Tröpfchen von flüssigem Öl derart entwickelt, dass eine schwache Kurbelgehäusegasverteilung zu dem Ansaugsystem bewirkt wird.
Verbrennungsmotor nach Anspruch 1, der des Weiteren eine Drosselstruktur zwischen dem Kurbelgehäuse und der Zylinderbohrung umfasst, wobei der Motor einen Kolben in der Zylinderbohrung und eine den Kolben mit der Kurbelwelle verbindende Kolbenstange aufweist, und wobei die Drosselstruktur eine Öffnung festlegt, durch die sich die Kurbelstrange erstreckt, sodass eine übermäßige Schmierölverteilung zu der Zylinderbohrung minimiert wird, wodurch der Ölverbrauch sinkt.