DE4226925A1 - Viertaktverbrennungsmotor - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Viertaktverbrennungsmotor mit wenigstens einem Zylinder mit Kolben und mit einem Kurbel­ gehäuse, wobei das Bestandteil des Motors bildende gasdich­ te Kurbelgehäuse mit einer in Abhängigkeit von der Kolben­ lage von einem ersten Drosselelement öffenbaren und schließbaren Ansaugöffnung versehen ist und am Kurbelgehäu­ seausgang wenigstens eine Zuleitung zu dem jeweiligen Zy­ linderkopf angeordnet ist.

Ein gattungsgemäßer Viertaktverbrennungsmotor mit paarweise zusammenwirkenden Kolben ist aus der DE 33 15 853 A1 der Anmelderin bekannt. Bei diesem bekannten Viertaktmotor wird eine Leistungssteigerung durch Aufladung in einfacher und kostengünstiger Weise dadurch zu lösen versucht, daß die Luft bzw. das Kraftstoff-Luft-Gemisch unter der Einwirkung der Kolben durch eine in der unteren Totpunktlage der Kol­ ben öffnende und in der oberen Totpunktlage der Kolben schließende Ansaugöffnung im Kurbelgehäuse in das Kurbelge­ häuse angesaugt und durch vom Kurbelgehäuse ausgehende, die Zylinderköpfe beaufschlagende Zuleitungen unter der Einwir­ kung der die untere Totpunktlage anfahrenden Kolben jeweils dem zur Befüllung mit der Luft bzw. dem Kraftstoff-Luft-Ge­ misch anstehenden Zylinder unter Vorkomprimierung der Luft bzw. des Kraftstoff-Luft-Gemisches zugeführt wird. Durch diese einfache Aufladung ist es möglich, in einem Arbeits­ gang etwa die doppelte Luft- bzw. Kraftstoff-Luft-Gemisch- Menge gegenüber einer Arbeitsweise ohne Aufladung in den jeweiligen Zylinder einzubringen.

Es hat sich jedoch herausgestellt, daß dieser bekannte Mo­ tor noch nicht vollständig zufriedenstellend arbeitet, was insbesondere für den Leerlaufbereich gilt, da auch bei kleinster Vergaseröffnung der Überdruck in der jeweiligen Zylinderzuleitung zu groß ist. Es ist deshalb erforderlich, bei derartigen Motoren mit einer sehr hohen Leerlaufdreh­ zahl zu arbeiten. Darüber hinaus ist der bekannte Vier­ taktverbrennungsmotor nur für eine Mehrzylinderanordnung mit paarweise zusammenwirkenden Kolben geeignet.

Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, einen derartigen Viertaktverbrennungsmotor so zu verbessern, daß er bei ge­ ringer Leerlaufdrehzahl ein einwandfreies Leerlaufverhalten aufweist und in Ausgestaltung zusätzlich auch für eine Ein­ zylinderausführung geeignet ist.

Diese Aufgabe wird mit einem Viertaktverbrennungsmotor der eingangs bezeichneten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß in der jeweiligen Zuleitung ein in Abhängigkeit von dem ersten Drosselelement gleichzeitig öffnendes oder schlie­ ßendes zweites Drosselelement angeordnet ist.

Es hat sich überraschend herausgestellt, daß durch diese relativ einfache Maßnahme ein wesentlich besseres Leerlauf­ verhalten bei relativ geringen Leerlaufdrehzahlen erreich­ bar ist. Durch das zweite Drosselelement am Kurbelgehäuse­ ausgang bzw. in der jeweiligen Zuleitung zum jeweiligen Zy­ linder läßt sich nämlich durch entsprechende Steuerung des zweiten Drosselelementes durch das erste Drosselelement vermeiden, daß der Überdruck in der Zylinderzuleitung bei Leerlauf zu groß ist.

Der erfindungsgemäße Viertaktverbrennungsmotor eignet sich insbesondere für Modellbaumotoren, da die Leistungssteige­ rung durch Aufladung praktisch ohne Gewichtszunahme möglich ist. Der Motor ist selbstverständlich aber auch im groß­ technischen Rahmen gleichermaßen einsetzbar, insbesondere auch als Antrieb für Luftfahrzeuge. Dabei eignet sich der Motor sowohl für Vergaser- als auch für Einspritzmotoren, wobei dann entweder das Kraftstoff-Luft-Gemisch bzw. nur die angesaugte Luft im Kurbelgehäuse aufgeladen wird.

Als besonders vorteilhaft hat es sich herausgestellt, daß stromabwärts vom ersten und/oder stromaufwärts vom zweiten Drosselelement ein Einwegventil angeordnet ist, das bevor­ zugt als Flatterventil ausgebildet ist. Ein solches, an sich bekanntes Flatterventil ermöglicht auf besonders ein­ fache Weise die Vermeidung einer ungewünschten Strömungs­ umkehr von der Zuleitung zurück ins Kurbelgehäuse bzw. vom Kurbelgehäuse zurück in den Vergaser, wodurch der aufgebau­ te Überdruck mit einfachen Mitteln aufrechterhalten wird.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn der erfindungsgemäße Viertaktverbrennungsmotor mit paarweise zusammenwirkenden Kolben in Boxeranordnung ausgerüstet ist. Es ist dann mög­ lich, bei einem Aufladevorgang im Kurbelgehäuse etwa die doppelte Luft- bzw. Kraftstoff-Luft-Menge in den jeweiligen Kolben gegenüber einem Motor ohne Aufladung einzubringen. Die Erfindung eignet sich aber selbstverständlich auch für Reihenmotoren oder dgl.

In ganz besonders vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß der Viertaktverbrennungsmotor einen Zy­ linder mit Kolben aufweist, wobei im Bereich der Zuleitung stromaufwärts des zweiten Drosselelementes ein Speicherraum ausgebildet ist, zwischen dem und dem Ausgang des Kurbelge­ häuses das Einwegventil angeordnet ist. Mit dieser Ausbil­ dung ist es möglich, auf einfachste Weise auch eine Aufla­ dung eines Einzylinderviertaktmotors durchzuführen, der gleichermaßen auch im Leerlauf ein einwandfreies Laufver­ halten aufweist. Dabei wird im Speicherraum zur Aufladung eine zusätzliche Gemischmenge bereitgehalten, die nicht in das Kurbelgehäuse zurückströmen kann.

Die Erfindung ist nachstehend anhand der Zeichnungen bei­ spielsweise näher erläutert. Diese zeigt jeweils in schema­ tischer Darstellung in den

Fig. 1 bis 4 einen erfindungsgemäßen Boxermotor in ver­ schiedenen Arbeitsstellungen und in

Fig. 5 bis 8 einen erfindungsgemäßen Einzylinderviertakt­ motor in verschiedenen Arbeitsstellungen.

Ein erfindungsgemäßer Viertaktboxermotor weist ein gasdich­ tes Kurbelgehäuse 1 auf, von dem in koaxialer Anordnung zwei gegenläufige baugleiche Zylinder 2 und 2′ ausgehen. Jeder Zylinder 2, 2′ ist in bekannter Weise jeweils mit ei­ nem Kolben 3 bzw. 3′ versehen, welche über Pleuelstangen 4 bzw. 4′ an einer Kurbelwelle 5 angreifen. Dabei sind die Zylinder 2, 2′ in bekannter Weise mit Zylinderköpfen 6, 6′ versehen, die mit gesteuerten Einlaßventilen 7, 7′ und Aus­ laßventilen 8, 8′ versehen sind, wobei Zuleitungen zu den Einlaßventilen 7, 7′ mit 9 bzw. 9′ und Ableitungen von den Auslaßventilen 8, 8′ mit 10 bzw. 10′ bezeichnet sind.

Wesentlich für die Erfindung ist, daß das gasdichte Kurbel­ gehäuse 1 am Eingang mit einer Ansaugöffnung 11 versehen ist, durch die von einem nicht dargestellten Vergaser Kraftstoff-Luft-Gemisch oder bei Einspritzbauweise nur Luft angesaugt wird. Diese Ansaugöffnung 11 ist mit einem durch die Kolbenlage oder den Vergaser gesteuerten Schließ­ organ bzw. Drosselelement 12 versehen, hinter dem stromabwärts ein als Flatterventil ausgebildetes Einwegven­ til 12a angeordnet ist.

Am Kurbelgehäuseausgang sind die Zuleitungen 9 bzw. 9′ zu den Zylindern 2, 2′ angeordnet, durch die das im Kurbelge­ häuse 1 befindliche Kraftstoff-Luft-Gemisch dem jeweiligen Zylinder 2, 2′ während des Ansaughubes zugeleitet wird. Er­ findungsgemäß ist dabei in der jeweiligen Zuleitung 9, 9′ ein in Abhängigkeit von dem ersten Drosselelement 12 öff­ nendes oder schließendes zweites Drosselelement bzw. Schließorgan 13 angeordnet, dem bevorzugt ein Flatterventil 13a vorgeschaltet sein kann. Dieses Drosselelement 13 kann dabei direkt am Ausgang des Kurbelgehäuses 1 angeordnet sein und somit für beide Zuleitungen 9, 9′ als Schließorgan dienen, es kann aber jeweils in jeder Zuleitung 9, 9′ auch ein eigenes Drosselelement 13 angeordnet sein. Die Steuerung des zweiten Drosselelementes 13 durch das erste Drosselelement 12 kann dabei z. B. mechanisch mittels eines Hebels erfolgen.

In den Fig. 2 bis 4, die lediglich andere Arbeitsstellungen des Motors zeigen, sind dieselben Bezugszeichen wie in Fig. 1 für entsprechende Bauteile verwandt.

In Fig. 1 ist die Arbeitsstellung dargestellt, in welcher unter Einwirkung des Arbeitshubes des Kolbens 3′ die Kolben 3 und 3′ die untere Totpunktlage anfahren (Pfeile in Fig. 1), wobei unter Einwirkung der Kolben 3, 3′ in das Kurbelge­ häuse 1 durch die Ansaugöffnung 11 angesaugtes Kraftstoff- Luft-Gemisch bei geschlossenem Flatterventil 12a und geöff­ netem zweiten Flatterventil 13a in den Zylinder 2 durch das geöffnete Einlaßventil 7 angesaugt und gedrückt wird.

In Fig. 2 beginnt der Ausschiebetakt für den Zylinder 2′ und der Verdichtungstakt für den Zylinder 2, wobei die Ven­ tile 7 und 8 des Zylinders 2 geschlossen und das Auslaßven­ til 8′ geöffnet und das Einlaßventil 7′ des Zylinders 2′ ebenfalls geschlossen ist. Über die Kolbenlage bzw. den Vergaser gesteuert ist dabei das erste Drosselelement 12 und damit die Ansaugöffnung 11 des Kurbelgehäuses 1 geöff­ net, während das zweite Flatterventil 13a geschlossen ist. Beim Verfahren der Kolben 3 und 3′ in Richtung der Pfeile in Fig. 2 wird in dieser Phase Kraftstoff-Luft-Gemisch aus dem Vergaser in das Kurbelgehäuse 1 angesaugt.

In Fig. 3 ist eine der Fig. 1 entsprechende Situation dar­ gestellt, in der der Arbeitshub des Kolbens 2 und die Be­ füllung des Zylinders 2′ durch Ansaugen von Kraftstoff- Luft-Gemisch beginnt. Dabei ist wiederum das Flatterventil 12a geschlossen, während das Flatterventil 13a geöffnet ist.

Fig. 4 zeigt eine der Fig. 2 entsprechende Arbeitsstellung, in der das Kraftstoff-Luft-Gemisch im Zylinder 2′ kompri­ miert und Verbrennungsgas aus dem Zylinder 2 ausgestoßen wird, wobei gleichzeitig erneut Kraftstoff-Luft-Gemisch in das Kurbelgehäuse 1 angesaugt wird. Dabei ist das erste Flatterventil 12a geöffnet, das zweite Flatterventil 13a geschlossen, die Drosselelemente 12 und 12 sind offen.

Durch die Anordnung wenigstens eines Drosselelementes 13 am Kurbelgehäuseausgang bzw. in den Zuleitungen 9 und 9′ sowie der Anordnung des Flatterventils 12a wird neben einer ein­ fachen Leistungssteigerung durch Aufladung des Gemisches im Kurbelgehäuse 1 und damit einer Zuführung etwa der dop­ pelten Luftmenge gegenüber Motoren ohne Aufladung in den jeweiligen Zylinder durch Ausnutzung des im Kurbelgehäuse gespeicherten Druckes während der Leertakte der Zylinder auch ein einwandfreies Leerlaufverhalten gewährleistet, da vermieden wird, daß im Leerlauf ein zu großer Überdruck in den Zuleitungen 9, 9′ herrscht.

In den Fig. 5 bis 8 ist ein erfindungsgemäßer Einzylinder­ viertaktmotor dargestellt, wobei die gleichen Bezugszeichen wie in Fig. 1 bis 4 verwendet sind, sofern gleiche bzw. ähnlich Bauteile bezeichnet sind.

Um auch bei diesem Einzylindermotor eine Aufladung des Ge­ misches zu erreichen, ist stromabwärts vom zweiten Flatter­ ventil 13a und stromaufwärts vom zweiten Drosselelement 13 in der Zuleitung 9 ein Speicherraum 14 ausgebildet, dessen Funktion nachfolgend erläutert wird.

Fig. 5 zeigt den ersten Arbeitstakt, wobei das Einlaßventil 7 geöffnet, das Drosselelement 12 und 13 halb geöffnet und das Flatterventil 12a und damit die Ansaugöffnung 11 des Kurbelgehäuses 1 geschlossen und das Flatterventil 13a geöffnet ist. Durch Bewegung des Kolbens 3 in Richtung der in Fig. 5 eingezeichneten Pfeile in die untere Totpunktlage wird komprimiertes Kraftstoff-Luft-Gemisch aus dem Kurbel­ gehäuse 1 und zusätzlich aus dem Speicherraum 14 in den Zy­ linder 2 gedrückt.

Fig. 6 zeigt den zweiten Arbeitstakt, in welchem sich der Kolben 3 in Richtung der Pfeile nach oben bewegt und bei geschlossenem Einlaßventil 7 das Gemisch im Zylinder ver­ dichtet. Gleichzeitig wird neues Gas-Luft-Gemisch bei ge­ öffnetem Flatterventil 12a und geschlossenem Flatterventil 13a in das Kurbelgehäuse 1 gesaugt.

Fig. 7 zeigt den dritten Arbeitstakt, wobei bei geschlosse­ nen Einlaß- und Auslaßventilen 7, 8 das verdichtete Gemisch gezündet wird und sich der Kolben 3 entsprechend in Rich­ tung der Pfeile in die untere Totpunktlage bewegt. Dabei sind die mechanisch gekoppelten Drosselelemente 12 und 13 weitgehend geschlossen, das Flatterventil 12a am Kurbelge­ häuseeinlaß ist geschlossen, während das Flatterventil 13a vor dem Speicherraum 14 geöffnet ist. Dadurch wird Gas- Luft-Gemisch in den Speicherraum 14 eingedrückt, so daß ei­ ne zusätzliche Gemischmenge zur Verfügung steht.

Fig. 8 zeigt den vierten Arbeitstakt, in welchem sich der Kolben 3 nach oben in Richtung der oberen Totpunktlage be­ wegt, entsprechend ist das Einlaßventil 7 geschlossen und das Auslaßventil 8 geöffnet, d. h. das Verbrennungsgas wird ausgeschoben. Dabei ist das Flatterventil 12a an der Verga­ serseite offen, während das Flatterventil 13a am Kurbelge­ häuseausgang geschlossen ist, so daß Kraftstoff-Luft-Ge­ misch in das Kurbelgehäuse 1 gesaugt wird, aber nicht vom Speicherraum 14 zurück in das Kurbelgehäuse 1 gelangen kann.

Erkennbar ist es mit dieser Ausführung des Verbrennungsmo­ tors möglich, auf einfache Weise auch eine Aufladung eines Einzylinderviertaktmotors durchzuführen. Dabei ist aufgrund der Anordnung und Ausbildung der entsprechenden Zusatzele­ mente (Drosselelemente 12, 13, Flatterventile 12a, 13a und Speicherraum 14) eine einwandfreie Arbeitsweise auch im Leerlaufbetrieb gewährleistet.

Natürlich ist die Erfindung nicht auf die dargestellten Ausführungsbeispiele beschränkt. Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind möglich, ohne den Grundgedanken zu ver­ lassen. So eignet sich der erfindungsgemäße Viertaktver­ brennungsmotor selbstverständlich auch für Mehrzylinderan­ ordnungen mit mehr als zwei Zylindern und dgl. mehr.

Claims (5)

1. Viertaktverbrennungsmotor mit wenigstens einem Zylinder mit Kolben und mit einem Kurbelgehäuse, wobei das Bestandteil des Motors bildende gasdichte Kurbelgehäuse mit einer in Abhängigkeit (von der Kolbenlage) von einem ersten Drossel­ element öffenbaren und schließbaren Ansaugöffnung versehen ist und am Kurbelgehäuseausgang wenigstens eine Zuleitung zu dem jeweiligen Zylinderkopf angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß in der jeweiligen Zuleitung (9, 9′) ein in Abhängigkeit von dem ersten Drosselelement (12) gleichzeitig öffnendes oder schließendes zweites Drosselelement (13) angeordnet ist.

2. Viertaktverbrennungsmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß stromabwärts vom ersten und/oder stromaufwärts vom zweiten Drosselelement (12, 13) ein Einwegventil (12a, 13a) angeordnet ist.

3. Viertaktverbrennungsmotor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Einwegventil (12a bzw. 13a) als Flatterventil aus­ gebildet ist.

4. Viertaktverbrennungsmotor nach Anspruch 1, 2 oder 3, gekennzeichnet durch paarweise zusammenwirkende Kolben (2, 2′) in Boxeranordnung.

5. Viertaktverbrennungsmotor nach Anspruch 1, 2 oder 3, gekennzeichnet durch einen Zylinder (2) mit Kolben (3), wobei im Bereich der Zu­ leitung (9) stromaufwärts des zweiten Drosselelementes (13) ein Speicherraum (14) ausgebildet ist, zwischen dem und dem Ausgang des Kurbelgehäuses (1) das Einwegventil (13a) ange­ ordnet ist.