DE102007032638A1

DE102007032638A1 - Brennkraftmaschine mit einer Kurbelwelle und wenigstens einem Zylinderkopf sowie Kraftfahrzeug mit einer derartigen Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE102007032638A1
Application number: DE102007032638A
Authority: DE
Inventors: Georg Emmersberger
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2007-07-11
Filing date: 2007-07-11
Publication date: 2009-01-15
Also published as: JP5484322B2; EP2162601A1; JP2010532839A; WO2009006973A1; ES2556730T3; EP2162601B1; US8307798B2; US20100050968A1

Abstract

Brennkraftmaschine, umfassend eine Kurbelwelle sowie wenigstens einen zumindest annähernd in Kurbelwellenachsrichtung von einem Einlass- zu einem Auslasskanal hin durchströmbaren Zylinderkopf mit Ventilen zum Öffnen und Schließen der Kanäle, wobei zwei Nockenwellen zur Betätigung der Ventile vorgesehen sind und jede der Nockenwellen jeweils einem Einlass- und einem Auslassventil zugeordet und zumindest annähernd parallel zur Kurbelwelle angeordnet sind, sowie Kraftfahrzeug mit einer derartigen Brennkraftmaschine.

Description

Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine umfassend eine Kurbelwelle sowie wenigstens einen zumindest annähernd in Kurbelwellenachsrichtung von einem Einlass- zu einem Auslasskanal hin durchströmbaren Zylinderkopf mit Ventilen zum Öffnen und Schließen der Kanäle.
Eine derartige Brennkraftmaschine ist beispielsweise aus der DE 38 41 710 A1 bekannt, der zufolge zur Betätigung der Ventile eine einzige Nockenwelle mit einem Einlassnocken und einem Auslassnocken vorgesehen ist. Ausgehend von den Nocken erfolgt eine Betätigung der Ventile mittels parallel zu den Ventilebenen liegenden Kipphebelwellen, indem jeweils ein Nocken über eine Kipphebelwelle zwei (Einlass- bzw. Auslass-)Ventile zugleich betätigt. Dabei greift der Nocken an einem Ende der Kipphebelwelle an, die Hebel zur Betätigung der Ventile sind entlang der Kipphebelwelle in Kipphebelwellenachsrichtung vom Nockenangriffshebel beabstandet angeordnet. Mit dieser Konstruktion wird zwar ein relativ kleiner Einbauraum für eine Ventilsteuerung zur Steuerung mehrerer in einem Zylinderkopf angeordneter gleichartiger Ventile ermöglicht, jedoch ist insbesondere bei hohen Ventilbeschleunigungen nur eine begrenzte Drehzahl erreichbar.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine eingangs genannte Brennkraftmaschine bereit zu stellen, bei welcher eine Ventilsteuerung zur Steuerung mehrerer in einem Zylinderkopf angeordneter Ventile einen nur geringen Einbauraum beansprucht und welche zugleich einen besonders direkten und steifen Übertragungsweg bietet, sodass insbesondere bei hohen Ventilbeschleunigungen hohe Drehzahlen erreichbar sind. Außerdem soll ein Kraftfahrzeug mit einer derartigen Brennkraftmaschine bereitgestellt werden.
Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt mit einer Brennkraftmaschine mit den Merkmalen des Anspruchs 1, wobei erfindungsgemäß eine erste und eine zweite Nockenwelle zur Betätigung der Ventile vorgesehen sind uns sowohl die erste als auch die zweite Nockenwelle jeweils einem Einlass- und einem Auslassventil zugeordnet und zumindest annähernd parallel zur Kurbelwelle angeordnet sind. Außerdem wird die Aufgabe mit einem Kraftfahrzeug mit den Merkmalen des Anspruchs 7 gelöst, das eine derartige Brennkraftmaschine umfasst. Diese Anordnung ermöglicht eine besonders kompakte und raumsparende Ausführung, es sind nur wenige Bauteile erforderlich, sodass die Kosten bei Herstellung, Montage und Wartung verringert sind und es ist ein direkter und steifer Übertragungsweg bei der Ventilbetätigung ermöglicht.
Besonders bevorzugte Ausführungen und Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
Vorzugsweise sind die Ventile mittels Schlepphebel direkt betätigt, eine direkte Betätigung der Ventile mittels Tassenstößel wird ebenfalls bevorzugt.
Sehr vorteilhaft ist es, wenn Einlass- und Auslassventil(e) gegenüber einer den Zylinder in Durchströmrichtung teilenden Mittelebene mit ihren nockenseitigen Enden nach außen geneigt sind. Der Zylinderkopf kann dann als Radialkopf ausgeführt werden, sodass insbesondere Bauraumvorteile erreicht werden, beispielsweise kann so Bauraum zur Unterbringung einer Zündspule gewonnen werden.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung sind die erste und die zweite Nockenwelle sowie die Tassenstößel in einem baulich gesonderten Träger angeordnet, sodass der Ventiltrieb von den Ventilen baulich gesondert ist. Dadurch ist nicht nur eine vereinfachte weil getrennte Fertigung des Zylinderkopfes und des Steuerungsträgers mit Ventiltrieb möglich sondern es ist auch die Montage vereinfacht, indem der Ventiltrieb gesondert vormontierbar ist. Zweckmäßigerweise sind die erste und die zweite Nockenwelle sowie die Schlepphebel mit Schlepphebelwelle(n) in einem baulich gesonderten Träger angeordnet.
Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf Figuren ein besonders zu bevorzugendes Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert, dabei zeigen schematisch und beispielhaft
1 einen in Kurbelwellenachsrichtung von einem Einlass- zu einem Auslasskanal hin durchströmbaren Zylinderkopf mit zwei kurbelwellenparallelen Nockenwellen in Seitenansicht,
2 denselben Zylinderkopf in Draufsicht,
3 einen in Kurbelwellenachsrichtung von einem Einlass- zu einem Auslasskanal hin durchströmbaren Zylinderkopf mit zwei kurbelwellenparallelen Nockenwellen in isometrischer Ansicht und
4 denselben Zylinderkopf mit Ventilsteuerungsträger.
In den 1–4 ist auszugsweise ein in Kurbelwellenachsrichtung von einem Einlass- 102, 202, 302, 402 zu einem Auslasskanal 112, 212, 312, 412 hin durchströmbarer Zylinderkopf 100, 200, 300 mit zwei kurbelwellenparallelen Nockenwellen 126, 226, 227, 326, 327, 426, 427 dargestellt, in 4 mit Ventilsteuerungsträger 400. Dabei zeigt 1 eine Seitenansicht, 2 eine Draufsicht und die 3 und isometrischer Ansichten.
Der Zylinderkopf 100, 200, 300 ist Teil einer hier nicht näher dargestellten Zweizylinder-Brennkraftmaschine in Boxerbauweise, welche vorzugsweise zum Antrieb eines Kraftrads verwendet wird. Die Brennkraftmaschine ist im Fahrzeug mit seiner Kurbelwelle in Fahrzeuglängsrichtung ausgerichtet angeordnet. Jeder Zylinderkopf 100, 200, 300 ist zumindest annähernd in Kurbelwellenachsrichtung von einem zum Fahrzeugheck gerichteten Einlass- 102, 202, 302, 402 zu einem zur Fahrzeugfront gerichteten Auslasskanal 112, 212, 312, 412 hin durchströmbar. In den Figuren sind Einlass- 102, 202, 302, 402 und Auslasskanal 112, 212, 312, 412 jeweils durch das von der Kanalwand umhüllte Volumen dargestellt.
Zum Öffnen und Schließen der Kanäle 102, 202, 302, 402, 112, 212, 312, 412 sind einlass- und auslassseitig jeweils zwei in Schließrichtung mittels Ventilfedern 106, 116, 306, 307, 316, 317 federkraftbeaufschlagte Ventile 104, 114, 204, 205, 214, 215, 304, 305, 314, 315, 404, 405, 414, 415 vorgesehen. Eine Betätigung derselben erfolgt mittels von der Kurbelwelle angetriebenen Nockenwellen 126, 226, 227, 326, 327, 426, 427. Hierzu weisen die Nockenwellen 126, 226, 227, 326, 327, 426, 427 jeweils ein Antriebsrad 128, 328, 329 auf, das mittels eines Zugmittels ausgehend von der Kurbelwelle antreibbar ist. Alternativ kann auch nur eine Nockenwelle 126, 226, 227, 326, 327, 426, 427 ausgehend von der Kurbelwelle angetrieben sein und die die Nockenwellen 126, 226, 227, 326, 327, 426, 427 können miteinander in Antriebsverbindung stehen. Gegebenenfalls kann der Antrieb einer der beiden Nockenwellen 126, 226, 227, 326, 327, 426, 427 schaltbar sein, sodass die entsprechenden Ventile 104, 114, 204, 205, 214, 215, 304, 305, 314, 315, 404, 405, 414, 415 auch bei laufender Brennkraftmaschine unbetätigt bleiben.
Die Nockenwellen 126, 226, 227, 326, 327, 426, 427 sind mit jeweils zwei Nocken 110, 120, 210, 220, 310, 320 und 211, 221, 311, 321 versehen, sodass jeweils mit einer Nockenwelle 126, 226, 227, 326, 327, 426, 427 ein Einlass- 104, 204, 205, 304, 305, 404, 405 und ein Auslassventil 114, 214, 215, 314, 315, 414, 415 betätigbar ist.
Eine Kraft-/Bewegungsübertragung von den Nocken 110, 120, 210, 211, 220, 221, 310, 311, 320, 321 zu den Ventilen 104, 114, 204, 205, 214, 215, 304, 305, 314, 315, 404, 405, 414, 415 erfolgt auf kurzem Weg direkt über Schlepphebel 108, 118, 208, 209, 218, 219, 308, 318, 408, 418 welche verschwenkbar auf Schlepphebelwellen 122, 124, 222, 223, 224, 225, 322, 324, 422, 424 gelagert sind. Alternativ können anstelle der Schlepphebel 108, 118, 208, 209, 218, 219, 308, 318, 408, 418 zwischen Nocken 110, 120, 210, 211, 220, 221, 310, 311, 320, 321 und Ventilen 104, 114, 204, 205, 214, 215, 304, 305, 314, 315, 404, 405, 414, 415 auch Tassenstößel, gegebenenfalls mit einer Ventilspielsausgleichseinrichtung, vorgesehen sein.
Die Einlass- und Auslassventile 104, 114, 204, 205, 214, 215, 304, 305, 314, 315, 404, 405, 414, 415 sind gegenüber einer den Zylinder in Durchströmrichtung teilenden Mittelebene mit ihren nockenseitigen Enden nach außen geneigt, sodass der Zylinderkopf 100, 200, 300 als Radialzylinderkopf dargestellt werden kann. Entsprechend sind die Schlepphebel 108, 118, 208, 209, 218, 219, 308, 318, 408, 418 mit ihren Schlepphebelwellen 122, 124, 222, 223, 224, 225, 322, 324, 422, 424 schräg gestellt (1) und die Nocken 110, 120, 210, 211, 220, 221, 310, 311, 320, 321 weisen schräge Nockenlaufflächen auf.
Der Ventilsteuertrieb umfassend die Nockenwellen 126, 226, 227, 326, 327, 426, 427 sowie die Schlepphebel 108, 118, 208, 209, 218, 219, 308, 318 mit ihren Schlepphebelwellen 122, 124, 222, 223, 224, 225, 322, 324, 422, 424 ist in einem baulich gesonderten Ventilsteuerungsträger 400 angeordnet. Der Ventilsteuerungsträger 400 ist entlang einer Trennebene 441 zweiteilig getrennt und umfasst ein Unterteil 440 sowie ein Oberteil 442. Die Trennebene 441 verläuft in der Nockenwellenebene zumindest annähernd im Bereich der Nockenwellenachsen, sodass bei der Montage die Nockenwellen in das Unterteil 440 eingelegt werden können und nachfolgend das Oberteil 442 montiert werden kann. Ober- und Unterteil 442, 440 sind mehrfach mittels Schrauben 448, 449 miteinander und/oder mit dem Zylinderkopf verschraubt, wobei vorliegend die Schrauben 448, 449 jeweils paarweise gegenüberliegend entlang der Nockenwellen angeordnet sind. Das Oberteil 442 ist im Bereich der Nockenwellen 426, 427 haubenartig geschlossen ausgeführt, während der Bereich zwischen den Nockenwellen 426, 427 nach oben offen ist. Im Bereich der einlassseitigen Nocken sind bügelartige Verbindungen zum nockenwellenantriebsseitigen Bereich des Oberteils 442 vorgesehen. Das Unterteil 440 umfasst seitlich zylinderförmige Aufnahmen 444, 446. In diese sind die Schlepphebelwellen 422, 424 eingeschoben und dort mittels Axialsicherungsringen 423, 425 gesichert. Der Ventilsteuerungsträger 400 ist im Aluminiumdruckguss gefertigt und spanend nachbearbeitet. Zylinderkopf und Steuertrieb können daher zunächst gesondert bearbeitet und montiert und dann zusammengefügt werden, was erhebliche Fertigungs- und Montage bzw. Wartungsvorteile bietet.
Mit der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine können hohe Drehzahlen bei gleichzeitig hoher Ventilbeschleunigung erreicht werden und sie kann insbesondere aufgrund der geringen Bauteilanzahl kostengünstig hergestellt werden. Aufgrund der vorliegenden Durchströmung des Zylinderkopfes 100, 200, 300 in Fahrzeuglängsrichtung vom Fahrzeugheck zur Fahrzeugfront hin wird die Auslassseite fahrtwindbedingt angeströmt, sodass eine Luftkühlung der Brennkraftmaschine möglich ist. Diese Anordnung bietet zudem Vorteile hinsichtlich des Designs, da die Auslasskrümmer nach vorne gerichtet und Einspritzung oder Vergaser zum Fahrzeugheck hin gerichtet angeordnet werden können. Die kleine Projektionsfläche in Fahrtrichtung bedingt einen sehr guten Strömungswiderstandswert. Ein Fahrzeug mit einer derartigen Brennkraftmaschine in Boxerbauweise erlaubt eine besonders ergonomische Fahrerhaltung.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- DE 3841710 A1 [0002]

Claims

Brennkraftmaschine umfassend eine Kurbelwelle sowie wenigstens einen zumindest annähernd in Kurbelwellenachsrichtung von einem Einlass- (102, 202, 302, 402) zu einem Auslasskanal (112, 212, 312, 412) hin durchströmbaren Zylinderkopf (100, 200, 300) mit Ventilen (104, 114, 204, 205, 214, 215, 304, 305, 314, 315) zum Öffnen und Schließen der Kanäle (102, 202, 302, 402, 112, 212, 312, 412), gekennzeichnet durch eine erste und eine zweite Nockenwelle (126, 226, 227, 326, 327, 426, 427) zur Betätigung der Ventile (104, 114, 204, 205, 214, 215, 304, 305, 314, 315, 404, 405, 414, 415), wobei sowohl die erste als auch die zweite Nockenwelle (126, 226, 227, 326, 327, 426, 427) jeweils einem Einlass- (104, 204, 205, 304, 305, 404, 405) und einem Auslassventil (114, 214, 215, 314, 315, 414, 415) zugeordnet und zumindest annähernd parallel zur Kurbelwelle angeordnet sind.
Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine direkte Betätigung der Ventile (104, 114, 204, 205, 214, 215, 304, 305, 314, 315, 404, 405, 414, 415) mittels Schlepphebel (108, 118, 208, 209, 218, 219, 308, 318).
Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine direkte Betätigung der Ventile (104, 114, 204, 205, 214, 215, 304, 305, 314, 315, 404, 405, 414, 415) mittels Tassenstößel.
Brennkraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Einlass- und Auslassventil(e) (104, 114, 204, 205, 214, 215, 304, 305, 314, 315, 404, 405, 414, 415) gegenüber einer den Zylinder in Durchströmrichtung teilenden Mittelebene mit ihren nockenseitigen Enden nach außen geneigt sind.
Brennkraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und die zweite Nockenwelle (126, 226, 227, 326, 327, 426, 427) sowie die Tassenstößel in einem baulich gesonderten Träger (400) angeordnet sind.
Brennkraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und die zweite Nockenwelle (126, 226, 227, 326, 327, 426, 427) sowie die Schlepphebel (108, 118, 208, 209, 218, 219, 308, 318, 408, 418) mit Schlepphebelwelle(n) (122, 124, 222, 223, 224, 225, 322, 324, 422, 424) in einem baulich gesonderten Träger (400) angeordnet sind.
Kraftfahrzeug, insbesondere Kraftrad, umfassend eine Brennkraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche.