WO2001075280A1 - Verbrennungsmotor mit eine ölpumpe mit energie versorgender zündeinrichtung - Google Patents

Verbrennungsmotor mit eine ölpumpe mit energie versorgender zündeinrichtung Download PDF

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oil
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Michael Steffen
Wolfgang Hausler
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Wacker-Werke Gmbh & Co. Kg
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    • F01M1/02—Pressure lubrication using lubricating pumps
    • F01M2001/0207—Pressure lubrication using lubricating pumps characterised by the type of pump
    • F01M2001/0215—Electrical pumps

Definitions

  • the invention relates to an internal combustion engine according to the preamble of claim 1
  • Combustion engines for example gasoline engines, are known in which oil is added to the fuel to be burned in a certain mixture ratio in order to ensure the lubrication of the engine.
  • Such a mixture lubrication is used in particular in two-stroke engines.
  • the disadvantage here is that part of the oil is always is also burned without contributing to lubrication, which results in environmentally harmful exhaust gas pollution.
  • the amount of oil supplied is proportional to the current fuel consumption, so that no need-based metering of the amount of lubricating oil is possible very small amount of lubricating oil is required, a disproportionately large amount of oil had to be added under full load
  • the invention has for its object to provide an internal combustion engine in which a needs-based metering of a quantity of lubricating oil is possible without the constructional effort being unduly increased
  • An internal combustion engine according to the invention is equipped with an oil supply device, the energy required for the operation of which is generated by an ignition device.
  • the ignition device is otherwise used to generate a high voltage with which a spark can be generated via a spark plug.
  • the ignition device is effectively coupled to the crankshaft of the internal combustion engine. This means that the rotation of the crankshaft is transmitted to a part which can be moved past the ignition device in order to generate the required high voltage.
  • the ignition device is fixed in place.
  • the oil supply device receives its operating energy from the ignition device, there is no need for complex mechanical couplings to drive the oil supply device.
  • the invention is particularly suitable for engines in which the provision of an on-board electrical system and thus a separate electrical energy supply are for cost reasons, but also for reasons of robustness and reliability.
  • the electrical energy for an oil pump serving as an oil supply device is preferably generated by magnetic induction in the ignition device.
  • the ignition device is designed such that it is the high voltage for the
  • a control unit is provided between the ignition device and the oil pump, by means of which the operating energy for the oil pump can be influenced in accordance with predetermined rules.
  • the control unit which is preferably also supplied with energy by the ignition device, makes it possible to z. B depending on a map. This makes it z. B realize that no or only a little lubricating oil is supplied to the internal combustion engine while idling, while a disproportionately large amount of lubricating oil is pumped under full load.
  • the ignition device and the oil pump are combined to form a structural unit. This makes it possible to substantially avoid or reduce the structural outlay that would be necessary if an external electric oil pump had to be provided for the internal combustion engine.
  • the piston 1 is axially movable in a cylinder 2 in a known manner and thereby drives a crankshaft 3 in rotation.
  • a magnet 4 fastened on the crankshaft 3 or driven in rotation by the crankshaft 3 is guided past a three-legged yoke 5a belonging to the ignition device 5. As will be explained below, this produces a high-voltage pulse via a spark plug 6.
  • a control unit 7 connected to the yoke 5a extracts energy from the yoke 5a, that is to say the ignition device 5, and forwards it to an oil pump 8 serving as an oil supply device for lubricating the internal combustion engine ,
  • two-stroke engines are mainly used, to which a fuel-lubricating oil mixture is added. Because of the invention, it is now possible to separate the engine from fuel and lubricating oil and to supply it as a function of the respective requirement.
  • the oil pump 8 is provided, the energy of which comes from the ignition device.
  • MHKZ magnetic high-voltage capacitor ignition
  • part of the voltage induced in the three-legged yoke 5a is branched off and fed to the oil pump 8.
  • an additional two-legged iron yoke can also be provided, by means of which the additional energy required for the oil pump 8 is generated.
  • the electrically operated oil pump 8 requests lubricating oil to the points to be lubricated in the engine.
  • the oil pump 8 can be preceded by the control unit 7, which is fed by the electrical energy for the oil pump 8 and according to predetermined rules, e.g. B. with the help of maps that affect the oil pump 8 supplied energy. Is z. If the internal combustion engine is idling, for example, lubricant oil supply can be largely dispensed with, so that the control unit 7 prevents the oil pump 8 from operating or stops at the lowest level. If, on the other hand, the engine is running under heavy load, the control unit 7 ensures - regardless of the engine speed - an increased supply of lubricating oil by the oil pump 8.
  • a diaphragm pump with an electromagnetic actuator has proven to be more suitable.
  • the electromagnetic actuator changes its position with each voltage surge from the ignition device and requests the lubricating oil via the diaphragm which is movable with the actuator.
  • a pump with a piezoelectric element that deforms when subjected to voltage and can accordingly require lubricating oil.
  • the ignition device 5 a high voltage, for. B generated according to the ignition voltage.
  • the piezo pump can in turn be controlled via the control unit 7, which clocks out the high-voltage pulses.
  • the electrical energy supplied by the ignition device 5 for heating and partial evaporation of oil droplets, as a result of which the oil can also be required ("bubble jet" pressure).
  • a valve serving as an oil supply device can also be used or microvalve can be used. This is particularly suitable if oil pressure is generated elsewhere and then supplied to the valve. With the help of the energy from the ignition device 5, the valve can be opened so that the oil under pressure reaches the points to be lubricated.
  • the ignition device 5 is combined with the oil pump 8 to form a structural unit.
  • the transport route for the electrical energy for the oil pump 8 can be kept as short as possible in order to minimize the losses.
  • the auxiliary voltage generated by the ignition device 5 for the operation of the oil pump 8 is then led to the oil pump 8 in the shortest possible way.
  • the oil pump 8 should therefore be provided either in a housing 9 of the ignition device 5 or directly in the housing 9 of the ignition device 5.
  • the resulting compact design was also used for very small motors, such as those used for. B. are common for hand-held tools, bring with it serious disadvantages with regard to an increase in installation space.

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Abstract

Ein Verbrennungsmotor weist eine mit einer Kurbelwelle (3) gekoppelte Zündeinrichtung (5) zum Erzeugen einer Hochspannung zur Zündung eines Verbrennungsgemischs auf. Die Zündeinrichtung (5) erzeugt darüber hinaus Energie für den Betrieb einer Ölpumpe (8), die Öl zur Schmierung des Verbrennungsmotors fördert. Die Ölpumpe (8) und die Zündeinrichtung (5) können zu einer baulichen Einheit (9) zusammengefaßt werden.

Description

Beschreibung
Verbrennungsmotor mit eine Olpumpe mit Energie versorgender Zündeinrichtung
Die Erfindung betrifft einen Verbrennungsmotor gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1
Es sind Verbrennungsmotoren, z B Ottomotoren bekannt, bei denen dem zu ver- brennenden Kraftstoff Ol in einem bestimmten Mischungsverhältnis zugesetzt wird, um die Schmierung des Motors zu gewährleisten Insbesondere bei Zweitaktmotoren wird eine derartige Mischungsschmierung angewendet Nachteilig ist dabei, daß stets ein Teil des Ols mitverbrannt wird, ohne daß es zur Schmierung beitragt, wodurch eine umweltschadliche Abgasbelastung entsteht Außerdem ist die zugefuhr- te Olmenge dem aktuellen Kraftstoffverbrauch proportional, so daß keine bedarfsgerechte Dosierung der Schmierolmenge möglich ist Wahrend namlich z B im Leerlauf des Motors - wenn überhaupt - nur eine sehr geringe Schmierolmenge erforderlich ist, mußte unter Vollast eine uberproportional große Olmenge zugeführt werden
Bei Viertaktmotoren ist es bekannt, eine separate Olpumpe vorzusehen, die über einen mechanischen oder elektrischen Antrieb 01 an die zu schmierenden Stellen fordert Je nach Ausbildungsform der Olpumpe kann dadurch eine bedarfsgerechte Dosierung der Schmierolmenge erfolgen Der Antrieb der Olpumpe erfolgt z B me- chanisch über einen Riemen- oder Zahnantrieb oder elektrisch durch Speisung aus dem Bordnetz Der bauliche Aufwand einer derartigen Anordnung ist daher hoch und bei einfacheren Motoren, z B bei Verbrennungsmotoren für handgefuhrte, motorbetriebene Arbeitsgeräte, nicht zu rechtfertigen
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Verbrennungsmotor anzugeben, bei dem eine bedarfsgerechte Dosierung einer Schmierolmenge möglich ist, ohne daß der bauliche Aufwand übermäßig erhöht wird
Die erfindungsgemaße Losung der Aufgabe wird in Patentanspruch 1 angegeben Vorteilhafte Weiterentwicklungen der Erfindung sind den abhangigen Ansprüchen zu entnehmen Em erfindungsgemaßer Verbrennungsmotor ist mit einer Olzufuhreinrichtung ausgestattet, deren für den Betrieb erforderhche Energie durch eme Zundeinπchtung erzeugt wird. Die Zundemnchtung dient ansonsten zur Erzeugung einer Hochspannung, mit der über emer Zündkerze em Zündfunken erzeugt werden kann Die Zundemnchtung ist wirkungsmaßig mit emer Kurbelwelle des Verbrennungsmotors gekoppelt. Das bedeutet, daß die Drehung der Kurbelwelle auf em an der Zündeinrichtung vorbeibewegbares Teil übertragen wird, um die erforderliche Hochspannung zu erzeugen. Die Zündeinrichtung ist dazu ortsfest angebracht.
Dadurch daß die Olzufuhreinrichtung ihre Betriebsenergie von der Zundemnchtung erhalt, erübrigen sich aufwendige mechanische Kopplungen zum Antrieb der Olzufuhreinrichtung Besonders eignet sich die Erfindung bei Motoren, bei denen auf die Bereitstellung eines Bordnetzes und damit einer separaten elektrischen Energieversorgung aus Kostengrunden, aber auch aus Gründen der Robustheit und Zuverlässigkeit, verzichtet wird.
Die elektrische Energie für eme als Olzufuhreinrichtung dienende Olpumpe wird vorzugsweise durch magnetische Induktion in der Zundemrichtung erzeugt.
Da die Zündeinrichtung derart ausgebildet ist, daß sie die Hochspannung für die
Zündung des Verbrennungsgemischs impulsweise erzeugt, ist es zweckmäßig, wenn die Olpumpe zu einer pulsierenden Olforderung geeignet ist.
Bei emer besonders vorteilhaften Ausfuhrungsform der Erfindung ist zwischen der Zundemnchtung und der Olpumpe eine Steuereinheit vorgesehen, durch die die Betriebsenergie für die Olpumpe entsprechend vorgegebener Regeln beeinflußbar ist Durch die - vorzugsweise ebenfalls von der Zündeinrichtung mit Energie gespeiste - Steuereinheit ist es möglich, die Olpumpe, z. B in Abhängigkeit von einem Kennfeld, anzusteuern. Dadurch laßt es sich z. B realisieren, daß dem Ver- brennungsmotor im Leerlauf kein oder nur wenig Schmieröl zugeführt wird, wahrend unter Vollast eme uberproportional große Schmierolmenge gepumpt wird.
Bei einer besonders vorteilhaften Ausfuhrungsform der Erfmdung sind die Zundemnchtung und die Olpumpe zu emer Baueinheit zusammengefaßt. Dadurch laßt sich in erheblichem Maße baulicher Aufwand vermeiden oder reduzieren, der notig wäre, wenn eme externe elektrische Olpumpe für den Verbrennungsmotor vorgesehen werden mußte Diese und weitere Vorteile und Merkmale der Erfmdung werden nachfolgend anhand eines Beispiels unter Zuhilfenahme der Figur naher erläutert. Die emzige Figur zeigt schematisch den Aufbau eines erfmdungsgemaßen Verbrennungsmotors.
Bei dem erfmdungsgemaßen Verbrennungsmotor ist in bekannter Weise em Kolben 1 in einem Zylinder 2 axial hm und her beweglich und treibt dadurch eme Kurbelwelle 3 drehend an. Ein auf der Kurbelwelle 3 befestigter oder von der Kurbelwelle 3 drehend angetriebener Magnet 4 wird an einem zu emer Zundemnchtung 5 geho- renden dreibeinigen Joch 5a vorbeigefuhrt. Dadurch wird - wie nachfolgend noch erläutert wird, ein Hochspannungsimpuls über eme Zündkerze 6 erzeugt Eine mit dem Joch 5a verbundene Steueremheit 7 entzieht dem Joch 5a, das heißt der Zundemnchtung 5 Energie und leitet sie an eme als Olzufuhreinrichtung dienende Olpumpe 8 zur Schmierung des Verbrennungsmotors weiter.
Die Erfindung wird in der Figur nur schematisch dargestellt und soll nachfolgend anhand zahlreicher Varianten beschrieben werden, ohne daß im Einzelnen auf die Figur Bezug genommen wird.
Bei handgefuhrten Arbeitsgeraten werden vorwiegend Zweitaktmotoren verwendet, denen em Kraftstoff-Schmierol-Gemisch zugeführt wird. Aufgrund der Erfindung ist es jetzt möglich, dem Motor Kraftstoff und Schmieröl getrennt und m Abhängigkeit vom jeweiligen Bedarf zuzuführen. Dazu ist die Olpumpe 8 vorgesehen, deren Energie von der Zündeinrichtung stammt.
Als Zundemnchtung 5 findet häufig eine sogenannte Magnet-Hochspannungs-Kon- densator-Zundung (MHKZ) Anwendung. Bei der MHKZ wird ein z. B. auf der Kurbelwelle 3 befestigter oder von der Kurbelwelle 3 drehend angetriebener Magnet 4 an dem dreibemigen Joch 5a vorbeigefuhrt, wodurch der Hochspannungsimpuls für die Zündung jeweils erzeugt wird. Auch die MHKZ ist allgemein bekannt und hat sich in der Praxis vor allem bei Verbrennungsmotoren für Arbeitsgeräte bewahrt.
Gemäß der Erfindung wird ein Teil der in dem dreibemigen Joch 5a induzierten Spannung abgezweigt und der Olpumpe 8 zugeführt. Alternativ dazu kann auch em zusätzliches zweibeiniges Eisenjoch vorgesehen werden, durch das die für die Olpumpe 8 erforderliche Zusatzenergie erzeugt wird. Die elektrisch betriebene Olpumpe 8 fordert Schmieröl an die im Motor zu schmierenden Stellen.
Der Olpumpe 8 kann die Steueremheit 7 vorgeschaltet werden, die von der elektrischen Energie für die Olpumpe 8 mitgespeist w rd und entsprechend vorgegebener Regeln, z. B. mit Hilfe von Kennfeldern, die der Olpumpe 8 zugeleitete Energie beeinflußt. Befindet sich z. B. der Verbrennungsmotor im Leerlaufzustand, kann auf eme Schmierolzufuhr weitgehend verzichtet werden, so daß die Steuerein - heit 7 einen Betrieb der Olpumpe 8 unterbindet oder auf niedrigstem Niveau halt. Wenn dagegen der Motor unter starker Belastung lauft, sorgt die Steuereinheit 7 - unabhängig von der Motordrehzahl - für eine erhöhte Schmierolzufuhr durch die Olpumpe 8.
Als Olpumpe 8 eignen sich grundsatzlich verschiedene Arten von elektrischen Pumpen. Da jedoch davon auszugehen ist, daß die elektrische Energie von der Zündeinrichtung impulsweise geliefert wird, ist eine Olpumpe 8 mit elektromotorischem Antrieb als weniger geeignet anzusehen. Darüber hinaus ist bei dieser Pumpe der bauliche Aufwand vergleichsweise groß, da zur Forderung des Ols noch em ent- sprechendes Pumpenlaufrad vorgesehen werden muß.
Als geeigneter hat sich eine Membranpumpe mit elektromagnetischem Stellglied erwiesen. Das elektromagnetische Stellglied ändert bei jedem Spannungsstoß von der Zündeinrichtung seine Lage und fordert über die mit dem Stellglied bewegliche Membran das Schmieröl.
Ebenfalls geeignet ist eine Pumpe mit einem piezoelektrischen Element, das sich unter Spannungsbeaufschlagung verformt und entsprechend Schmieröl fordern kann. Für den Betrieb der Piezopumpe ist es erforderlich, daß die Zündeinrichtung 5 eine Hochspannung, z. B entsprechend der Zündspannung, erzeugt. Die An- steuerung der Piezopumpe kann wiederum über die Steuereinheit 7 erfolgen, die die Hochspannungsimpulse austaktet. In diesem Zusammenhang ist ai h denkbar, die von der Zündeinrichtung 5 gelieferte elektrische Energie zur Erhitzung und partiellen Verdampfung von Oltropfchen zu verwenden, wodurch ebenfalls das Ol gefordert werden kann ("Bubble-jet"-Pπnzιp).
Anstelle der Olpumpe 8 kann auch ein als Olzufuhreinrichtung dienendes Ventil oder Mikroventil Verwendung finden. Dieses eignet sich insbesondere dann, wenn an anderer Stelle em Öldruck erzeugt und dann dem Ventil zugeführt wird. Mit Hilfe der Energie von der Zundemnchtung 5 kann das Ventil geöffnet werden, so daß das unter Druck stehende Ol die zu schmierenden Stellen erreicht.
Aufgrund der engen Verknüpfung zwischen der Zündeinrichtung 5 und der Olpumpe 8 ist bei emer besonders bevorzugten Ausfuhrungsform der Erfindung die Zundeinπchtung 5 mit der Olpumpe 8 zu einer Baueinheit zusammengefaßt. Dadurch kann der Transportweg für die elektrische Energie für die Olpumpe 8 so kurz wie möglich gehalten werden, um die Verluste zu minimieren.
Die von der Zündeinrichtung 5 für den Betrieb der Olpumpe 8 erzeugte Hilfs- spannung wird dann auf kürzest möglichem Weg zur Olpumpe 8 gefuhrt.
Die Olpumpe 8 sollte daher entweder in einem Gehäuse 9 der Zündeinrichtung 5 oder direkt bei dem Gehäuse 9 der Zündeinrichtung 5 vorgesehen werden. Der daraus resultierende kompakte Aufbau wurde auch bei sehr kleinen Motoren, wie sie z. B. für handgefuhrte Arbeitsgeräte üblich sind, kerne Nachteile hinsichtlich einer Bauraumvergroßerung mit sich bringen.

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e
1 Verbrennungsmotor, mit einer drehend angetriebenen Kurbelwelle (3), - emer mit der Kurbelwelle (3) gekoppelten Zundemnchtung (5) zur Erzeugung emer Hochspannung zur Zündung eines Verbrennungsgemischs in einem Verbrennungsraum, und mit einer zur Schmierung des Verbrennungsmotors Ol fordernden Olzufuhr-ein- richtung (8), dadurch gekennzeichnet, daß die für den Betrieb der Olzufuhreinrichtung (8) erforderliche Energie durch die Zündeinrichtung (5) erzeugt wird
2 Verbrennungsmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Energie eme elektrische Energie ist und daß die Olzufuhreinrichtung (8) eine elek- tπsch antreibbare Olpumpe ist
3 Verbrennungsmotor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß in der Zundemnchtung (5) eine Hilfsspannung zum Betrieb der Olpumpe (8) erzeugbar ist
4 Verbrennungsmotor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die
Hilfsspannung für die Olpumpe (8) durch magnetische Induktion in der Zündeinrichtung (5) erzeugt w rd
5 Verbrennungsmotor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein zu der Zundeinπchtung (5) gehörender Magnet (4) vorgesehen ist, der durch die Kurbelwelle (3) drehend angetrieben wird und bei jeder Umdrehung em dreibeiniges Eisenjoch (5) der Zündeinrichtung (5) passiert, m dem die Hilfsspannung für den Betrieb der Olpumpe (8) und eme Hochpannung für die Zündung (6) induziert wird
6 Verbrennungsmotor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß em
Magnet (4) vorgesehen ist, der durch die Kurbelwelle (3) drehend angetrieben wird und bei jeder Umdrehung ein zu der Zundemnchtung (5) gehörendes erstes Eisenjoch (5a), m dem eine Hochpannung für die Zündung induziert wird, und ein zweites Eisenjoch passiert, in dem die Hilfsspannung für den Betrieb der Olpumpe (8) induziert wird
7 Verbrennungsmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 5 dadurch gekenn- zeichnet, daß die Olpumpe (8) zur pulsierenden Olforderung ausgebildet ist.
8. Verbrennungsmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß m der Zundemnchtung (5) eme der Hochspannung zur Zündung entsprechende Hochspannung zum Betπeb der Olpumpe (8) erzeugbar ist; und daß die Olpumpe (8) eine piezoelektrische Pumpe ist.
9. Verbrennungsmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Zundemrichtung (5) und der Olpumpe (8) eme Steuer- emheit (7) vorgesehen ist, durch die die Energie für die Olpumpe (8) entsprechend vorgegebener Regeln beeinflußbar ist.
10 Verbrennungsmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Zündeinrichtung (5) und die Olpumpe (8) zu einer Baueinheit (9) zusammengefaßt sind.
PCT/EP2001/001638 2000-03-31 2001-02-14 Verbrennungsmotor mit eine ölpumpe mit energie versorgender zündeinrichtung WO2001075280A1 (de)

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