EP3660285B1 - Gemischgeschmierter viertaktmotor, handgeführtes arbeitsgerät mit einem viertaktmotor und verfahren zum betrieb eines gemischgeschmierten viertaktmotors - Google Patents

Gemischgeschmierter viertaktmotor, handgeführtes arbeitsgerät mit einem viertaktmotor und verfahren zum betrieb eines gemischgeschmierten viertaktmotors Download PDF

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EP3660285B1
EP3660285B1 EP19207081.1A EP19207081A EP3660285B1 EP 3660285 B1 EP3660285 B1 EP 3660285B1 EP 19207081 A EP19207081 A EP 19207081A EP 3660285 B1 EP3660285 B1 EP 3660285B1
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fuel
stroke engine
stroke
combustion chamber
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Andreas Stihl AG and Co KG
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    • F02B2075/027—Engines characterised by their cycles, e.g. six-stroke having less than six strokes per cycle four

Definitions

  • the invention relates to a mixture-lubricated four-stroke engine of the type specified in the preamble of claim 1 and claim 12, a hand-held implement with a mixture-lubricated four-stroke engine and a method for operating a mixture-lubricated four-stroke engine of the type specified in the preamble of claim 14 and claim 15.
  • a generic mixture-lubricated four-stroke engine is known.
  • a flow connection is provided that connects the intake port to the crankcase.
  • a mixture preparation device is provided for supplying fuel to the intake port.
  • Such mixture preparation devices are usually carburetors, in which the fuel quantity supplied to the intake duct depends on the negative pressure prevailing in the intake duct.
  • another generically lubricated four-stroke engine is known.
  • the invention is based on the object of creating a four-stroke engine of the generic type which enables improved control of the quantity of fuel supplied with good lubrication of the crankcase.
  • a further object of the invention consists in specifying a hand-operated implement with a four-stroke engine.
  • One A further object of the invention is to specify a method for operating a mixture-lubricated four-stroke engine.
  • this object is achieved by a four-stroke engine having the features of claim 1 and by a four-stroke engine having the features of claim 12 .
  • the object is achieved by a tool having the features of claim 13 .
  • the object is achieved by a method for operating a mixture-lubricated four-stroke engine with the features of claim 14 and by a method for operating a mixture-lubricated four-stroke engine with the features of claim 15.
  • the invention provides that the amount of fuel supplied to the fuel opening is controlled by a fuel valve.
  • the amount of fuel supplied to the internal combustion engine can be controlled more precisely than, for example, in the case of a fuel supply in which the amount of fuel drawn in is dependent solely on the vacuum in the intake port. This is the case, for example, with carburetors that operate without a controlled fuel valve.
  • the controller of the four-stroke engine is designed to activate the fuel valve as a function of the position of the crankshaft.
  • the opening time and the closing time of the fuel valve are therefore not only selected as a function of the fuel quantity to be supplied, but also as a function of the position of the crankshaft, ie as a function of the crankshaft angle. It is provided that the fuel valve is also open at least during part of the compression stroke of the four-stroke engine. During the compression stroke, the pressure in the combustion chamber increases and the intake valve closes shortly after the compression stroke begins. It has now been shown that the fact that the fuel valve is open at least also during part of the compression stroke of the four-stroke engine results in improved intake of fuel into the crankcase interior via the flow connection can be.
  • the fuel valve is opened only before and/or during the intake stroke, the fuel fed into the intake channel largely, in particular almost completely, enters the combustion chamber, so that adequate lubrication of the crankcase cannot be ensured. If the fuel valve is opened and closed independently of the position of the crankshaft, there are strong fluctuations in the composition of the mixture in the combustion chamber, which causes the four-stroke engine to run unevenly.
  • the intake stroke of the four-stroke engine is the stroke in which the piston increases the volume of the combustion chamber and the intake valve is open at least temporarily, in particular over the entire stroke.
  • the compression stroke is the stroke in which the piston reduces the volume of the combustion chamber and in which the exhaust valve is closed.
  • the intake valve is also closed at least temporarily during the compression stroke.
  • the power stroke is the stroke in which the piston increases the volume of the combustion chamber and the intake valve is closed. Combustion occurs in the combustion chamber at the end of the compression stroke or at the beginning of the power stroke.
  • the exhaust stroke is the stroke in which the exhaust valve is open and the piston reduces the volume of the combustion chamber, causing exhaust gases to be expelled through the exhaust. Intake stroke, compression stroke, power stroke and exhaust stroke follow one another in this order.
  • the fuel valve is advantageously open both during part of the intake stroke and during at least part of the compression stroke.
  • the fuel valve opens during the compression stroke and is open during the power stroke, the exhaust stroke and at least part of the intake stroke.
  • the fuel valve can also be closed during the power stroke and the exhaust stroke.
  • the fuel valve is open at least once during each intake valve opening period. This ensures a sufficient supply of fuel to the combustion chamber.
  • Beneficial lies in every engine cycle at least 20% of the fuel valve opening period in the compression stroke. It has been shown that good lubrication of the moving parts in the interior of the crankcase can be achieved in this way.
  • the mixture formation device is a carburetor.
  • the carburetor has at least one fuel port fed by a fuel passage.
  • the amount of fuel flowing through the fuel channel is advantageously controlled by the fuel valve.
  • the fuel opening is preferably arranged in the area of a venturi section of the carburetor, and the fuel is sucked into the intake duct due to the negative pressure prevailing in the intake duct when the fuel valve is open. Accordingly, there is no fuel injection into the intake port, but intake.
  • the fuel valve is preferably an electromagnetic valve.
  • the fuel valve is open when there is no current. In an alternative advantageous design, it can also be provided that the fuel valve is closed in the de-energized state.
  • the inlet valve and the outlet valve are advantageously controlled via a valve train depending on the position of the crankshaft.
  • the valve train can comprise push rods which act on rocker arms for actuating the intake valve and exhaust valve.
  • the valve train can include a drive wheel and a driven wheel, which are coupled to one another via a transmission means such as a chain, a belt or the like, with the driven wheel driving a camshaft that actuates the intake valve and exhaust valve.
  • the valve train can be designed as a gear train.
  • Other known configurations for the valve train can also be advantageous.
  • the valve train is advantageously arranged in a valve train chamber, with at least part of the valve train chamber forming at least part of the flow connection.
  • valve train is lubricated by the mixture flowing from the intake port into the interior of the crankcase and back.
  • a separate lubrication for the valve train can be omitted.
  • the valve train is as Formed rocker arm mechanism, and the valve train chamber comprises a rocker arm chamber and at least one connecting channel, which form parts of the flow connection.
  • the rocker arm space is advantageously connected to the intake port via at least one connection opening.
  • a connection opening can be provided which connects the intake duct to the connection duct or to a cam chamber of the four-stroke engine.
  • the connection opening to the intake duct can be permanently open or, for example, controlled as a function of the speed.
  • the fuel valve is also open at least during part of the exhaust stroke of the four-stroke engine.
  • the intake valve opens during the exhaust stroke. It has now been shown that the fact that the fuel valve is also open at least during a part of the exhaust stroke of the four-stroke engine can improve the intake of fuel into the crankcase interior via the flow connection. In this case, the fuel valve is advantageously at least partially open, while the inlet valve is closed.
  • the four-stroke engine rotates at a speed of 5,000 to 11,000 revolutions per minute at full load. It has been shown that, particularly in a speed range from 5,000 to 11,000 revolutions per minute, sufficient lubrication of the crankcase interior can be ensured by opening the fuel valve during part of the compression stroke, even at full load.
  • the four-stroke engine preferably rotates at full load at a speed of 5,000 to 9,000 revolutions per minute. If the opening and closing times of the fuel valve are not adapted to the engine cycle at such comparatively low full-load speeds, the result can be insufficient fuel supply and thus uneven running of the internal combustion engine and insufficient lubrication of the crankcase interior.
  • the combustion chamber being delimited by a piston movably mounted in the cylinder, the piston driving a crankshaft rotatably mounted in a crankcase interior in rotation
  • the four-stroke engine having an intake port which opens into the combustion chamber via an inlet opening controlled by an inlet valve, with an outlet channel controlled by an outlet valve leading out of the combustion chamber, with a mixture-forming device, with the mixture-forming device comprising at least one fuel opening that opens into the intake channel
  • the four-stroke engine for lubrication of the crankcase interior has a flow connection which connects the intake port with a connecting opening which opens into the intake port downstream of the mixture-forming device with the crankcase interior, it is provided that the fuel opening z ubowten quantity of fuel is controlled by a fuel valve, and that the fuel valve is controlled depending on the position of the crankshaft such that the fuel valve is open at least during part of the compression stroke of the four-stroke engine.
  • the four-stroke engine has an intake port, which opens into the combustion chamber via an intake opening controlled by an intake valve, with an outlet port controlled by an exhaust valve leading from the combustion chamber, with a mixture-forming device, the mixture-forming device comprising at least one fuel opening, which opens into the intake port, the four-stroke engine for lubricating the crankcase interior has a flow connection which connects the intake duct with a connecting opening opening into the intake duct downstream of the mixture formation device with the crankcase interior, provided that the fuel ffopening controlled amount of fuel supplied by a fuel valve and that the fuel valve is controlled as a function of the position of the crankshaft in such a way that the fuel valve is also open at least during part of the exhaust stroke of the four-
  • a hand-held blower 50 is shown as an exemplary embodiment of a working device.
  • the tool of a blower 50 is a blower wheel, not shown, which promotes a flow of working air through a blower tube 52 .
  • the blower 50 has a handle 51 with which the blower 50 can be guided.
  • the blower 50 also has a housing 53 in which the 1 schematically illustrated four-stroke engine 1 is arranged.
  • a starting device, not shown in detail, is used to start the four-stroke engine 1 , in particular a pull-rope starter, the starter handle 54 of which protrudes from the housing 53 .
  • the four-stroke engine is manually startable by an operator.
  • the four-stroke engine 1 has a cylinder 2 in which a combustion chamber 3 is formed.
  • the combustion chamber 3 is delimited by a piston 4 which is mounted in a cylinder bore 43 of the cylinder 2 so that it can move back and forth.
  • 1 shows the four-stroke engine 1 during the downward stroke of the piston 4, in which the piston 4 moves in the direction of an arrow 32.
  • the volume of the combustion chamber 3 increases.
  • the volume of the combustion chamber 3 decreases.
  • the piston 4 drives a crankshaft 7 rotatably mounted in a crankcase 5 .
  • the crankshaft 7 is rotatably mounted about an axis of rotation 44 .
  • the crankshaft 7 rotates in the direction of an arrow 31.
  • the rotational position of the crankshaft 7 is specified as the crankshaft angle ⁇ .
  • the crankshaft angle ⁇ is 0° at the top dead center of the piston 4 and 180° at the bottom dead center of the piston 4 .
  • a crankcase interior 6 is formed in the crankcase 5 .
  • the four-stroke engine 1 has an intake port 21 for supplying the fuel/air mixture.
  • a section of the intake channel 21 is formed in a mixture formation device 17 in the exemplary embodiment.
  • the mixture formation device 17 is advantageously a carburetor.
  • the mixture formation device 17 has a venturi section 29 in which a fuel opening 18 opens into the intake channel 21 .
  • the fuel opening 18 is connected via a fuel passage 33 to a fuel valve 19 to which fuel is supplied from a fuel tank, not shown.
  • the fuel valve 19 controls the amount of fuel supplied to the fuel port 18 .
  • the fuel valve 19 is advantageously an electromagnetic valve.
  • the fuel valve 19 is activated by a controller 20 .
  • the fuel valve 19 is actuated as a function of the rotational position of the crankshaft 7, ie as a function of the crankshaft angle ⁇ .
  • the controller 20 is designed so that the fuel valve 19 in the appropriate, matched to the engine cycle way can be controlled.
  • the controller 20 is equipped with a rotational position detector 47 for detecting the rotational position of the crankshaft 7, ie for detecting the crankshaft angle ⁇ .
  • the rotational position detector 47 can have, for example, at least one sensor for detecting the rotational position of the crankshaft 7 .
  • the rotary position detector 47 can also determine the rotary position of the crankshaft 7, i.e.
  • the crankshaft angle ⁇ from other signals, for example the voltage induced in an ignition device of the four-stroke engine 1 or the voltage induced in a generator of the four-stroke engine 1 or a combination of several signals.
  • a detection of the rotational position of the crankshaft 7 from other signals, for example with the aid of the pressure prevailing in the crankcase interior 6, can also be provided.
  • the fuel valve 19 is a normally open valve. In an alternative configuration, the fuel valve 19 can also be a fuel valve that is closed in the de-energized state.
  • a throttle element 16 Downstream of the fuel opening 18, a throttle element 16, in the exemplary embodiment a throttle flap, is pivotably mounted in the intake passage. An operator can use the throttle element 16 to set the quantity of fuel/air mixture sucked in through the intake passage 21 .
  • the intake channel 21 opens out with an inlet opening 22 on the combustion chamber.
  • the inlet opening 22 is controlled by an inlet valve 24 .
  • the inlet valve 24 can be moved in the direction of a double arrow 45 .
  • the inlet valve 24 has a valve plate 27 which opens or closes the inlet opening 22 depending on the position of the inlet valve 24 .
  • An outlet opening 23 leads out of the combustion chamber 3 and is opened or closed by a valve disk 28 of an outlet valve 25 .
  • An outlet channel 26 via which exhaust gases flow out of the combustion chamber 3 , connects to the outlet opening 23 .
  • An exhaust gas silencer (not shown) is advantageously connected to the outlet channel 26 .
  • valve train 34 is provided 1 schematically indicated and to 2 is described in detail.
  • the valve train 34 is arranged in a valve train chamber 30 .
  • the intake channel 21 is connected to the crankcase interior 6 via a flow connection.
  • the flow connection includes the valve train chamber 30 and a connection opening 11. How 1 shows, the connection opening 11 opens into the intake passage 21 with an orifice opening 42 .
  • the orifice opening 42 is arranged downstream of the throttle element 16 .
  • the valve train chamber 30 comprises a rocker arm chamber 10 and at least one connecting channel 9 which, in the exemplary embodiment, is connected to the crankcase interior 6 via a further connecting opening 48 .
  • a drive wheel 35 is connected to the crankshaft 7 in a torque-proof manner and meshes with a driven wheel 36.
  • the diameter of the driven wheel 36 is significantly larger than that of the drive wheel 35, so that the drive wheel 35 and the driven wheel 36 form a reduction gear.
  • a cam 37 is fixed to the output wheel 36, on which two rocker arms 38 rest.
  • the output wheel 36 and the cam 37 advantageously rotate at half the speed of the crankshaft 7.
  • a support 41 is formed on each rocker arm 38, on which a push rod 39 rests.
  • the push rods 39 each actuate a rocker arm 40.
  • the rocker arms 40 are arranged in the rocker arm chamber 10 and in turn actuate the tappets of the inlet valve 24 and outlet valve 25.
  • the valves 24 and 25 ( 1 ) are spring-mounted in the direction of their closed position and are moved by the rocker arms 40 in the direction of their open position when the push rods 39 move further away from the crankcase 5 into the rocker arm space 10 .
  • the push rods 39 run through the connecting channels 9.
  • the output gear 36, the cam 37 and the rocker arms 38 are arranged in a cam chamber 46.
  • the cam space 46 is via the in 1 connection opening 48 shown schematically connected to the crankcase interior 6.
  • FIG. 3 shows schematically the course of the pressure p in the combustion chamber 3, the opening period A of the exhaust valve, the opening period E of the intake valve and the opening period T of the fuel valve 19 over the crankshaft angle a. 3 shows the course over two engine cycles. Each engine cycle includes a power stroke 14, an exhaust stroke 15, an intake stroke 12 and a compression stroke 13, which follow one another in this order.
  • intake valve 24 and exhaust valve 25 are closed.
  • the pressure p in the combustion chamber 3 reaches its maximum at the beginning of the power stroke 14 and then falls sharply.
  • the maximum pressure results from the previous combustion of the fuel/air mixture in combustion chamber 3.
  • piston 4 moves in the direction from combustion chamber 3 to crankcase interior 6, i.e. in the direction of arrow 32 in 1 .
  • the piston 4 executes a downward stroke, with the volume of the combustion chamber 3 increasing. Due to the increasing volume in the combustion chamber 3, the pressure drops.
  • crankshaft angle of 180° the bottom dead center of the piston 4 is reached.
  • ⁇ the crankshaft angle from 180° to 360° in the diagram in 3 extends the exhaust stroke 15.
  • the piston 4 moves in the upstroke from the crankcase interior 6 in the direction of the combustion chamber 3.
  • the piston 4 increases the volume of the crankcase interior 6 and reduces the volume of the combustion chamber 3.
  • the opening period A of the exhaust valve is in 3 represented by a block beginning at an opening time a 1 and ending at a closing time a 2 .
  • the opening period E of the intake valve 24 is in 3 represented by a block beginning at an opening time e 1 and ending at a closing time e 2 .
  • the exhaust valve 25 opens at the opening time a 1 , which is in the second half of the power stroke 14 .
  • exhaust gases flow out of the combustion chamber 3 through the opened outlet opening 23 into the outlet channel 26 .
  • the piston 4 pushes the exhaust gases through the outlet opening 23.
  • the exhaust valve 25 is fully open.
  • the exhaust valve 25 closes at a closing time a 2 , which is in the intake stroke 12 following the exhaust stroke 15 .
  • the piston 4 moves in the downward stroke from the combustion chamber 3 in the direction of the crankcase interior 6.
  • the pressure p in the combustion chamber 3 is low, so that the fuel/air mixture from the intake port 21 flows through the opened intake port 22 into the combustion chamber 3 is sucked in.
  • the intake valve 24 opens at the opening time e 1 , which is in the second half of the exhaust stroke 15 in the exemplary embodiment.
  • intake valve 24 is fully open.
  • the intake valve 24 closes at a closing point in time e 2 , which is in the compression stroke 13 .
  • the compression stroke 13 follows the intake stroke 12 .
  • the piston 4 moves from the crankcase interior 6 in the direction of the combustion chamber 3 and thereby compresses the fuel/air mixture arranged in the combustion chamber 3 .
  • the intake valve 24 is closed, the pressure in the combustion chamber 3 increases sharply, like 2 indicates.
  • the mixture is then ignited at the end of the compression stroke 13 and the piston is accelerated in the direction of the crankcase interior 6, as already described for the first engine cycle.
  • the fuel valve 19 opens at an opening time t 1 and closes at a closing time t 2 .
  • this is shown schematically by the energy supply to the normally open fuel valve 19 .
  • Energy is supplied to the fuel valve 19 while the fuel valve 19 is closed, in the exemplary embodiment over a closing time period S, which extends from the closing time t 2 to the subsequent opening time t 1 .
  • the fuel valve 19 is a normally closed fuel valve 19.
  • the opening time t 1 is in the compression stroke 13.
  • the fuel valve 19 opens at an opening time t 1 which is at the same time as the closing time e 2 at which the inlet opening 22 closes.
  • the piston 4 is on the upstroke.
  • the volume of the crankcase interior 6 increases. Since the inlet valve 24 is closed, the fuel/air mixture is drawn in from the intake passage 21 via the valve train chamber 30 into the crankcase interior 6 . Effective lubrication of the moving parts in the crankcase interior 6 is thereby achieved.
  • at least 20%, in particular at least 30%, preferably at least 40% of the opening period T of fuel valve 19 is advantageously in compression stroke 13.
  • Fuel valve 19 is advantageously over at least 20%, in particular at least 30%, preferably at least 40% of compression stroke 13 opened.
  • fuel valve 19 is open for more than half of compression stroke 13 .
  • the fuel valve 19 remains open up to a point in time t 2 , which is in the intake stroke 12 . Accordingly, the fuel valve 19 is advantageously open over the entire power stroke 14 and the entire exhaust stroke 15 . Because of the pulsation of the mixture in the intake channel 21, the fuel/air mixture in the valve train chamber 30 can also be conveyed into the crankcase interior 6 during this time. The pulsation in the intake port 21 is caused, for example, by the change in volume of the crankcase interior 6 when the piston 4 is moving.
  • the fuel valve 19 is open at least over part of the exhaust stroke 15 .
  • the fuel valve 19 is not open over the entire exhaust stroke 15 but only over part of the exhaust stroke 15 .
  • the fuel valve 19 advantageously opens in the exhaust stroke 15 and is open over at least part of the intake stroke 12 .
  • the fuel valve 19 opens in particular during the exhaust stroke 15 at a point in time at which the intake valve 24 is still closed.
  • the point in time t 1 at which the fuel valve 19 opens is advantageously in the exhaust stroke 15 and before the opening time e 1 at which the intake valve 24 opens. This ensures that fuel is sucked into the crankcase interior 6 via the flow connection.
  • the closing time t 2 is in the exemplary embodiment towards the end of the intake stroke 12.
  • the position of the closing time t 2 during the intake stroke 12 allows the richness of the fuel/air mixture flowing into the combustion chamber to be adjusted.
  • the fuel valve 19 is closed.
  • the intake valve 24 is open.
  • the opening period E of the inlet valve 24 and the closing period S, during which the fuel valve 19 is closed, therefore overlap over a period D.
  • a period B both the inlet valve 24 and the fuel valve 19 are open.
  • alternative closing time t 2 ′ for the fuel valve 19 is shown schematically, which is earlier than the closing time t 2 .
  • the alternative closing time t 2 ' is shortly after the closing time a 2 of the exhaust valve 25.
  • the time period B' during which both the intake valve 24 and the fuel valve 19 are open, is shorter than the time period B in an operating state of the four-stroke engine 1 , in which the fuel valve 19 only closes at the closing time t 2 .
  • the fuel quantity supplied can be adapted to the operating state of the four-stroke engine 1 by the position of the closing point in time t 2 , t 2 ′.
  • the fuel valve 19 is also open at least during part of the compression stroke 13 of the four-stroke engine 1, adequate lubrication of the crankcase interior 6 is ensured.
  • the fuel valve 19 is advantageously opened in each engine cycle both during part of the intake stroke 12 to ensure adequate fuel supply into the combustion chamber 3 and during at least part of the compression stroke 13 to supply fuel in the crankcase interior 6 to ensure. Due to the fact that the fuel valve 19 is controlled as a function of the engine cycle, sufficient lubrication of the four-stroke engine 1 and smooth running of the four-stroke engine 1 can be ensured.
  • the fuel valve 19 is opened at least once during each opening period E of the intake valve 24 .
  • At least 20%, in particular at least 30%, preferably at least 40% of the opening period T of fuel valve 19 is advantageously in compression stroke 13.
  • Fuel valve 19 is advantageously over at least 20%, in particular at least 30%, preferably at least 40% of compression stroke 13 opened.
  • the four-stroke engine 1 of the blower 50 ( 4 ) rotates at full load preferably at a speed of about 5,000 to about 11,000 revolutions per minute, in particular from about 5,000 to about 9,000 revolutions per minute. It has been shown that, particularly at such rather low speeds at full load, the specified adjustment of the opening time t 1 and the closing time t 2 to the engine cycle and in particular to the opening period E of the intake valve 24 ( 3 ) is beneficial to ensure that a sufficient amount of fuel is in the combustion chamber 3 ( 1 ) is present so that combustion can take place. By matching the opening period T of the fuel valve 19 to the crankshaft angle ⁇ ( 3 ) sufficient lubrication of the crankcase interior 6 ( 1 ) reached.

Description

  • Die Erfindung betrifft einen gemischgeschmierten Viertaktmotor der im Oberbegriff des Anspruchs 1 und des Anspruchs 12 angegebenen Gattung, ein handgeführtes Arbeitsgerät mit einem gemischgeschmierten Viertaktmotor und ein Verfahren zum Betrieb eines gemischgeschmierten Viertaktmotors der im Oberbegriff des Anspruchs 14 und des Anspruchs 15 angegebenen Gattung.
  • Aus der DE 198 48 890 A1 ist ein gattungsgemäßer gemischgeschmierter Viertaktmotor bekannt. Zur Schmierung des Kurbelgehäuses ist eine Strömungsverbindung vorgesehen, die den Ansaugkanal mit dem Kurbelgehäuse verbindet. Zur Kraftstoffzufuhr in den Ansaugkanal ist eine Gemischaufbereitungseinrichtung vorgesehen. Derartige Gemischaufbereitungseinrichtungen sind üblicherweise Vergaser, bei denen die dem Ansaugkanal zugeführte Kraftstoffmenge von dem im Ansaugkanal herrschenden Unterdruck abhängt. Aus der JP H06 146837 ist ein weiter gattungsegemäßer gemischgeschmierter Viertaktmotor bekannt.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Viertaktmotor der gattungsgemäßen Art zu schaffen, der eine verbesserte Steuerung der zugeführten Kraftstoffmenge bei guter Schmierung des Kurbelgehäuses ermöglicht. Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein handgeführtes Arbeitsgerät mit einem Viertaktmotor anzugeben. Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren zum Betrieb eines gemischgeschmierten Viertaktmotors anzugeben.
  • Diese Aufgabe wird bezüglich des gemischgeschmierten Viertaktmotors durch einen Viertaktmotor mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und durch einen Viertaktmotor mit den Merkmalen des Anspruchs 12 gelöst. Bezüglich des Arbeitsgeräts wird die Aufgabe durch ein Arbeitsgerät mit den Merkmalen des Anspruchs 13 gelöst. Bezüglich des Verfahrens wird die Aufgabe durch ein Verfahren zum Betrieb eines gemischgeschmierten Viertaktmotors mit den Merkmalen des Anspruchs 14 und durch ein Verfahren zum Betrieb eines gemischgeschmierten Viertaktmotors mit den Merkmalen des Anspruchs 15 gelöst.
  • Die Erfindung sieht vor, dass die der Kraftstofföffnung zugeführte Kraftstoffmenge von einem Kraftstoffventil gesteuert ist. Dadurch kann die dem Verbrennungsmotor zugeführte Kraftstoffmenge präzisier gesteuert werden als beispielsweise bei einer Kraftstoffzufuhr, bei der die angesaugte Kraftstoffmenge allein abhängig von dem Unterdruck im Ansaugkanal ist. Dies ist beispielsweise bei Vergasern, die ohne ein gesteuertes Kraftstoffventil arbeiten, der Fall. Um eine ausreichende Schmierung des Kurbelgehäuses zu gewährleisten, ist vorgesehen, dass die Steuerung des Viertaktmotors dazu ausgebildet ist, das Kraftstoffventil in Abhängigkeit der Stellung der Kurbelwelle anzusteuern. Der Öffnungszeitpunkt und der Schließzeitpunkt des Kraftstoffventils werden demnach nicht nur in Abhängigkeit der zuzuführenden Kraftstoffmenge gewählt, sondern auch in Abhängigkeit der Stellung der Kurbelwelle, also in Abhängigkeit des Kurbelwellenwinkels bestimmt. Dabei ist vorgesehen, dass das Kraftstoffventil zumindest auch während eines Teils des Kompressionstakts des Viertaktmotors geöffnet ist. Während des Kompressionstakts steigt der Druck im Brennraum, und das Einlassventil schließt kurz nach Beginn des Kompressionstakts. Es hat sich nun gezeigt, dass dadurch, dass das Kraftstoffventil zumindest auch während eines Teils des Kompressionstakts des Viertaktmotors geöffnet ist, eine verbesserte Ansaugung von Kraftstoff in den Kurbelgehäuseinnenraum über die Strömungsverbindung erreicht werden kann. Wird das Kraftstoffventil dagegen nur vor und/oder während des Ansaugtakts geöffnet, so gelangt der in den Ansaugkanal zugeführte Kraftstoff weitgehend, insbesondere nahezu vollständig in den Brennraum, so dass eine ausreichende Schmierung des Kurbelgehäuses nicht sichergestellt werden kann. Wird das Kraftstoffventil unabhängig von der Stellung der Kurbelwelle geöffnet und geschlossen, so ergeben sich starke Schwankungen der Gemischzusammensetzung im Brennraum, die zu einem unruhigen Lauf des Viertaktmotors führen.
  • Der Ansaugtakt des Viertaktmotors ist der Takt, in dem der Kolben das Volumen des Brennraums vergrößert und das Einlassventil zumindest zeitweise, insbesondere über den gesamten Takt geöffnet ist. Der Kompressionstakt ist der Takt, in dem der Kolben das Volumen des Brennraums verringert und in dem das Auslassventil geschlossen ist. Auch das Einlassventil ist im Kompressionstakt zumindest zeitweise geschlossen. Der Arbeitstakt ist der Takt, in dem der Kolben das Volumen des Brennraums vergrößert und das Einlassventil geschlossen ist. Am Ende des Kompressionstakts oder zu Beginn des Arbeitstakts erfolgt eine Verbrennung im Brennraum. Der Ausschiebetakt ist der Takt, in dem das Auslassventil geöffnet ist und der Kolben das Volumen des Brennraums verringert, wodurch Abgase durch den Auslass ausgeschoben werden. Ansaugtakt, Kompressionstakt, Arbeitstakt und Ausschiebetakt folgen in dieser Reihenfolge aufeinander.
  • Vorteilhaft ist das Kraftstoffventil in jedem Motorzyklus sowohl während eines Teils des Ansaugtakts als auch während zumindest eines Teils des Kompressionstakts geöffnet. In besonders bevorzugter Gestaltung öffnet das Kraftstoffventil während des Kompressionstakts und ist während des Arbeitstakts, des Ausschiebetakts und zumindest eines Teils des Ansaugtakts geöffnet. Je nach zuzuführender Kraftstoffmenge kann das Kraftstoffventil während des Arbeitstakts und des Ausschiebetakts jedoch auch geschlossen sein. Vorteilhaft ist das Kraftstoffventil mindestens einmal während jedes Öffhungszeitraums des Einlassventils geöffnet. Dadurch wird eine ausreichende Kraftstoffzufuhr in den Brennraum sichergestellt. Vorteilhaft liegt in jedem Motorzyklus mindestens 20% des Öffnungszeitraums des Kraftstoffventils im Kompressionstakt. Es hat sich gezeigt, dass sich dadurch eine gute Schmierung der bewegten Teile im Kurbelgehäuseinnenraum erreichen lässt.
  • In vorteilhafter Gestaltung ist die Gemischbildungseinrichtung ein Vergaser. Der Vergaser besitzt mindestens eine Kraftstofföffnung, die von einem Kraftstoffkanal gespeist ist. Die durch den Kraftstoffkanal strömende Kraftstoffmenge ist vorteilhaft von dem Kraftstoffventil gesteuert. Die Kraftstofföffnung ist bevorzugt im Bereich eines Venturiabschnitts des Vergasers angeordnet, und der Kraftstoff wird aufgrund des im Ansaugkanal herrschenden Unterdrucks in den Ansaugkanal angesaugt, wenn das Kraftstoffventil geöffnet ist. Es findet demnach keine Kraftstoffeinspritzung in den Ansaugkanal statt, sondern eine Ansaugung. Das Kraftstoffventil ist bevorzugt ein elektromagnetisches Ventil. In vorteilhafter Gestaltung ist das Kraftstoffventil in stromlosem Zustand offen. In alternativer vorteilhafter Gestaltung kann auch vorgesehen sein, dass das Kraftstoffventil in stromlosem Zustand geschlossen ist.
  • Das Einlassventil und das Auslassventil sind vorteilhaft über einen Ventiltrieb in Abhängigkeit der Stellung der Kurbelwelle angesteuert. Der Ventiltrieb kann in bekannter Weise Stößelstangen umfassen, die auf Kipphebel zur Betätigung von Einlassventil und Auslassventil wirken. In vorteilhafter alternativer Gestaltung kann der Ventiltrieb ein Antriebsrad und ein Abtriebsrad umfassen, die über ein Übertragungsmittel wie beispielsweise eine Kette, einen Riemen oder dgl. miteinander gekoppelt sind, wobei das Abtriebsrad eine Nockenwelle antreibt, die Einlassventil und Auslassventil betätigt. In weiterer alternativer Gestaltung kann der Ventiltrieb als Zahnradgetriebe ausgebildet sein. Auch andere bekannte Gestaltungen für den Ventiltrieb können vorteilhaft sein. Der Ventiltrieb ist vorteilhaft in einem Ventiltriebraum angeordnet, wobei zumindest ein Teil des Ventiltriebraums zumindest einen Teil der Strömungsverbindung bildet. Dadurch wird der Ventiltrieb von dem aus dem Ansaugkanal in den Kurbelgehäuseinnenraum und zurückströmenden Gemisch geschmiert. Eine separate Schmierung für den Ventiltrieb kann dadurch entfallen. In vorteilhafter Gestaltung ist der Ventiltrieb als Kipphebeltrieb ausgebildet, und der Ventiltriebraum umfasst einen Kipphebelraum und mindestens einen Verbindungkanal, die Teile der Strömungsverbindung bilden. Der Kipphebelraum ist vorteilhaft über mindestens eine Verbindungsöffnung mit dem Ansaugkanal verbunden. In alternativer Gestaltung kann eine Verbindungsöffnung vorgesehen sein, die den Ansaugkanal mit dem Verbindungskanal oder einem Nockenraum des Viertaktmotors verbindet. Die Verbindungsöffnung zum Ansaugkanal kann dabei permanent geöffnet oder beispielsweise in Abhängigkeit der Drehzahl gesteuert sein.
  • In alternativer Gestaltung ist vorgesehen, dass das Kraftstoffventil zumindest auch während eines Teils des Ausschiebetakts des Viertaktmotors geöffnet ist. Während des Ausschiebetakts öffnet das Einlassventil. Es hat sich nun gezeigt, dass dadurch, dass das Kraftstoffventil zumindest auch während eines Teils des Ausschiebetakts des Viertaktmotors geöffnet ist, eine verbesserte Ansaugung von Kraftstoff in den Kurbelgehäuseinnenraum über die Strömungsverbindung erreicht werden kann. Das Kraftstoffventil ist dabei vorteilhaft zumindest teilweise geöffnet, während das Einlassventil geschlossen ist.
  • Für ein handgeführtes Arbeitsgerät mit einem Viertaktmotor ist vorteilhaft vorgesehen, dass der Viertaktmotor bei Volllast mit einer Drehzahl von 5.000 bis 11.000 Umdrehungen pro Minute dreht. Es hat sich gezeigt, dass insbesondere in einem Drehzahlband von 5.000 bis 11.000 Umdrehungen pro Minute durch die vorgesehene Öffnung des Kraftstoffventils auch während eines Teils des Kompressionstakts auch bei Volllast eine ausreichende Schmierung des Kurbelgehäuseinnenraums gewährleistet werden kann. Bevorzugt dreht der Viertaktmotor bei Volllast mit einer Drehzahl von 5.000 bis 9.000 Umdrehungen pro Minute. Wird der Öffnungs- und Schließzeitpunkt des Kraftstoffventils bei derartigen vergleichsweise geringen Vollastdrehzahlen nicht auf den Motortakt angepasst, so können sich eine unzureichende Kraftstoffversorgung und damit ein unruhiger Lauf des Verbrennungsmotors und eine unzureichende Schmierung des Kurbelgehäuseinnenraums ergeben.
  • Für ein Verfahren zum Betrieb eines gemischgeschmierten Viertaktmotors mit einem Zylinder, in dem ein Brennraum ausgebildet ist, wobei der Brennraum von einem im Zylinder beweglich gelagerten Kolben begrenzt ist, wobei der Kolben eine in einem Kurbelgehäuseinnenraum drehbar gelagerte Kurbelwelle rotierend antreibt, wobei der Viertaktmotor einen Ansaugkanal aufweist, der über eine von einem Einlassventil gesteuerte Einlassöffhung in den Brennraum mündet, wobei aus dem Brennraum ein von einem Auslassventil gesteuerter Auslasskanal führt, mit einer Gemischbildungseinrichtung, wobei die Gemischbildungseinrichtung mindestens eine Kraftstofföffnung umfasst, die in den Ansaugkanal mündet, wobei der Viertaktmotor zur Schmierung des Kurbelgehäuseinnenraums eine Strömungsverbindung aufweist, die den Ansaugkanal mit einer stromab der Gemischbildungseinrichtung in den Ansaugkanal mündenden Verbindungsöffhung mit dem Kurbelgehäuseinnenraum verbindet, ist vorgesehen, dass die der Kraftstofföffuung zugeführte Kraftstoffmenge von einem Kraftstoffventil gesteuert wird, und dass das Kraftstoffventil in Abhängigkeit der Stellung der Kurbelwelle derart angesteuert wird, dass das Kraftstoffventil zumindest auch während eines Teils des Kompressionstakts des Viertaktmotors geöffnet ist.
  • Alternativ ist für ein Verfahren zum Betrieb eines gemischgeschmierten Viertaktmotors mit einem Zylinder, in dem ein Brennraum ausgebildet ist, wobei der Brennraum von einem im Zylinder beweglich gelagerten Kolben begrenzt ist, wobei der Kolben eine in einem Kurbelgehäuseinnenraum drehbar gelagerte Kurbelwelle rotierend antreibt, wobei der Viertaktmotor einen Ansaugkanal aufweist, der über eine von einem Einlassventil gesteuerte Einlassöffhung in den Brennraum mündet, wobei aus dem Brennraum ein von einem Auslassventil gesteuerter Auslasskanal führt, mit einer Gemischbildungseinrichtung, wobei die Gemischbildungseinrichtung mindestens eine Kraftstofföffuung umfasst, die in den Ansaugkanal mündet, wobei der Viertaktmotor zur Schmierung des Kurbelgehäuseinnenraums eine Strömungsverbindung aufweist, die den Ansaugkanal mit einer stromab der Gemischbildungseinrichtung in den Ansaugkanal mündenden Verbindungsöffhung mit dem Kurbelgehäuseinnenraum verbindet, vorgesehen, dass die der Kraftstofföffnung zugeführte Kraftstoffmenge von einem Kraftstoffventil gesteuert wird, und dass das Kraftstoffventil in Abhängigkeit der Stellung der Kurbelwelle derart angesteuert wird, dass das Kraftstoffventil zumindest auch während eines Teils des Ausschiebetakts des Viertaktmotors geöffnet ist.
  • Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnung erläutert. Es zeigen:
    • Fig. 1 und Fig. 2
    schematische Schnittdarstellungen eines Zweitaktmotors,
    Fig. 3
    eine schematische Darstellung des Drucks im Brennraum, der Öffnungs- und Schließzeit des Kraftstoffventils sowie der Öffnungs- und Schließzeiten von Einlassventil und Auslassventil über dem Kurbelwellenwinkel,
    Fig. 4
    eine Seitenansicht eines Blasgeräts.
  • Fig. 1 zeigt schematisch einen Viertaktmotor 1, der zum Antrieb des Werkzeugs in einem handgeführten Arbeitsgerät dienen kann. Das handgeführte Arbeitsgerät kann beispielsweise eine Motorsäge, ein Trennschleifer, ein Freischneider oder dgl. sein. In Fig. 4 ist als Ausführungsbeispiel für ein Arbeitsgerät ein handgeführtes Blasgerät 50 dargestellt. Das Werkzeug eines Blasgeräts 50 ist ein nicht dargestelltes Gebläserad, das einen Arbeitsluftstrom durch ein Blasrohr 52 fördert. Das Blasgerät 50 weist einen Handgriff 51 auf, mit dem das Blasgerät 50 geführt werden kann. Das Blasgerät 50 weist außerdem ein Gehäuse 53 auf, in dem der in Fig. 1 schematisch dargestellte Viertaktmotor 1 angeordnet ist. Zum Anwerfen des Viertaktmotors 1 dient eine nicht im Einzelnen dargestellte Anwerfvorrichtung, insbesondere ein Seilzugstarter, deren Anwerfgriff 54 aus dem Gehäuse 53 ragt. Vorzugsweise ist der Viertaktmotor manuell durch einen Bediener anzuwerfen.
  • Wie Fig. 1 zeigt, besitzt der Viertaktmotor 1 einen Zylinder 2, in dem ein Brennraum 3 ausgebildet ist. Der Brennraum 3 ist von einem Kolben 4 begrenzt, der in einer Zylinderbohrung 43 des Zylinders 2 hin- und hergehend beweglich gelagert ist. Fig. 1 zeigt den Viertaktmotor 1 beim Abwärtshub des Kolbens 4, bei dem sich der Kolben 4 in Richtung eines Pfeils 32 bewegt. Beim Abwärtshub des Kolbens 4 vergrößert sich das Volumen des Brennraums 3. Beim Aufwärtshub des Kolbens 4, bei dem sich der Kolben entgegen der Richtung des Pfeils 32 bewegt, verkleinert sich das Volumen des Brennraums 3.
  • Der Kolben 4 treibt über ein Pleuel 8 eine in einem Kurbelgehäuse 5 drehbar gelagerte Kurbelwelle 7 an. Die Kurbelwelle 7 ist um eine Drehachse 44 drehbar gelagert. Die Kurbelwelle 7 dreht sich im Betrieb in Richtung eines Pfeils 31. Die Drehlage der Kurbelwelle 7 ist als Kurbelwellenwinkel α angegeben. Der Kurbelwellenwinkel α beträgt im oberen Totpunkt des Kolbens 4 0° und im unteren Totpunkt des Kolbens 4 180°. Im Kurbelgehäuse 5 ist ein Kurbelgehäuseinnenraum 6 ausgebildet. Zur Zufuhr von Kraftstoff/Luft-Gemisch weist der Viertaktmotor 1 einen Ansaugkanal 21 auf.
  • Ein Abschnitt des Ansaugkanals 21 ist im Ausführungsbeispiel in einer Gemischbildungseinrichtung 17 ausgebildet. Die Gemischbildungseinrichtung 17 ist vorteilhaft ein Vergaser. Die Gemischbildungseinrichtung 17 weist einen Venturiabschnitt 29 auf, in dem eine Kraftstofföffnung 18 in den Ansaugkanal 21 mündet. Die Kraftstofföffnung 18 ist über einen Kraftstoffkanal 33 mit einem Kraftstoffventil 19 verbunden, dem Kraftstoff aus einem nicht dargestellten Kraftstofftank zugeführt wird. Das Kraftstoffventil 19 steuert die der Kraftstofföffhung 18 zugeführte Kraftstoffmenge. Das Kraftstoffventil 19 ist vorteilhaft ein elektromagnetisches Ventil.
  • Das Kraftstoffventil 19 ist von einer Steuerung 20 angesteuert. Die Ansteuerung des Kraftstoffventils 19 erfolgt in Abhängigkeit der Drehlage der Kurbelwelle 7, also in Abhängigkeit des Kurbelwellenwinkels a. Die Steuerung 20 ist so ausgebildet, dass das Kraftstoffventil 19 in der entsprechenden, auf den Motorzyklus abgestimmten Weise angesteuert werden kann. Hierzu ist die Steuerung 20 mit einer Drehlagenerfassung 47 zur Erfassung der Drehlage der Kurbelwelle 7, also zur Erfassung des Kurbelwellenwinkels α, ausgestattet. Die Drehlagenerfassung 47 kann beispielsweise mindestens einen Sensor zur Erfassung der Drehlage der Kurbelwelle 7 aufweisen. Die Drehlagenerfassung 47 kann jedoch auch aus anderen Signalen, beispielsweise der in einer Zündeinrichtung des Viertaktmotors 1 induzierten Spannung oder der in einem Generator des Viertaktmotors 1 induzierten Spannung oder einer Kombination mehrerer Signale die Drehlage der Kurbelwelle 7, also den Kurbelwellenwinkel α, ermitteln. Auch eine Erfassung der Drehlage der Kurbelwelle 7 aus anderen Signalen, beispielsweise unter Zuhilfenahme des im Kurbelgehäuseinnenraum 6 herrschenden Drucks, kann vorgesehen sein. Das Kraftstoffventil 19 ist in vorteilhafter Gestaltung ein stromlos offenes Ventil. In alternativer Gestaltung kann das Kraftstoffventil 19 auch ein in stromlosem Zustand geschlossenes Kraftstoffventil sein.
  • Stromab der Kraftstofföffnung 18 ist im Ansaugkanal ein Drosselelement 16, im Ausführungsbeispiel eine Drosselklappe schwenkbar gelagert. Über das Drosselelement 16 kann ein Bediener die durch den Ansaugkanal 21 angesaugte Menge von Kraftstoff/Luft-Gemisch einstellen.
  • Der Ansaugkanal 21 mündet mit einer Einlassöffnung 22 am Brennraum. Die Einlassöffhung 22 ist von einem Einlassventil 24 gesteuert. Das Einlassventil 24 ist hierzu in Richtung eines Doppelpfeils 45 beweglich. Das Einlassventil 24 besitzt einen Ventilteller 27, der die Einlassöffnung 22 in Abhängigkeit der Position des Einlassventils 24 frei gibt oder verschließt. Aus dem Brennraum 3 führt eine Auslassöffnung 23, die von einem Ventilteller 28 eines Auslassventils 25 geöffnet oder geschlossen ist. An die Auslassöffnung 23 schließt ein Auslasskanal 26 an, über den Abgase aus dem Brennraum 3 ausströmen. An den Auslasskanal 26 ist vorteilhaft ein nicht dargestellter Abgasschalldämpfer angeschlossen.
  • Zur Steuerung der Öffhungs- und Schließzeiten von Einlassventil 24 und Auslassventil 25 ist ein Ventiltrieb 34 vorgesehen, der in Fig. 1 schematisch angedeutet und zu Fig. 2 im Einzelnen beschrieben ist. Der Ventiltrieb 34 ist in einem Ventiltriebraum 30 angeordnet. Der Ansaugkanal 21 ist mit dem Kurbelgehäuseinnenraum 6 über eine Strömungsverbindung verbunden. Im Ausführungsbeispiel umfasst die Strömungsverbindung den Ventiltriebraum 30 sowie eine Verbindungsöffnung 11. Wie Fig. 1 zeigt, mündet die Verbindungsöffnung 11 mit einer Mündungsöffnung 42 in den Ansaugkanal 21. Die Mündungsöffnung 42 ist stromab des Drosselelements 16 angeordnet. Der Ventiltriebraum 30 umfasst einen Kipphebelraum 10 sowie mindestens einen Verbindungskanal 9, der im Ausführungsbeispiel über eine weitere Verbindungsöffhung 48 mit dem Kurbelgehäuseinnenraum 6 verbunden ist.
  • Fig. 2 zeigt schematisch eine mögliche Ausführungsvariante für die Gestaltung des Ventiltriebs 34. Im Ausführungsbeispiel ist mit der Kurbelwelle 7 drehfest ein Antriebsrad 35 verbunden, das mit einem Abtriebsrad 36 kämmt. Der Durchmesser des Abtriebsrads 36 ist deutlich größer als der des Antriebsrads 35, so dass Antriebsrad 35 und Abtriebsrad 36 ein Untersetzungsgetriebe bilden. Am Abtriebsrad 36 ist ein Nocken 37 fixiert, an dem zwei Schlepphebel 38 anliegen. Das Abtriebsrad 36 und der Nocken 37 drehen vorteilhaft mit halber Drehzahl der Kurbelwelle 7. An jedem Schlepphebel 38 ist eine Auflage 41 ausgebildet, an der eine Stößelstange 39 anliegt. Die Stößelstangen 39 betätigen jeweils ein Kipphebel 40. Die Kipphebel 40 sind im Kipphebelraum 10 angeordnet und betätigen ihrerseits die Stößel von Einlassventil 24 und Auslassventil 25. Die Ventile 24 und 25 (Fig. 1) sind dabei in Richtung auf ihre geschlossene Stellung gefedert gelagert und werden von den Kipphebeln 40 in Richtung auf ihre geöffnete Stellung bewegt, wenn sich die Stößelstangen 39 vom Kurbelgehäuse 5 weg weiter in den Kipphebelraum 10 bewegen. Die Stößelstangen 39 verlaufen durch die Verbindungskanäle 9. Das Abtriebsrad 36, der Nocken 37 und die Schlepphebel 38 sind in einem Nockenraum 46 angeordnet. Der Nockenraum 46 ist über die in Fig. 1 schematisch dargestellte Verbindungsöffnung 48 mit dem Kurbelgehäuseinnenraum 6 verbunden.
  • Fig. 3 zeigt schematisch den Verlauf des Drucks p im Brennraum 3, den Öffnungszeitraum A des Auslassventils, den Öffhungszeitraum E des Einlassventils sowie den Öffhungszeitraum T des Kraftstoffventils 19 über dem Kurbelwellenwinkel a. Fig. 3 zeigt dabei den Verlauf über zwei Motorzyklen. Jeder Motorzyklus umfasst dabei einen Arbeitstakt 14, einen Ausschiebetakt 15, einen Ansaugtakt 12 sowie einen Kompressionstakt 13, die in dieser Reihenfolge aufeinander folgen.
  • Zu Beginn des Arbeitstakts 14 sind Einlassventil 24 und Auslassventil 25 geschlossen. Der Druck p im Brennraum 3 erreicht im Ausführungsbeispiel zu Beginn des Arbeitstakts 14 sein Maximum und fällt daraufhin stark ab. Das Druckmaximum ergibt sich aufgrund der zuvor erfolgten Verbrennung von Kraftstoff/Luft-Gemisch im Brennraum 3. Während des Arbeitstakts 14 bewegt sich der Kolben 4 in Richtung vom Brennraum 3 zum Kurbelgehäuseinnenraum 6, also in Richtung des Pfeils 32 in Fig. 1. Der Kolben 4 führt einen Abwärtshub aus, wobei sich das Volumen des Brennraums 3 vergrößert. Aufgrund des sich vergrößernden Volumens im Brennraum 3 sinkt der Druck.
  • Bei einem Kurbelwellenwinkel von 180° ist der untere Totpunkt des Kolbens 4 erreicht. In einem Bereich des Kurbelwellenwinkels α von 180° bis 360° im Diagramm in Fig. 3 erstreckt sich der Ausschiebetakt 15. Während des Ausschiebetakts 15 bewegt sich der Kolben 4 im Aufwärtshub vom Kurbelgehäuseinnenraum 6 in Richtung auf den Brennraum 3. Der Kolben 4 vergrößert dabei das Volumen des Kurbelgehäuseinnenraums 6 und verkleinert das Volumen des Brennraums 3.
  • Der Öffnungszeitraum A des Auslassventils ist in Fig. 3 durch einen Block dargestellt, der zu einem Öffnungszeitpunkt a1 beginnt und zu einem Schließzeitpunkt a2 endet. Der Öffhungszeitraum E des Einlassventils 24 ist in Fig. 3 durch einen Block dargestellt, der zu einem Öffnungszeitpunkt e1 beginnt und zu einem Schließzeitpunkt e2 endet.
  • Das Auslassventil 25 öffnet zum Öffnungszeitpunkt a1, der in der zweiten Hälfte des Arbeitstakts 14 liegt. Dadurch strömen Abgase aus dem Brennraum 3 durch die geöffnete Auslassöffnung 23 in den Auslasskanal 26 aus. Während des Ausschiebetakts 15 schiebt der Kolben 4 die Abgase durch die Auslassöffhung 23. Während des Ausschiebetakts 15 ist das Auslassventil 25 vollständig geöffnet.
  • Das Auslassventil 25 schließt zu einem Schließzeitpunkt a2, der in dem auf den Ausschiebetakt 15 folgenden Ansaugtakt 12 liegt. Während des Ansaugtakts 12 bewegt sich der Kolben 4 im Abwärtshub vom Brennraum 3 in Richtung auf den Kurbelgehäuseinnenraum 6. Der Druck p im Brennraum 3 ist gering, so dass durch die geöffnete Einlassöffnung 22 Kraftstoff/Luft-Gemisch aus dem Ansaugkanal 21 in den Brennraum 3 angesaugt wird. Das Einlassventil 24 öffnet zum Öffhungszeitpunkt e1, der im Ausführungsbeispiel in der zweiten Hälfte des Ausschiebetakts 15 liegt. Während des Ansaugtakts 12 ist das Einlassventil 24 vollständig geöffnet. Das Einlassventil 24 schließt zu einem Schließzeitpunkt e2, der im Kompressionstakt 13 liegt. Der Kompressionstakt 13 schließt an den Ansaugtakt 12 an. Im Kompressionstakt 13 bewegt sich der Kolben 4 vom Kurbelgehäuseinnenraum 6 in Richtung auf den Brennraum 3 und komprimiert dadurch das im Brennraum 3 angeordnete Kraftstoff/Luft-Gemisch. Sobald das Einlassventil 24 geschlossen ist, steigt der Druck im Brennraum 3 stark an, wie Fig. 2 zeigt. Anschließend wird das Gemisch am Ende des Kompressionstakts 13 gezündet, und der Kolben wird in Richtung auf den Kurbelgehäuseinnenraum 6 beschleunigt, wie bereits zum ersten Motorzyklus beschrieben.
  • Das Kraftstoffventil 19 öffnet im Ausführungsbeispiel zu einem Öffnungszeitpunkt t1 und schließt zu einem Schließzeitpunkt t2. In Fig. 3 ist dies schematisch durch die Energiezufuhr zu dem stromlos offenen Kraftstoffventil 19 dargestellt. Dem Kraftstoffventil 19 wird Energie zugeführt, während das Kraftstoffventil 19 geschlossen ist, im Ausführungsbeispiel über einen Schließzeitraum S, der sich vom Schließzeitpunkt t2 bis zum darauffolgenden Öffnungszeitpunkt t1 erstreckt. In vorteilhafter alternativer Ausführung ist das Kraftstoffventil 19 ein stromlos geschlossenes Kraftstoffventil 19.
  • Der Öffnungszeitpunkt t1 liegt im Ausführungsbeispiel im Kompressionstakt 13. Im Ausführungsbeispiel öffnet das Kraftstoffventil 19 zu einem Öffnungszeitpunkt t1, der gleichzeitig zum Schließzeitpunkt e2, zu dem die Einlassöffnung 22 schließt, liegt. Im Kompressionstakt 13 befindet sich der Kolben 4 im Aufwärtshub. Dadurch vergrößert sich das Volumen des Kurbelgehäuseinnenraums 6. Da das Einlassventil 24 geschlossen ist, wird Kraftstoff/Luft-Gemisch aus dem Ansaugkanal 21 über den Ventiltriebraum 30 in den Kurbelgehäuseinnenraum 6 angesaugt. Dadurch wird eine effektive Schmierung der bewegten Teile im Kurbelgehäuseinnenraum 6 erreicht. Vorteilhaft liegt in jedem Motorzyklus mindestens 20%, insbesondere mindestens 30%, bevorzugt mindestens 40% des Öffhungszeitraums T des Kraftstoffventils 19 im Kompressionstakt 13. Vorteilhaft ist das Kraftstoffventil 19 über mindestens 20%, insbesondere mindestens 30%, bevorzugt mindestens 40% des Kompressionstakts 13 geöffnet. Im Ausführungsbeispiel ist das Kraftstoffventil 19 über mehr als die Hälfte des Kompressionstakts 13 geöffnet.
  • Im Ausführungsbeispiel bleibt das Kraftstoffventil 19 bis zu einem Zeitpunkt t2 geöffnet, der im Ansaugtakt 12 liegt. Über den gesamten Arbeitstakt 14 und den gesamten Ausschiebetakt 15 ist das Kraftstoffventil 19 demnach vorteilhaftgeöffnet. Aufgrund der Pulsation des Gemisches im Ansaugkanal 21 kann auch während dieser Zeit im Ventiltriebraum 30 Kraftstoff/Luft-Gemisch in den Kurbelgehäuseinnenraum 6 gefördert werden. Die Pulsation im Ansaugkanal 21 entsteht beispielweise durch die Volumenveränderung des Kurbelgehäuseinnenraums 6 beim sich bewegenden Kolben 4.
  • Das Kraftstoffventil 19 ist zumindest über einen Teil des Ausschiebetakts 15 geöffnet. In alternativer Gestaltung kann vorgesehen sein, dass das Kraftstoffventil 19 nicht über den gesamten Ausschiebetakt 15, sondern lediglich über einen Teil des Ausschiebetakts 15 geöffnet ist. Vorteilhaft öffnet das Kraftstoffventil 19 im Ausschiebetakt 15 und ist über zumindest einen Teil des Ansaugtakts 12 geöffnet. Das Kraftstoffventil 19 öffnet insbesondere während des Ausschiebetakts 15 zu einem Zeitpunkt, zu dem das Einlassventil 24 noch geschlossen ist. Der Zeitpunkt t1, zu dem das Kraftstoffventil 19 öffnet, liegt bei dieser Ausführungsvariante vorteilhaft im Ausschiebetakt 15 und vor dem Öffnungszeitpunkt e1, zu dem das Einlassventil 24 öffnet. Dadurch kann eine Ansaugung von Kraftstoff über die Strömungsverbindung in den Kurbelgehäuseinnenraum 6 sichergestellt werden.
  • Der Schließzeitpunkt t2 liegt im Ausführungsbeispiel gegen Ende des Ansaugtakts 12. Durch die Lage des Schließzeitpunkts t2 während des Ansaugtakts 12 kann die Fettigkeit des in den Brennraum einströmenden Kraftstoff/Luft-Gemischs eingestellt werden. Während des Endes des Ansaugtakts 12 und des Beginns des Kompressionstakts 13 ist das Kraftstoffventil 19 geschlossen. Während dieses Zeitraums ist das Einlassventil 24 geöffnet. Der Öffhungszeitraum E des Einlassventils 24 und der Schließzeitraum S, während dem das Kraftstoffventil 19 geschlossen ist, überschneiden sich demnach über einen Zeitraum D. Über einen Zeitraum B sind sowohl das Einlassventil 24 als auch das Kraftstoffventil 19 geöffnet.
  • In Fig. 3 ist schematisch ein weiterer, alternativer Schließzeitpunkt t2' für das Kraftstoffventil 19 eingezeichnet, der früher als der Schließzeitpunkt t2 liegt. Wie Fig. 3 zeigt, liegt der alternative Schließzeitpunkt t2' kurz nach dem Schließzeitpunkt a2 des Auslassventils 25. Der Zeitraum B', während dem sowohl das Einlassventil 24 als auch das Kraftstoffventil 19 geöffnet sind, ist kürzer als der Zeitraum B bei einem Betriebszustand des Viertaktmotors 1, bei dem das Kraftstoffventil 19 erst zum Schließzeitpunkt t2 schließt. Durch die Lage des Schließzeitpunkts t2, t2' kann die zugeführte Kraftstoffmenge auf den Betriebszustand des Viertaktmotors 1 angepasst werden.
  • Dadurch, dass das Kraftstoffventil 19 zumindest auch während eines Teils des Kompressionstakts 13 des Viertaktmotors 1 geöffnet ist, wird eine ausreichende Schmierung des Kurbelgehäuseinnenraums 6 sichergestellt. Das Kraftstoffventil 19 ist dabei in jedem Motorzyklus vorteilhaft sowohl während eines Teils des Ansaugtakts 12 geöffnet, um eine ausreichende Kraftstoffzufuhr in den Brennraum 3 zu gewährleisten, als auch während zumindest eines Teils des Kompressionstakts 13, um eine Kraftstoffzufuhr in den Kurbelgehäuseinnenraum 6 zu gewährleisten. Dadurch, dass das Kraftstoffventil 19 in Abhängigkeit des Motorzyklus angesteuert wird, können eine ausreichende Schmierung des Viertaktmotors 1 sowie ein gleichmäßiger Lauf des Viertaktmotors 1 gewährleistet werden. Das Kraftstoffventil 19 ist während jedes Öffnungszeitraums E des Einlassventils 24 zumindest einmal geöffnet. Vorteilhaft liegt in jedem Motorzyklus mindestens 20%, insbesondere mindestens 30%, bevorzugt mindestens 40% des Öffhungszeitraums T des Kraftstoffventils 19 im Kompressionstakt 13. Vorteilhaft ist das Kraftstoffventil 19 über mindestens 20%, insbesondere mindestens 30%, bevorzugt mindestens 40% des Kompressionstakts 13 geöffnet.
  • Der Viertaktmotor 1 des Blasgeräts 50 (Fig. 4) dreht bei Volllast vorzugsweise mit einer Drehzahl von etwa 5.000 bis etwa 11.000 Umdrehungen pro Minute, insbesondere von etwa 5.000 bis etwa 9.000 Umdrehungen pro Minute. Es hat sich gezeigt, dass insbesondere bei derartigen eher geringen Drehzahlen bei Volllast die angegebene Abstimmung von Öffnungszeitpunkt t1 und Schließzeitpunkt t2 auf den Motorzyklus und insbesondere auch auf den Öffnungszeitraum E des Einlassventils 24 (Fig. 3) vorteilhaft ist, um sicherzustellen, dass bei jedem Motorzyklus eine ausreichende Kraftstoffmenge im Brennraum 3 (Fig. 1) vorhanden ist, so dass eine Verbrennung stattfinden kann. Durch die angegebene Abstimmung des Öffhungszeitraums T des Kraftstoffventils 19 auf den Kurbelwellenwinkel α (Fig. 3) wird außerdem eine ausreichende Schmierung des Kurbelgehäuseinnenraums 6 (Fig. 1) erreicht.

Claims (15)

  1. Gemischgeschmierter Viertaktmotor mit einem Zylinder (2), in dem ein Brennraum (3) ausgebildet ist, wobei der Brennraum (3) von einem im Zylinder (2) beweglich gelagerten Kolben (4) begrenzt ist, wobei der Kolben (4) eine in einem Kurbelgehäuseinnenraum (6) drehbar gelagerte Kurbelwelle (7) rotierend antreibt, wobei der Viertaktmotor (1) einen Ansaugkanal (21) aufweist, der über eine von einem Einlassventil (24) gesteuerte Einlassöffnung (22) in den Brennraum (3) mündet, wobei aus dem Brennraum (3) ein von einem Auslassventil (25) gesteuerter Auslasskanal (21) führt, mit einer Gemischbildungseinrichtung (17), wobei die Gemischbildungseinrichtung (17) mindestens eine Kraftstofföffnung (18) umfasst, die in den Ansaugkanal (21) mündet, wobei der Viertaktmotor (1) zur Schmierung des Kurbelgehäuseinnenraums (6) eine Strömungsverbindung aufweist, die den Ansaugkanal (21) mit einer stromab der Gemischbildungseinrichtung (17) in den Ansaugkanal (21) mündenden Verbindungsöffnung (11) mit dem Kurbelgehäuseinnenraum (6) verbindet, dadurch gekennzeichnet, dass die der Kraftstofföffnung (18) zugeführte Kraftstoffmenge von einem Kraftstoffventil (19) gesteuert ist, und dass der Viertaktmotor (1) eine Steuerung (20) aufweist, wobei die Steuerung (20) dazu ausgebildet ist, das Kraftstoffventil (19) in Abhängigkeit der Stellung der Kurbelwelle (7) derart anzusteuern, dass das Kraftstoffventil (19) zumindest auch während eines Teils eines Kompressionstakts (13) des Viertaktmotors (1) geöffnet ist.
  2. Viertaktmotor nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, dass das Kraftstoffventil (19) in jedem Motorzyklus sowohl während zumindest eines Teils des Ansaugtakts (12) als auch während zumindest eines Teils des Kompressionstakts (13) geöffnet ist.
  3. Viertaktmotor nach einem der Ansprüche 1 oder 2,
    dadurch gekennzeichnet, dass das Kraftstoffventil (19) mindestens einmal während jedes Öffnungszeitraums (E) des Einlassventils (24) geöffnet ist.
  4. Viertaktmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
    dadurch gekennzeichnet, dass in jedem Motorzyklus mindestens 20% des Öffnungszeitraums (T) des Kraftstoffventils (19) im Kompressionstakt (13) liegt.
  5. Viertaktmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Gemischbildungseinrichtung (17) ein Vergaser ist.
  6. Viertaktmotor nach Anspruch 5,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Kraftstofföffnung (18) im Bereich eines Venturiabschnitts (29) des Vergasers angeordnet ist und dass der Kraftstoff aufgrund des im Ansaugkanal (21) herrschenden Unterdrucks in den Ansaugkanal (21) angesaugt wird.
  7. Viertaktmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
    dadurch gekennzeichnet, dass das Kraftstoffventil (19) ein elektromagnetisches Ventil ist.
  8. Viertaktmotor nach Anspruch 7,
    dadurch gekennzeichnet, dass das Kraftstoffventil (19) in stromlosem Zustand offen ist.
  9. Viertaktmotor nach Anspruch 7,
    dadurch gekennzeichnet, dass das Kraftstoffventil (19) in stromlosem Zustand geschlossen ist.
  10. Viertaktmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 9,
    dadurch gekennzeichnet, dass das Einlassventil (24) und das Auslassventil (25) über einen Ventiltrieb (34) in Abhängigkeit der Stellung der Kurbelwelle (7) angesteuert sind, wobei der Ventiltrieb (34) in einem Ventiltriebraum (30) angeordnet ist, und dass der Ventiltriebraum (30) einen Teil der Strömungsverbindung bildet.
  11. Viertaktmotor nach Anspruch 10,
    dadurch gekennzeichnet, dass der Ventiltrieb (34) als Kipphebeltrieb ausgebildet ist und der Ventiltriebraum (30) einen Kipphebelraum (10) und mindestens einen Verbindungskanal (9) umfasst, die Teile der Strömungsverbindung bilden.
  12. Gemischgeschmierter Viertaktmotor mit einem Zylinder (2), in dem ein Brennraum (3) ausgebildet ist, wobei der Brennraum (3) von einem im Zylinder (2) beweglich gelagerten Kolben (4) begrenzt ist, wobei der Kolben (4) eine in einem Kurbelgehäuseinnenraum (6) drehbar gelagerte Kurbelwelle (7) rotierend antreibt, wobei der Viertaktmotor (1) einen Ansaugkanal (21) aufweist, der über eine von einem Einlassventil (24) gesteuerte Einlassöffnung (22) in den Brennraum (3) mündet, wobei aus dem Brennraum (3) ein von einem Auslassventil (25) gesteuerter Auslasskanal (21) führt, mit einer Gemischbildungseinrichtung (17), wobei die Gemischbildungseinrichtung (17) mindestens eine Kraftstofföffnung (18) umfasst, die in den Ansaugkanal (21) mündet, wobei der Viertaktmotor (1) zur Schmierung des Kurbelgehäuseinnenraums (6) eine Strömungsverbindung aufweist, die den Ansaugkanal (21) mit einer stromab der Gemischbildungseinrichtung (17) in den Ansaugkanal (21) mündenden Verbindungsöffnung (11) mit dem Kurbelgehäuseinnenraum (6) verbindet, dadurch gekennzeichnet, dass die der Kraftstofföffnung (18) zugeführte Kraftstoffmenge von einem Kraftstoffventil (19) gesteuert ist, und dass der Viertaktmotor (1) eine Steuerung (20) aufweist, wobei die Steuerung (20) dazu ausgebildet ist, das Kraftstoffventil (19) in Abhängigkeit der Stellung der Kurbelwelle (7) derart anzusteuern, dass das Kraftstoffventil (19) zumindest auch während eines Teils eines Ausschiebetakts (15) des Viertaktmotors (1) geöffnet ist.
  13. Handgeführtes Arbeitsgerät mit einem Viertaktmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei der Viertaktmotor (1) bei Volllast mit einer Drehzahl von 5.000 bis 11.000 Umdrehungen pro Minute dreht.
  14. Verfahren zum Betrieb eines gemischgeschmierten Viertaktmotors (1) mit einem Zylinder (2), in dem ein Brennraum (3) ausgebildet ist, wobei der Brennraum (3) von einem im Zylinder (2) beweglich gelagerten Kolben (4) begrenzt ist, wobei der Kolben (4) eine in einem Kurbelgehäuseinnenraum (6) drehbar gelagerte Kurbelwelle (7) rotierend antreibt, wobei der Viertaktmotor (1) einen Ansaugkanal (21) aufweist, der über eine von einem Einlassventil (24) gesteuerte Einlassöffnung (22) in den Brennraum (3) mündet, wobei aus dem Brennraum (3) ein von einem Auslassventil (25) gesteuerter Auslasskanal (21) führt, mit einer Gemischbildungseinrichtung (17), wobei die Gemischbildungseinrichtung (17) mindestens eine Kraftstofföffuung (18) umfasst, die in den Ansaugkanal (21) mündet, wobei der Viertaktmotor (1) zur Schmierung des Kurbelgehäuseinnenraums (6) eine Strömungsverbindung aufweist, die den Ansaugkanal (21) mit einer stromab der Gemischbildungseinrichtung (17) in den Ansaugkanal (21) mündenden Verbindungsöffnung (11) mit dem Kurbelgehäuseinnenraum (6) verbindet,
    dadurch gekennzeichnet, dass die der Kraftstofföffnung (18) zugeführte Kraftstoffmenge von einem Kraftstoffventil (19) gesteuert wird, und dass das Kraftstoffventil (19) in Abhängigkeit der Stellung der Kurbelwelle (7) derart angesteuert wird, dass das Kraftstoffventil (19) zumindest auch während eines Teils eines Kompressionstakts (13) des Viertaktmotors (1) geöffnet ist.
  15. Verfahren zum Betrieb eines gemischgeschmierten Viertaktmotors (1) mit einem Zylinder (2), in dem ein Brennraum (3) ausgebildet ist, wobei der Brennraum (3) von einem im Zylinder (2) beweglich gelagerten Kolben (4) begrenzt ist, wobei der Kolben (4) eine in einem Kurbelgehäuseinnenraum (6) drehbar gelagerte Kurbelwelle (7) rotierend antreibt, wobei der Viertaktmotor (1) einen Ansaugkanal (21) aufweist, der über eine von einem Einlassventil (24) gesteuerte Einlassöffnung (22) in den Brennraum (3) mündet, wobei aus dem Brennraum (3) ein von einem Auslassventil (25) gesteuerter Auslasskanal (21) führt, mit einer Gemischbildungseinrichtung (17), wobei die Gemischbildungseinrichtung (17) mindestens eine Kraftstofföffnung (18) umfasst, die in den Ansaugkanal (21) mündet, wobei der Viertaktmotor (1) zur Schmierung des Kurbelgehäuseinnenraums (6) eine Strömungsverbindung aufweist, die den Ansaugkanal (21) mit einer stromab der Gemischbildungseinrichtung (17) in den Ansaugkanal (21) mündenden Verbindungsöffnung (11) mit dem Kurbelgehäuseinnenraum (6) verbindet,
    dadurch gekennzeichnet, dass die der Kraftstofföffnung (18) zugeführte Kraftstoffmenge von einem Kraftstoffventil (19) gesteuert wird, und dass das Kraftstoffventil (19) in Abhängigkeit der Stellung der Kurbelwelle (7) derart angesteuert wird, dass das Kraftstoffventil (19) zumindest auch während eines Teils eines Ausschiebetakts (15) des Viertaktmotors (1) geöffnet ist.
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