DE10041010A1 - Viertaktmotor - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Viertaktmotor (1) mit einem Zylinder (2) und einem Kolben (3), der einen Brennraum (4) begrenzt und über ein Pleuel (5) eine in einem Kurbelgehäuse (6) angeordnete Kurbelwelle (7) antreibt. Zum Antrieb einer Kraftstoffpumpe (14) ist vorgesehen, den schwankenden Innendruck im Kurbelgehäuse (6), im Ventilgehäuse (10) oder in einem die beiden Gehäuse verbindenden Verbindungskanal (21) zu nutzen. Zu diesem Zweck ist ein Antriebsraum (28) der Kraftstoffpumpe (14) über eine Impulsleitung (16) mit dem Kurbelgehäuse (6), dem Ventilgehäuse (10) oder dem Verbindungskanal (21) verbunden.

Description

Die Erfindung betrifft einen Viertaktmotor nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Aus der DE 42 27 433 C2 ist ein Viertaktmotor für tragbare Arbeitsgeräte mit Membranvergaser bekannt, wobei zum Antrieb einer Kraftstoffpumpe des Membran­ vergasers die Druckschwankungen in dem Ansaugrohr zwischen Membranvergaser und Zylinder genutzt werden. Über eine Impulsleitung ist hierzu ein Druckraum des Ansaugkanals mit dem Antriebsraum der Pumpe verbunden. Im Betrieb von derartigen Viertaktmotoren hat es sich gezeigt, daß die Druckschwankungen im Ansaugrohr nicht immer ausreichen, um die Kraftstoffpumpe anzutreiben. Insbesondere bei der Beschleunigung tritt beim schnellen Öffnen der Drosselklappe des Membran­ vergasers ein Druckeinbruch auf, der die Kraftstofförderung einschränkt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem gattungsgemäßen Viertaktmotor in allen Betriebs­ situationen eine zuverlässige Kraftstoffversorgung zu gewährleisten.

Die Aufgabe wird bei einem Viertaktmotor mit den Merk­ malen des Anspruchs 1 gelöst.

Es hat sich überraschend gezeigt, daß im Betrieb eines Viertaktmotors mit im wesentlichen nach außen abge­ schlossenen Kurbelgehäuses der schwankende Druck im Kurbelgehäuseinnenraum geeignet ist, eine Kraftstoff­ pumpe einer Gemischaufbereitungseinrichtung zuver­ lässig anzutreiben. Der bei einem Viertaktmotor während des Betriebs auf- und abbewegte Kolben bewirkt im Kurbelgehäuse ein wechselndes Druckniveau, sofern der Kurbelgehäuseinnenraum als weitgehend ge­ schlossener Strömungsraum vorgesehen ist. Die impuls­ artigen Druckschwankungen im zur Umgebung abgetrennten Kurbelgehäuseinnenraum sind zum Antrieb einer Membran­ pumpe ausreichend, dis über eine Impulsleitung flui­ disch mit dem Kurbelgehäuseinnenraum verbunden ist. Um den Eintrag von Schmieröl in die Impulsleitung zu ver­ meiden, ist es zweckmäßig, die Abzweigung der Impuls­ leitung aus dem Kurbelgehäuseinnenraum an einer geeig­ neten Stelle zwischen Kurbelwelle und Zylinder an einer Stirnseite des Kurbelgehäuses anzuordnen.

Es kann zweckmäßig sein, die Impulsleitung unterhalb eines Zylinderflansches des Zylinders des Viertakt­ motors quer zur Kurbelwellenlängsachse aus dem Kurbel­ gehäuse abzweigen zu lassen. Insbesondere wenn der Viertaktmotor in unterschiedlichen Lagen, beispiels­ weise beim Einsatz in einem handgeführten Arbeits­ gerät, eingesetzt wird, ist es zweckmäßig, den Vier­ taktmotor gemischgeschmiert auszubilden. Vorteilhaft ist bei einem gemischgeschmierten Viertaktmotor der Ansaugkanal zwischen der Gemischaufbereitungs­ einrichtung und dem Einlaßventil über eine Verbindung mit dem Ventilgehäuse verbunden. Das Ventilgehäuse ist wiederum fluidisch über einen den Ventiltrieb um­ gebenden Verbindungskanal mit dem Kurbelgehäuse ver­ bunden, so daß ein zusammenhängender Strömungsraum aus Kurbelgehäuse, Verbindungskanal und Ventilgehäuse ge­ bildet ist. In dem Strömungsraum breitet sich im Be­ trieb des Viertaktmotors der zyklisch schwankende impulsartige Druck vom Kurbelgehäuse aus fort.

Es kann zweckmäßig sein, den Abzweig der Impulsleitung am Kurbelgehäuse des Viertaktmotors selbst vorzusehen. Zur Verringerung der Länge der Impulsleitung kann diese am Verbindungskanal oder am Ventilgehäuse des Viertaktmotors abzweigen. um zu verhindern, daß Störungen auftreten, ist es zweckmäßig, die Impuls­ leitung quer zu einer den Strömungsraum begrenzenden Wand aus dem Strömungsraum abzuzweigen. Durch diese konstruktive Maßnahme wird zudem bewirkt, daß der Ein­ trag von Schmieröl oder Kraftstoff-Schmierölgemisch in die Impulsleitung minimiert ist.

Es ist zweckmäßig die Impulsleitung ganz oder zumin­ dest teilweise als Kanal im vom Kurbelgehäuse, Zylin­ der- und Ventilgehäuse gebildeten Motorgehäuse auszu­ bilden. Vorzugsweise ist die Gemischaufbereitungs­ einrichtung als Membranvergaser ausgebildet, wobei die Kraftstoffpumpe an dem Membranvergaser im wesentlichen aus einem Antriebsraum, einem Pumpenraum und einer zwischen dem Antriebsraum und dem Pumpenraum ange­ ordneten, die beiden Räume fluidisch trennenden Pumpenmembran gebildet ist. Die Impulsleitung ist hierbei fluidisch mit dem Antriebsraum der Kraftstoff­ pumpe verbunden und durch den im Betrieb des Viertakt­ motors in der Impulsleitung anliegenden zyklischen im­ pulsartigen Druck die Pumpenmembran betätigt. Zur Maximierung des impulsartigen Drucks im Kurbelwellen­ gehäuseinnenraum ist es zweckmäßig, das Volumen des Kurbelgehäuseinnenraums durch eine Begrenzungswand zu minimieren. In radialer Richtung zur Kurbelwellen­ längsachse betrachtet, wird hierzu nahe den Kurbel­ wangen im Kurbelgehäuse eine Wand angeordnet.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigt:

Fig. 1 einen Querschnitt durch einen gemisch­ geschmierten Viertaktmotor,

Fig. 2 einen Schnitt durch einen gemischgeschmierten Viertaktmotor quer zur Kurbelwelle,

Fig. 2a einen Längsschnitt durch einen Membran­ vergaser,

Fig. 3 einen schematischen Schnitt durch den Vier­ taktmotor in Fig. 2.

In Fig. 1 und 2 ist ein Schnitt durch einen Viertakt­ motor, insbesondere durch einen gemischgeschmierten Viertaktmotor 1 gezeigt. Der gemischgeschmierte Vier­ taktmotor 1 besteht im wesentlichen aus einem Zylin­ der 2 mit einem darin angeordneten Kolben 3, der einen im Zylinder 2 ausgebildeten Brennraum 4 begrenzt und mittels eines Pleuels 5 eine in einem Kurbel­ gehäuse 6 angeordnete Kurbelwelle 7 antreibt. Im Zy­ linder 2 sind ein Einlaßventil 8 und ein Auslaßventil 9 angeordnet, über die zündfähiges Gemisch zugeführt bzw. Abgase abgeführt werden. Ventilstangen 36, 36' der Ventile 8 und 9 ragen in ein Ventilgehäuse 10 und werden von einem Nockenantrieb 37 in Pfeilrichtung 34 auf- und abbewegt. Der Nockenantrieb 37 wird über einen Ventiltrieb 11 von der im Kurbelgehäuse 6 ge­ lagerten Kurbelwelle 7 angetrieben. In der Darstellung ist der Ventiltrieb 11 als Riemen oder Kettentrieb in einem Verbindungskanal 21 ausgebildet. Der Ver­ bindungskanal 22 stellt zugleich eine Strömungs­ verbindung zwischen dem Kurbelgehäuse 6 und dem Ven­ tilgehäuse 10 her. Das Kurbelgehäuse 6, der Ver­ bindungskanal 21 und das Ventilgehäuse 10 bilden einen nach außen geschlossenen Strömungsraum 22, welcher über eine Öffnung 39 im Ansaugkanal 12 des Viertakt­ motors 1 fluidisch mit dem Ansaugkanal 12 verbunden ist. Am Ansaugkanal 12 ist an einer Einlaßöffnung 38 des Zylinders 2 eine Gemischaufbereitungseinrichtung 13 angeflanscht. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist die Gemischaufbereitungseinrichtung 13 als Mem­ branvergaser 27 ausgebildet.

Bei geöffnetem Einlaßventil 8 und in Pfeilrichtung 33 sich abwärts bewegenden Kolben 3 wird über den Ansaug­ kanal 12 von der Gemischaufbereitungseinrichtung 13 ein Luft-Kraftstoff-Schmierölgemisch angesaugt.

Gleichzeitig entsteht in dem Strömungsraum 22, aus­ gehend vom Kurbelgehäuse 6, ein Überdruck. In dem auf den Ansaugtakt folgenden Verdichtungstakt fährt der Kolben 3 entgegen der Pfeilrichtung 33 nach oben, wo­ bei das Einlaßventil 8 sowie das Auslaßventil 9 ge­ schlossen ist. Durch den aufwärts fahrenden Kolben 3 entsteht im Kurbelgehäuse 6 ein Unterdruck, der über den Verbindungskanal 21 sich auch in das Ventilgehäuse 10 fortpflanzt. Dies bewirkt ein Ansaugen von Luft- Kraftstoff-Schmierölgemisch in den Strömungsraum 22 zur Schmierung der beweglichen Teile des Viertakt­ motors 1.

Am Ende des Verdichtungstaktes folgt die Zündung und damit der Arbeitstakt, indem die Kurbelwelle 7 in Pfeilrichtung 45 angetrieben ist (Fig. 2). Nach dem Arbeitstakt öffnet das Auslaßventil 9 und die im Brennraum 4 anstehenden Gase werden über einen Auslaß­ kanal 35 ausgeschoben. In dem darauffolgenden Ansaug­ takt fährt der Kolben 3 wieder in Pfeilrichtung 33 nach unten (Fig. 1), wodurch sich im Kurbelgehäuse 6 ein Überdruck aufbaut. Durch die Auf- und Abbewegung des Kolbens 3 baut sich ein impulsartig wechselnder Innendruck im Strömungsraum 22 auf. Die zyklischen Druckschwankungen in den nach außen im wesentlichen abgeschlossenen, durch das Kurbelgehäuse 6, den Ver­ bindungskanal 21 und das Ventilgehäuse 10 gebildeten Strömungsraum 22 sind geeignet, um eine Kraftstoff­ pumpe 14, die Teil der Gemischaufbereitungseinrichtung 13 ist, anzutreiben. In dem gezeigten Ausführungs­ beispiel mit den Fig. 1 bis 3 ist die Gemischauf­ bereitungseinrichtung 13 zweckmäßig, als Membranver­ gaser 27 ausgeführt. Die Kraftstoffpumpe 14 ist mit einer Impulsleitung 16 mit dem Strömungsraum 22 flui­ disch verbunden. Der in dem Strömungsraum 22 zyklisch sich ausbildende impulsartige Druck treibt über die Impulsleitung 16 die Kraftstoffpumpe 14 an.

Wie Fig. 2a zeigt, besteht der Membranvergaser 27 aus einem Vergasergehäuse 46 mit einem darin ausgebildeten durchgehenden Ansaugkanal 12', der sich in den Ansaug­ kanal 12 des Zylinders 2 fortpflanzt. Im Vergaser­ gehäuse 46 ist die Kraftstoffpumpe 14 sowie eine kraftstoffgefüllte Regelkammer 44 ausgebildet. Aus der Regelkammer 44 werden die in den Ansaugkanal 12' mündenden Düsen 47, 48 mit Kraftstoff versorgt.

Die Kraftstoffpumpe 14 besteht aus einem von einer Pumpenmembran 30 begrenzten Pumpenraum 29, der ein­ gangsseitig und ausgangsseitig mit je einem in Fließ­ richtung des Kraftstoffs öffnenden Rückschlagventil 49, 40 verbunden ist. Auf der dem Pumpenraum 29 abge­ wandten Seite der Pumpenmembran 30 ist ein Antriebs­ raum 38 ausgebildet, der über einen Druckanschluß 41 über die Impulsleitung 16 mit dem Strömungsraum 22 verbunden ist. Der schwankende Druck in dem Strömungs­ raum 22 bewirkt ein alternierendes Auswölben der Pumpenmembran 30 in wechselnden Richtungen und damit ein Fördern des Kraftstoffs von einem nicht gezeigten Kraftstoffvorratsbehälter über einen Einlaßstutzen 43 der Kraftstoffpumpe 14 zur Regelkammer 44.

Die Impulsleitung 16 kann zweckmäßig mit einem An­ schlußstutzen 42 am Kurbelgehäuse 6 verbunden sein und als separate Impulsleitung 26 außerhalb des Motor­ gehäuses verlaufen, wie dies Fig. 2 zeigt. Der An­ schlußstutzen 42 ist dabei unterhalb eines Zylinder­ flansches 19 für den Zylinder 2 quer zur Kurbelwellen­ längsachse 20 einstückig mit dem Kurbelgehäuse 6 aus­ gebildet. Diese konstruktive Maßnahme bewirkt, daß ein Eintrag von Schmieröl oder Kraftstoff-Schmierölgemisch in die Impulsleitung vermieden ist. Die Impulsleitung mündet vorteilhaft stets quer zu einer in dem Strö­ mungsraum sich im Betrieb ausbildenden Strömung.

Gleichwohl kann es zweckmäßig sein, wie dies Fig. 1 zeigt, die Impulsleitung 16 aus dem Ventilgehäuse 10 abzweigen zu lassen. Die Impulsleitung 16 ist vorteil­ haft als Kanal 24 im Motorgehäuse verlaufend ausge­ bildet. Zur Erhöhung des impulsartigen Drucks in dem Strömungsraum und damit zur besseren Ansteuerung der Pumpenmembran ist es zweckmäßig, das Volumen des Kurbelgehäuseinnenraumes zu minimieren. Dazu ist - vorzugsweise in radialer Richtung zur Kurbelwellen­ längsachse - das Kurbelgehäuse 6 mit einer Wand 31 zu versehen, die mit geringem Abstand a zur Kurbelwange 32 der Kurbelwelle 7 liegt und den Kurbelgehäuseinnen­ raum verringert.

Claims (11)

1. Viertaktmotor mit einem Zylinder (2) und einem Kolben (3), der einen Brennraum (4) begrenzt und über ein Pleuel (5) eine in einem Kurbelgehäuse (6) angeordnete Kurbelwelle (7) antreibt und mit einem Einlaßventil (8) und einem Auslaßventil (9) für den Brennraum (4), wobei die Ventile (8, 9) aus einem Ventilgehäuse (10) über einen von der Kurbelwelle (7) angetriebenen Ventiltrieb (11) betätigt sind, wobei das Einlaßventil (8) über einen Ansaugkanal (12) mit einer Gemischauf­ bereitungseinrichtung (13) und mit einer über eine Impulsleitung (16) vom schwankenden Druck in einem Druckraum des Viertaktmotors (1) ange­ triebenen Kraftstoffpumpe (14) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Kurbel­ gehäuseinnenraum (17) als im wesentlichen ge­ schlossener Strömungsraum (22) ausgebildet ist und die Impulsleitung (16) mit dem Kurbel­ gehäuseinnenraum (17) fluidisch verbunden ist und die Kraftstoffpumpe (14) ausschließlich vom schwankenden Druck im Kurbelgehäuse (6) angetrie­ ben ist.

2. Viertaktmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Impulsleitung (16) zwischen der Kurbelwelle (7) und dem Zy­ linder (2) auf einer Stirnseite (18) des Kurbel­ gehäuses (6) abzweigt.

3. Viertaktmotor (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Impulsleitung (16) unterhalb eines Zylinderflansches (19) für den Zylinder (2) quer zur Kurbelwellenlängsachse (20) aus dem Kurbelgehäuse (6) abzweigt.

4. Viertaktmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Viertaktmotor (1) gemischgeschmiert ist, wobei das Ventilgehäuse (10) mit dem Ansaugkanal (12) der Gemischauf­ bereitungseinrichtung (13) verbunden ist und über einen Verbindungskanal (21) mit dem Kurbelgehäuse (6) in Verbindung steht und daß das Volumen des Kurbelgehäuseinnenraums (17), das Volumen des Ventilgehäuses (10) und das Volumen des Verbin­ dungskanals (21) einen zusammenhängenden Strömungsraum (22) bilden.

5. Viertaktmotor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Impulsleitung (16) aus dem Ventilgehäuses (10)abzweigt.

6. Viertaktmotor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Impulsleitung (16) aus dem Strömungsraum (22) abzweigt.

7. Viertaktmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Impulsleitung (16) quer zu einer den Strömungsraum (22) be­ grenzenden Wand (23) aus dem Strömungsraum (22) abzweigt.

8. Viertaktmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Impulsleitung (16) zumindest teilweise als Kanal (24) im Motor­ gehäuse (25) ausgebildet ist.

9. Viertaktmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Impulsleitung (16) als separate Leitung (26) außerhalb des Motorgehäuses (25) vorgesehen ist.

10. Viertaktmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Gemischauf­ bereitungseinrichtung (13) ein Membranvergaser (27) ist und die Kraftstoffpumpe (14) aus einem Antriebsraum (28), einem Pumpenraum (29) und einer zwischen Antriebsraum (28) und Pumpenraum (29) angeordneten Pumpenmembran (30) besteht und die Impulsleitung (16) in den Antriebsraum (28) mündet.

11. Viertaktmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß im Kurbelgehäuse (6) nahe einer Kurbelwange (32) eine Wand (31) ange­ ordnet ist, die sich in radialer Richtung zur Kurbelwellenlängsachse (20) erstreckt und den Kurbelgehäuseinnenraum (17) begrenzt.