DE102011082564A1

DE102011082564A1 - Brennkraftmaschine mit zwei Zylinderreihen der V-Bauart

Info

Publication number: DE102011082564A1
Application number: DE102011082564A
Authority: DE
Inventors: Ulrich Gutzer
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2011-09-13
Filing date: 2011-09-13
Publication date: 2013-03-14

Abstract

Brennkraftmaschine 1 mit zwei Zylinderreihen 2, 2' der V-Bauart und mit zwei im Wesentlichen baugleichen Zylinderköpfen mit jeweils zumindest einer oben liegenden Nockenwelle 3, 3', wobei jeder Zylinderreihe 2, 2' ein Zylinderkopf zugeordnet ist und wobei die Zylinderköpfe auf Umschlag zueinander verdreht montierbar sind und für den Antrieb der Nockenwellen 3, 3' an den Stirnseiten der Brennkraftmaschine 1 eine, von einer Kurbelwelle 4 der Brennkraftmaschine 1 antreibbare Zwischenwelle 5 vorgesehen ist mittels der jeweils über ein Getriebe 6, 6' die Nockenwellen 3, 3' der zwei Zylinderköpfe antreibbar sind und wobei die Zwischenwelle 5 eine Ausgleichswelle ist, die gegenläufig zur Kurbelwelle 4 mit einer Kurbelwellendrehzahl antreibbar ist. Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung können Brennkraftmaschinen mit zwei Zylinderreihen der V-Bauart mit beispielsweise sechs bis zwölf Zylindern baulich weitgehend einheitlich gestaltet werden.

Description

Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine mit zwei Zylinderreihen der V-Bauart mit den Merkmalen aus dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Übliche Brennkraftmaschinen mit zwei Zylinderreihen der V-Bauart bieten den Zylinderköpfen wenig Bauraum (Bank-, bzw. V-Winkel 90° bei V8-Brennkrafftmaschinen, 60° bei V12-Brennkraftmaschinen). Zudem sind typischerweise beide Zylinderköpfe baulich unterschiedlich. Daher ist für eine Brennkraftmaschine mit zwei Zylinderreihen der V-Bauart die Nutzung der heute möglichen, den Kraftstoffverbrauch optimierenden Technologien, die typischerweise im Zylinderkopf angeordnet sind (z. B. duale Kraftstoff-Einspritzung, hubvariabler Ventiltrieb, Plasmazündung, usw.) vom vorhandenen Bauraum und Entwicklungsablauf her sehr schwierig.
Bekannt ist die Verwendung von zwei gleichen Zylinderköpfen auf Umschlag beispielsweise aus der US 4,230,074 und aus der DE 38 37 253 A1 , wobei sich die Drehrichtung der Nockenwelle des umgeschlagenen Zylinderkopfes umkehrt. Auch die Vermeidung der Drehrichtungsumkehr ist beispielsweise aus der EP 1717425 A1 bekannt (insbesondere bei einem Kettenantrieb der Nockenwellen), wobei ein Zylinderkopf nicht auf Umschlag verbaut wird.
Weiter ist aus der europäischen Patentanmeldung EP 0 399 216 A1 , von der diese Erfindung ausgeht, eine Brennkraftmaschine mit zwei Zylinderreihen in V-Anordnung mit obenliegenden Nockenwellen bekannt. Die Nockenwellen der beiden Zylinderreihen sind über zwei Kettenanriebe von einer innenliegenden Zwischenwelle angetrieben, die zwischen den Zylinderreihen und parallel zu diesen angeordnet ist und ihrerseits von der Kurbelwelle über eine, eine Untersetzung bildende Übertragung angetrieben ist und die Zylinderköpfe mit ihren Nockenwellen und Antriebsrädern als identisch ausgebildete um 180° zueinander gedreht montierbare Baueinheiten ausgebildet sind und dementsprechend die beiden Kettenantriebe jeweils einmal vorne und einmal hinten am Zylinderblock und stirnseitig am Zylinderkopf in den durch den Versatz der Zylinderreihen gebildeten Räumen angeordnet sind. Diese Brennkraftmaschine mit zwei Zylinderreihen in V-Anordnung ist dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Kettenantriebe vom vorderen bzw. hinteren Ende einer einzigen, in den Lagern einer ursprünglich für einen Stoßstangen-Ventiltrieb vorgesehenen zentralen Nockenwelle angeordneten, durchgehenden Zwischenwelle gleichzeitig angetrieben sind.
Auch wenn die bekannte Brennkraftmaschine keine wesentlichen Nachteile aufweist, liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Maßnahme aufzuzeigen, mit der Brennkraftmaschinen mit zwei Zylinderreihen der V-Bauart mit unterschiedlichen Anzahlen von Zylindern (vier, sechs, acht, etc. Zylinder) weitgehend einheitlich gestaltet werden können.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 gelöst. Es wird eine Brennkraftmaschinenanordnung mit zwei Zylinderreihen der V-Bauart vorgeschlagen, bei der der Zylinderkopfumschlag verbaubar ist, wobei die Zugrichtung des Kettentriebes und damit die Nockenwellendrehrichtung des umgeschlagenen Kopfes durch Drehrichtungsumkehr der vom ersten Kettentrieb kommenden Antriebswelle erhalten wird. Zwecks Unterbringung auch großer Zylinderköpfe wird der Bankwinkel bauraumoptimiert gewählt und über die Versetzungswinkel der Kurbelwellenkröpfungen werden wieder gleichmäßige Zündabstände eingestellt. Gegebenenfalls auftretende freie Massenmomente auf der Kurbelwelle (Massenmomente erster Ordnung, z. B bei V-8- oder V10-Brennkraftmaschinen) und der Antriebswelle des umgeschlagenen Zylinderkopfes (-1te Massenordnung, daher: Drehzahl der Ausgleichswelle = Drehzahl der Kurbelwelle) ausgeglichen.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Mit der Ausgestaltung gemäß Patentanspruch 2 bleibt die Drehrichtung beider Zylinderköpfe gleich.
Die Ausgestaltungen gemäß der Patentansprüche 3 und 4 sind besonders bevorzugte Ausführungsvarianten.
Der V-Winkel der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine kann gemäß Patentanspruch 5 zwischen 15° und 180° betragen, d. h. auch Boxer-Brennkraftmaschinen können erfindungsgemäß und somit mit ausgeglichenen Massenwirkungen ausgestaltet werden.
Im Folgenden ist die Erfindung anhand von drei Ausführungsbeispielen in drei Figuren näher erläutert.
1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel für eine Brennkraftmaschine mit acht Zylindern.
2 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel für eine Brennkraftmaschine mit zwölf Zylindern.
3 zeigt ein drittes Ausführungsbeispiel für eine Brennkraftmaschine mit 2 Zylindern.
Im Folgenden gelten in den 1 bis 3 für gleiche Bauelemente die gleichen Bezugsziffern.
1 zeigt sehr schematisch ein erstes Ausführungsbeispiel für eine erfindungsgemäße Brennkraftmaschine 1 mit zwei Zylinderreihen 2, 2' und acht Zylindern 9, 9' der V-Bauart. Bei dem ersten bevorzugten Ausführungsbeispiel handelt es sich um eine V8-Brennkraftmaschine mit einem V-Winkel von 67°. Die Zylinderreihen 2, 2' beinhalten jeweils vier durch Striche dargestellte Zylinder 9, 9'. Bei den nicht explizit dargestellten Zylinderköpfen handelt es sich im Wesentlichen um baugleiche Zylinderköpfe mit jeweils zwei obenliegenden Nockenwelle 3, 3', jeweils symbolisch durch eine Linie dargestellt. Jeder Zylinderreihe 2, 2' ist ein eigener Zylinderkopf zugeordnet, wobei die Zylinderköpfe auf Umschlag zueinander, um 180° verdreht montierbar sind.
Stirnseitig weisen die Nockenwellen 3, 3' jeweils ein nicht separat beziffertes Antriebszahnrad, dargestellt durch einen je einen Kreis, auf, welche über Getriebe 6, 6', dargestellt durch je einen Strich, antreibbar sind. Bei den Getrieben 6, 6' kann es sich um ein Zugmittel- und/oder Zahnradgetriebe handeln, wobei das Zugmittelgetriebe vorzugsweise ein Riemen- oder ein Kettentrieb ist. Für den Antrieb der Nockenwellen 3' über das Getriebe 6 ist eine, von einer Kurbelwelle 4, dargestellt mit Kröpfungen, über ein Antriebsgetriebe 7, dargestellt durch eine Verbindungslinie zwischen Kurbelwelle 4 und einem Drehrichtungsumkehrgetriebe 8, antreibbare Zwischenwelle 5, dargestellt durch eine Linie mit einem Kreis an jedem Ende, vorgesehen. Das Getriebe 6 zum Antrieb der Nockenwelle 3 zweigt direkt nach dem Antriebsgetriebe 7 zur Kurbelwelle 4, also vor der Drehrichtungsumkehr, ab.
Erfindungsgemäß ist die Zwischenwelle 5 eine Ausgleichswelle, die gegenläufig zu der Kurbelwelle 4 mit Kurbelwellendrehzahl antreibbar ist. Weiter ist für einen Zylinderkopf das Drehrichtungsumkehrgetriebe 8 vorgesehen, damit die Nockenwellen 3, 3' beider Zylinderköpfe die gleiche Drehrichtung aufweisen. Die vorgeschlagene erfindungsgemäße Ausgestaltung kann für V-Winkel zwischen den Zylinderreihen 2, 2' zwischen 15° und 180° verwendet werden.
Es wird somit eine Brennkraftmaschine 1 mit zwei Zylinderreihen 2, 2' der V-Bauart vorgeschlagen, bei der der Zylinderkopf auf Umschlag verbaubar ist, wobei die Zugrichtung des umgeschlagenen Zylinderkopfes durch Drehrichtungsumkehr der vom ersten Kettentrieb kommenden Antriebswelle erhalten wird. Zwecks Unterbringung auch großer Zylinderköpfe wird der Bankwinkelbauraum optimiert gewählt, über die Versetzungswinkel, in diesem Ausführungsbeispiel von 23°, der Kurbelwellenkröpfungen werden wieder gleichmäßige Zündabstände eingestellt und die aufgrund des V-Winkels in diesem Ausführungsbeispiel von 67° auftretenden freien Massenmomente auf der Kurbelwelle (1te Motorordnung) und der Antriebswelle des umgeschlagenen Zylinderkopfes mit Hilfe der Zwischenwelle 5, die eine Ausgleichswelle ist, ausgeglichen.
2 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel für eine erfindungsgemäße Brennkraftmaschine mit zwei Zylinderreihen der V-Bauart mit 12 Zylindern und gleichem Bankwinkel wie in 1. Zu 2 gilt das gleiche wie das zu 1 gesagte, jedoch beträgt der Versetzungswinkel hier 7°.
3 zeigt schematisch ein drittes Ausführungsbeispiel für eine erfindungsgemäße Brennkraftmaschine 1 mit zwei Zylinderreihen 2, 2' der V-Bauart mit zwei Zylindern. Bei diesem Ausführungsbeispiel betragen der V-Winkel und der Versetzungswinkel jeweils 180°, es handelt sich somit um eine Boxerbrennkraftmaschine mit der erfindungsgemäßen Ausgestaltung. Desweiteren gilt auch wieder alles zu 1 gesagte.
Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung lassen sich bauraumintensive Technikoptionen auch bei Brennkraftmaschinen der V-Bauart problemlos umsetzen, kombiniert mit der Möglichkeit, die Zylinderköpfe einheitlich, auch für Reihenbrennkraftmaschinen geeignet, zu gestalten und somit die Entwicklung zu vereinfachen. Bei gleichem Bankwinkel können z. B. V8-, V10- und V12-Brennkraftmaschinen weitgehend einheitlich gestaltet werden. Somit ist die Möglichkeit gegeben, praktisch alle für den Zylinderkopf bekannten, den Kraftstoffverbrauch mindernden Maßnahmen bei der Konstruktion einzusetzen, kombiniert mit einer Kosteneinsparung bei Konstruktion und Fertigung.
Bezugszeichenliste

1.: Brennkraftmaschine
2, 2': Zylinderreihe
3, 3': Nockenwelle
4: Kurbelwelle
5.: Zwischenwelle
6, 6': Getriebe
7: Antriebsgetriebe
8: Drehrichtungsumkehrgetriebe
9, 9': Zylinder

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

US 4230074 [0003]
DE 3837253 A1 [0003]
EP 1717425 A1 [0003]
EP 0399216 A1 [0004]

Claims

Brennkraftmaschine (1) mit zwei Zylinderreihen (2, 2') der V-Bauart und mit zwei im Wesentlichen baugleichen Zylinderköpfen mit jeweils zumindest einer oben liegenden Nockenwelle (3, 3'), wobei jeder Zylinderreihe (2, 2') ein Zylinderkopf zugeordnet ist und wobei die Zylinderköpfe auf Umschlag zueinander verdreht montierbar sind und für den Antrieb der Nockenwellen (3, 3') an den Stirnseiten der Brennkraftmaschine (1) eine, von einer Kurbelwelle (4) der Brennkraftmaschine (1) antreibbare Zwischenwelle (5) vorgesehen ist mittels der jeweils über ein Getriebe (6, 6') die Nockenwellen (3, 3') der zwei Zylinderköpfe antreibbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischenwelle (5) eine Ausgleichswelle ist, die gegenläufig zur Kurbelwelle (4) mit einer Kurbelwellendrehzahl antreibbar ist.
Brennkraftmaschine nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine Nockenwelle (3, 3') eines Zylinderkopfes über eine Drehrichtungsumkehr antreibbar ist.
Brennkraftmaschine nach Patentanspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Getriebe (6, 6') ein Zugmittel- und/oder Zahnradgetriebe ist.
Brennkraftmaschine nach Patentanspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Zugmittelgetriebe ein Riemen- oder Kettentrieb ist.
Brennkraftmaschine nach einem der zuvor genannten Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein V-Winkel zwischen den Zylinderreihen (2, 2') zwischen 15° und 180° beträgt.