WO2001029379A1 - Kompakter viertakt-verbrennungsmotor, insbesondere zur verwendung in einer tragbaren arbeitsvorrichtung - Google Patents

Kompakter viertakt-verbrennungsmotor, insbesondere zur verwendung in einer tragbaren arbeitsvorrichtung Download PDF

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WO2001029379A1
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crankcase
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Rainer Massmann
Bernhard Auler
Wolf Burger
Eberhard Witzgall
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Dolmar Gmbh
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01M—LUBRICATING OF MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; LUBRICATING INTERNAL COMBUSTION ENGINES; CRANKCASE VENTILATING
    • F01M3/00—Lubrication specially adapted for engines with crankcase compression of fuel-air mixture or for other engines in which lubricant is contained in fuel, combustion air, or fuel-air mixture

Definitions

  • the present invention relates to the field of internal combustion engines. It relates to a compact four-stroke internal combustion engine according to the preamble of claim 1.
  • the lubrication of a four-stroke internal combustion engine with a fuel-oil-air mixture is also known, similar to the lubrication of two-stroke engines.
  • the mixture is fed from the carburetor into the crank chamber.
  • a one-way valve prevents the mixture from flowing back into the carburetor.
  • the mixture passes directly into the cylinder head or into a compression chamber via a tubular channel.
  • Another one-way valve then prevents the mixture from flowing back into the crank chamber (see e.g. the document EP-A1-0 631 040).
  • the object is achieved by the entirety of the features of claim 1.
  • the essence of the invention is to pass only part of the mixture for lubrication through the crank chamber, while the remaining part passes directly from the carburetor through the inlet channel into the combustion chamber.
  • a first preferred embodiment of the engine according to the invention is characterized in that the carburetor is connected directly to the inlet duct and that the means comprise an overflow duct which leads from the inlet duct to an overflow opening on the crankcase and, controlled by valve means, connects the inlet duct to the crank chamber , Due to the short distances between the carburetor and the inlet duct, this arrangement enables the combustion chamber to be filled very efficiently with a mixture
  • a second alternative embodiment is characterized in that the means comprise an overflow channel, which leads from the inlet channel to an overflow opening on the crankcase and, controlled by valve means, connects the inlet channel to the crank chamber, and in that the carburetor via the valve means to the overflow channel or overflow opening connected.
  • This arrangement enables in particular the control of the entire mixture flow through the valve means.
  • valve means comprise a rotary valve.
  • a rotary valve enables a particularly precisely controlled loading of the mixture portion flowing through the crank chamber.
  • a preferred development of this embodiment is characterized in that the rotary valve is arranged in the crankcase on the overflow opening, and this periodically opens and closes, and that the rotary valve is driven by a camshaft, which actuates the inlet and exhaust valves via push rods, and in particular in the camshaft is integrated. This enables a space-saving arrangement and a simplified drive of the rotary valve.
  • Fig. 2 shows a second preferred embodiment of the
  • FIG. 1 shows a simplified longitudinal section of a four-stroke internal combustion engine 100, which comprises a cylinder 12 with an internal piston 11.
  • the piston 11 is connected via a connecting rod to a crankshaft which rotates in a crank chamber 10 arranged at the lower end of the cylinder 12 and surrounded by a crankcase 1.
  • the cylinder 12 is closed at the top by a cylinder head 2, which at the same time forms the combustion chamber above the piston 11.
  • the combustion chamber can also be located in the piston 11, or it is divided between the cylinder head 2 and the piston 11.
  • An inlet duct 14 for charging the combustion chamber with a mixture and an outlet duct 15 for blowing out the combustion gases are provided within the cylinder head.
  • An inlet valve 4 is arranged in the inlet duct 14, and an outlet valve 5 is arranged in the outlet duct 15. Both valves 4, 5 are controlled by pushrods 9 from an underlying camshaft 7.
  • the tube forming the overflow channel 3 can either be integrated into the crankcase 1 or, as shown in the figures, it is designed as a separate tube.
  • the overflow opening 13 can be opened and closed by means of a rotary slide 6.
  • the rotary slide valve 6 is driven by the camshaft 7 or is integrated directly into the camshaft 7.
  • the rotary valve 6 controls the inlet of the fuel-oil-air mixture from the carburetor 8 into the crank chamber 10 and the overflow of the mixture from the crank chamber 10 into the cylinder head 2:
  • the rotary slide valve 6 allows the mixture from the carburetor 8 to flow into the crank chamber 10 for a certain time.
  • the subsequent downward movement of the piston 11 (intake phase of the engine) flows Mixture from the carburetor 8 through the opened inlet valve 4 into the cylinder 12.
  • the control times of the rotary valve 6 are either selected so that the overflow opening 13 is only opened shortly before the inlet valve 4 closes (reloading effect) or shortly before the inlet valve 4 is opened, to generate a charge movement before opening the intake valve.
  • the mixture located in the crankcase 1 is compressed by the downward movement of the piston 11, since the opening in the inlet channel 14 is closed by the rotary valve 6.
  • the rotary slide valve 6 opens the opening from the crankcase 1 to the intake duct 14, and the compressed mixture flows through the opened intake valve 4 into the cylinder 12.
  • the drive elements, bearings and valve train are lubricated by the mixture charge flowing around. If necessary, the mixture is fed directly to the friction pairings via bypasses, or it reaches the cylinder head 2 via the push rod shafts.
  • the carburetor 8 can also be attached as shown in FIG. 2 (in FIG. 2, the same reference symbols are used for the same elements as in FIG. 1).
  • the carburetor 8 sits directly in front of the rotary slide valve 6 and thus feeds mixture optionally via the overflow channel 3 into the inlet channel 14 or directly into the crank chamber 10.
  • the rotary slide valve 6 controls the entire mixture flow, ie both the flow from the carburetor 8 to the inlet duct 14 and the flow to and from the Crank chamber 10 or the crankcase charge, or it only controls the crankcase charge, as is the case in the embodiment of FIG. 1. Both types of operation can be realized by a corresponding design of the rotary valve 6.
  • the invention results in a four-stroke internal combustion engine with position-independent mixture lubrication, which is simple in construction and is distinguished by good charging behavior.

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Abstract

Um einen kompakten Viertakt-Verbrennungsmotor (100), umfassend einen Zylinder (12), welcher oben durch einen Zylinderkopf (2) abgeschlossen ist und unten in ein Kurbelgehäuse (1) übergeht, in dem Zylinder (12) einen sich auf- und abbewegenden Kolben (11), in dem Zylinderkopf (2) einen Einlasskanal (14) mit Einlassventil (4) und ein Auslasskanal (15) mit Auslassventil (5), einen Vergaser (8) zur Bildung eines den Motor schmierenden Öl-Kraftstoff-Luftgemisches, sowie Mittel (3, 6, 13), durch welche innerhalb jedes Motorzyklus Gemisch aus dem Vergaser (8) in die vom Kurbelgehäuse (1) umschlossene Kurbelkammer (10) und aus der Kurbelkammer (10) in den Einlasskanal (14) transportiert wird, mit Gemischschmierung zu schaffen, der bei gleichzeitig lageunabhängiger Schmierung einfach aufgebaut ist und ein günstiges Verhalten hinsichtlich der Gemischladung aufweist, wird vorgeschlagen, dass der Vergaser (8) ausserhalb der Kurbelkammer (10) mit dem Einlasskanal (14) in Verbindung steht.

Description

Beschreibung
Kompakter Viertakt-Verbrennungsmotor, insbesondere zur Verwendung in einer tragbaren Arbeitsvorrichtung
Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der Verbrennungsmotoren. Sie betrifft einen kompakten Viertakt-Verbrennungsmotor ge- mäss dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Stand der Technik
Stand der Technik ist ein Viertaktmotor mit Olschmierung, wobei das Öl vom Kraftstoff getrennt bevorratet wird. Das Öl wird gezielt an die entsprechenden Schmierstellen gefördert, oder es gelangt aus einem Öl- sumpf als Öl-Luft-Gemisch (Ölnebel) an die Schmierstellen.
Bekannt ist auch die Schmierung eines Viertakt-Verbrennungsmotors mit einem Kraftstoff-Öl-Luftgemisch, ähnlich der Schmierung von Zweitaktmotoren. Das Gemisch wird vom Vergaser in die Kurbelkammer geleitet. Ein Einwegeventil verhindert das Zurückströmen des Gemisches in den Vergaser. Über einen röhrenförmigen Kanal gelangt das Gemisch direkt in den Zylinderkopf oder in eine Kompressionskammer. Ein weiteres Einwegeventil verhindert dann das Zurückströmen des Gemisches in die Kurbelkammer, (siehe z.B. die Druckschrift EP-A1-0 631 040).
Bei der bekannten Gemischschmierung des Viertakt-Verbrennungsmotors wird das gesamte Gemisch durch die Kurbelkammer zum Einlasskanal geführt. Dies führt nicht nur zu einem unerwünschten erhöhten Strömungswiderstand, sondern macht auch den komplizierten und aufwendigen Einbau verschiedener Ventile an verschiedenen Stellen notwendig. Ein weiterer Nachteil ist, daß sich das gesamte Gemisch durch die Kurbelkammer aufheizt und damit die Füllung des Zylinders verringert wird.
Darstellung der Erfindung, Aufgabe, Lösung, Vorteile
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, einen Viertakt-Verbrennungsmotor mit Gemischschmierung zu schaffen, der bei gleichzeitig lageunabhängiger Schmierung einfach aufgebaut ist und ein günstiges Verhalten hinsichtlich der Gemischladung aufweist.
Die Aufgabe wird durch die Gesamtheit der Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Der Kern der Erfindung besteht darin, nur einen Teil des Gemisches zum Schmieren durch die Kurbelkammer zu führen, während der übrige Teil direkt vom Vergaser durch den Einlasskanal in die Brennkammer gelangt.
Eine erste bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemässen Motors zeichnet sich dadurch aus, dass der Vergaser direkt an den Einlasskanal angeschlossen ist, und dass die Mittel einen Überströmkanal umfassen, welcher von dem Einlasskanal zu einer Überströmöffnung am Kurbelgehäuse führt und durch Ventilmittel gesteuert den Einlasskanal mit der Kurbelkammer verbindet. Durch diese Anordnung kann wegen der kurzen Wege zwischen Vergaser und Einlasskanal eine sehr effiziente Füllung des Brennraumes mit Gemisch erreicht werden
Eine zweite alternative Ausführungsform ist dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel einen Überströmkanal umfassen, welcher von dem Einlasskanal zu einer Überströmöffnung am Kurbelgehäuse führt und durch Ventilmittel gesteuert den Einlasskanal mit der Kurbelkammer verbindet, und dass der Vergaser über die Ventilmittel an den Überströmkanal bzw. die Überströmöffnung angeschlossen ist. Diese Anordnung ermöglicht insbesondere die Steuerung des gesamten Gemischstromes durch die Ventilmittel.
Eine andere bevorzugte Ausführungsform des Motors nach der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass die Ventilmittel einen Drehschieber umfassen. Ein solcher Drehschieber ermöglicht eine besonders präzise gesteuerte Ladung des über die Kurbelkammer strömenden Gemischanteils.
Eine bevorzugte Weiterbildung dieser Ausführungsform ist dadurch gekennzeichnet, dass der Drehschieber im Kurbelgehäuse an der Überströmöffnung angeordnet ist, und diese periodisch öffnet und schliesst, und dass der Drehschieber von einer Nockenwelle angetrieben ist, welche über Stösselstangen die Ein- und Auslassventile betätigt, und insbesondere in die Nockenwelle integriert ist. Hierdurch wird eine platzsparende Anordnung und ein vereinfachter Antrieb des Drehschiebers ermöglicht.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die Erfindung soll nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen im Zusammenhang mit der Zeichnung näher erläutert werden. Es zeigen
Fig.1 ein erstes bevorzugtes Ausführungsbeispiel des
Motors nach der Erfindung mit einem direkt an den Einlasskanal angeschlossenen Vergaser; und
Fig. 2 ein zweites bevorzugtes Ausführungsbeispiel des
Motors nach der Erfindung mit einem im Bereich der Ventilmittel (des Drehschiebers) angeschlossenen Vergasers. Bester Weg zur Ausführung der Erfindung
Fig. 1 zeigt in einem vereinfachten Längsschnitt einen Viertakt-Verbrennungsmotor 100, der einen Zylinder 12 mit innenliegendem Kolben 11 umfasst. Der Kolben 11 ist über eine Pleuelstange mit einer Kurbelwelle verbunden, die in einer am unteren Ende des Zylinders 12 angeordneten, von einem Kurbelgehäuse 1 umgebenen Kurbelkammer 10 rotiert. Nach oben zu ist der Zylinder 12 durch einen Zylinderkopf 2 abgeschlossen, der zugleich oberhalb des Kolbens 11 den Brennraum bildet. Der Brennraum kann sich auch im Kolben 11 befinden, oder er teilt sich auf den Zylinderkopf 2 und den Kolben 11 auf. Innerhalb des Zylinderkopfes sind ein Einlasskanal 14 zur Ladung des Brennraumes mit Gemisch sowie ein Auslasskanal 15 zum Ausblasen der Verbrennungsgase vorgesehen. Im Einlasskanal 14 ist ein Einlassventil 4, und im Auslasskanal 15 ist eine Auslassventil 5 angeordnet. Beide Ventile 4, 5 werden über Stösselstangen 9 von einer untenliegenden Nockenwelle 7 gesteuert.
Am Einlasskanal 14 ist ein Vergaser 8 angeschlossen, in dem die Gemischbildung stattfindet. Zwischen Vergaser 8 und Einlassventil 4 ist am Einlasskanal 14 weiterhin ein Überströmkanal 3 angeschlossen, der nach unten zum Kurbelgehäuse 1 führt und dort über eine Überströmöffnung 13 mit der Kurbelkammer 10 in Verbindung steht. Das den Überströmkanal 3 bildende Rohr kann entweder in das Kurbelgehäuse 1 integriert werden, oder es ist - wie in den Figuren gezeigt - als separates Rohr ausgeführt. Die Überströmöffnung 13 kann mittels eines Drehschiebers 6 geöffnet und verschlossen werden. Der Drehschieber 6 ist dazu von der Nockenwelle 7 angetrieben bzw. ist direkt in die Nockenwelle 7 integriert.
Der Drehschieber 6 steuert den Einlaß des Kraftstoff-Öl-Luftgemisches vom Vergaser 8 in die Kurbelkammer 10 sowie das Überströmen des Gemisches von der Kurbelkammer 10 in den Zylinderkopf 2: Während der Aufwärtsbewegung des Kolbens 11 zum Ausschieben der Abgase (Auspuff-Phase des Motors) ermöglicht der Drehschieber 6 für eine bestimmte Zeit das Einströmen des Gemisches vom Vergaser 8 in die Kurbelkammer 10. Bei der anschließenden Abwärtsbewegung des Kolbens 11 (Ansaugphase des Motors) strömt Gemisch vom Vergaser 8 durch das geöffnete Einlassventil 4 in den Zylinder 12. Die Steuerzeiten des Drehschiebers 6 sind entweder so gewählt, daß die Überströmöffnung 13 erst kurz vor Schließen des Einlassventils 4 freigegeben wird (Nachladeeffekt) oder schon kurz vor dem Öffnen des Einlassventils 4, um eine Ladungsbewegung vor Öffnen des Einlassventils zu erzeugen.
Beim Nachladen wird das im Kurbelgehäuse 1 befindliche Gemisch durch die Abwärtsbewegung des Kolbens 11 komprimiert, da die Öffnung in den Einlaßkanal 14 durch den Drehschieber 6 geschlossen ist. Gegen Ende des Ladevorganges gibt der Drehschieber 6 die Öffnung vom Kurbelgehäuse 1 zum Einlaßkanal 14 frei, und das komprimierte Gemisch strömt durch das geöffnete Einlassventil 4 in den Zylinder 12.
Die Schmierung der Antriebselemente, Lager und des Ventiltriebs erfolgt durch die umströmende Gemischladung. Gegebenenfalls wird das Gemisch über Bypässe direkt den Reibpaarungen zugeführt, oder es gelangt über die Stösselstangenschächte in den Zylinderkopf 2.
Alternativ zu der Anordnung in Fig. 1 kann der Vergaser 8 auch wie in Fig. 2 dargestellt angebracht sein (in Fig. 2 werden für die gleichen Elemente die gleichen Bezugszeichen wie in Fig. 1 verwendet). Der Vergaser 8 sitzt beim Ausführungsbeispiel der Fig. 2 direkt vor dem Drehschieber 6 und speist so wahlweise Gemisch über den Überströmkanal 3 in den Einlasskanal 14 bzw. direkt in die Kurbelkammer 10 ein. Bei der in Fig. 2 dargestellten Anordnung gibt es zwei Betriebsmöglichkeiten: Entweder steuert der Drehschieber 6 den gesamten Gemischstrom, d.h., sowohl den Strom vom Vergaser 8 zum Einlasskanal 14 als auch den Strom zur und von der Kurbelkammer 10 bzw. die Kurbelgehäuseladung, oder er steuert nur die Kurbelgehäuseladung, wie dies bei dem Ausführungsbeispiel der Fig. 1 der Fall ist. Beide Arten des Betriebes lassen sich durch eine entsprechende Ausgestaltung des Drehschiebers 6 verwirklichen.
Insgesamt ergibt sich mit der Erfindung ein Viertakt-Verbrennungsmotor mit lageunabhängiger Gemischschmierung, der einfach aufgebaut ist, und sich durch ein gutes Ladeverhalten auszeichnet.
BEZEICHNUNGSLISTE
100 Viertakt-Verbrennungsmotor
1 Kurbelgehäuse
Zylinderkopf
3 Überströmkanal
Einlassventil
5 Auslassventil
Drehschieber
Nockenwelle
Vergaser
Stösselstange 0 Kurbelkammer 1 Kolben 2 Zylinder 3 Überströmöffnung 4 Einlasskanal 5 Auslasskanal

Claims

ANSPRÜCHE
1. Kompakter Viertakt-Verbrennungsmotor (100), umfassend einen Zylinder (12), welcher oben durch einen Zylinderkopf (2) abgeschlossen ist und unten in ein Kurbelgehäuse (1) übergeht, in dem Zylinder (12) einen sich auf- und abbewegenden Kolben (11), in dem Zylinderkopf (2) einen Einlasskanal (14) mit Einlassventil (4) und ein Auslasskanal (15) mit Auslassventil (5), einen Vergaser (8) zur Bildung eines den Motor schmierenden Öl-Kraftstoff-Luftgemisches, sowie Mittel (3, 6, 13), durch welche innerhalb jedes Motorzyklus Gemisch aus dem Vergaser (8) in die vom Kurbelgehäuse (1) umschlossene Kurbelkammer (10) und aus der Kurbelkammer (10) in den Einlasskanal (14) transportiert wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Vergaser (8) ausserhalb der Kurbelkammer (10) mit dem Einlasskanal (14) in Verbindung steht.
2. Motor nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Vergaser (8) direkt an den Einlasskanal (14) angeschlossen ist, und dass die Mittel einen Überströmkanal (3) umfassen, welcher von dem Einlasskanal (14) zu einer Überströmöffnung (13) am Kurbelgehäuse (1) führt und durch Ventilmittel (6) gesteuert den Einlasskanal (14) mit der Kurbelkammer (10) verbindet.
3. Motor nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel einen Überströmkanal (3) umfassen, welcher von dem Einlasskanal (14) zu einer Überströmöffnung (13) am Kurbelgehäuse (1) führt und durch Ventilmittel (6) gesteuert den Einlasskanal (14) mit der Kurbelkammer (10) verbindet, und dass der Vergaser (8) über die Ventilmittel (6) an den Überströmkanal (3) bzw. die Überströmöffnung (13) angeschlossen ist.
4. Motor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventilmittel einen Drehschieber (6) umfassen.
5. Motor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Drehschieber (6) im Kurbelgehäuse (1) an der Überströmöffnung (13) angeordnet ist, und diese periodisch öffnet und schliesst, und dass der Drehschieber von einer Nockenwelle (7) angetrieben ist, welche über Stössel- stangen (9) die Ein- und Auslassventile (4 bzw. 5) betätigt.
6. Motor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Drehschieber (6) in die Nockenwelle (7) integriert ist.
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