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Die Erfindung bezieht sich auf eine Ventilsteuerung für Brennkraftmaschinen
mit je zwei in Maschinenlängsrichtung etwa hintereinanderliegenden Einlaßventilen
und Auslaßventilen je Zylinder, bei der die Ventile von einer gemeinsamen
auf der Einlaßseite der Maschine angeordneten tiefliegenden Nockenwelle über Kipphebel
und in zur Nockenwelle senkrechten Ebenen liegende Stoßstangen angetrieben werden
und die Kipphebel der Einlaßventile und der Auslaßventile je um eine zur
Nockenwelle parallele Achse schwenkbar sind.
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Die Ausbildung des Ventilantriebes bei Motoren mit vier Ventilen
je Zylinder hat bereits zu zahlreichen Lösungsvorschlägen geführt, mit denen
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doch die hier vorliegenden zahlreichen Probleme der Raumaufteilung und
der kinematischen Gestaltung der Ventilbetätigungseinrichtungen auch nicht annähernd
befriedigend gelöst werden können.
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Im einzelnen sind verschiedene Ausführungsformen dieser Motorgattung
bekannt, bei denen jeweils ein Kipphebel zwei gleichartige Ventile betätigt. Die
Kipphebel sind hierbei entweder gabelförmig ausgebildet oder je mit einem
einarmigen, parallel angeordneten Hebel verbunden. Bei diesen Ausführungen, insbesondere
der letztgenannten, ergeben sich sehr unterschiedliche Längenabmessungen und Übersetzungsverhältnisse
der beiden Kipphebel. Eine weitere bekannte Ausführung sieht den Antrieb des einen
Ventilpaares durch einen gabelförmigen Kipphebel vor, wogegen das andere Ventilpaar
über zwei durch eine Stoßstange verbundene Winkelhebel betätigt ist von denen der
dem Ventilpaar näher liegende Hebel gleichfalls gabelförmige Enden besitzt. Neben
dem erwähnten unerwünschten Zuwachs an Bauhöhe haftet allen diesen bekannten Ausführungen
der entscheidende Nachteil an, daß sie sich für hohe Betriebsdrehzahlen nur bedingt
bzw. überhaupt nicht eignen. Als Ursache hierfür wird hauptsächlich die unzureichende
Steifigkeit der mechanischen Übertragungselemente des Steuerungsantriebes angesehen.
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Ein anderer bekannter Vorschlag sieht bereits für jedes der drei im
Zylinderkopf liegenden Auslaßventile eines gleichstromgespülten Zweitaktmotors einen
eigenen Kipphebel vor, welche Hebel je von einem auf der einzigen Nockenwelle
der Maschine sitzenden Nocken betätigt werden. Durch die Spülungsart ergeben sich
bei dieser Ausführung günstigere Verhältnisse als bei einer Brennkraftmaschine der
eingangs beschriebenen Art mit ventilgesteuerten Einlaßkanälen. Durch den Fortfall
der Einlaßventile und der zugehörigen Kanäle im Zylinderkopf besteht hier noch ziemliche
Freiheit für die Steuerungsanordnung, die Stoßstangen und die Kipphebellagerungen;
dennoch ist diese Ausführung durch die erheblich unterschiedliche Länge der KipphebeI,
ihre ungleiche Steifigkeit - ein Umstand, der vor allem bei raschlaufenden
Fahrzeugmotoren von Bedeutung ist -
und das übergreifen der Kipphebel in der
Höhenrichtung auch noch unzulänglich.
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Die vorliegende Erfindung zielt nach der Schaffun 'g einer
sowohl für hohe Aufladung als auch für hohe Betriebsdrehzahlen geeigneten Brennkraftmaschine
gedrängter Bauweise, die die vorwiegend auf dem Gebiete des Ladungswechsels liegenden
Vorteile der Vierventil-Zylinderkopfbauart auszunutzen gestattet, ohne daß zusätzliche
Bauhöhe beansprucht wird, was vor allem bei V-Brennkraftmaschinen von Bedeutung
ist. Die Erfindung besteht dabei im wesentlichen darin, daß die Schwenkachsen der
annähernd gleich langen und das gleiche Übersetzungsverhältnis ergebenden,
je einem anderen Ventil zugeordneten Kipphebel in wenigstens annähernd gleicher
Höhe über der Nokkenwelle, liegen, die Stoßstangen der AÜslaßventile zur Auslaßseite
der Maschine hin gegenüber der Längsmittelebene der Maschine und den Stoßstangen
der Einlaßventile geneigt sind und die Einlaßkanäle je zwischen der Stoßstange
eines Einlaßventils und der Stoßstange- eines Auslaßventils zur Einlaßseite der
Brennkraftmaschine herausgeführt sind.
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Die Anordnung der Schwenkachsen der das gleiche übersetzungsverhältnis
ergebenden, je einem anderen Ventil zugeordneten Kipphebel in wenigstens
annähernd gleicher Höhe über der Nockenwelle wurde zwar bereits bei der obenerwähnten
Ausbildung für eine Maschine mit Gleichstromspülung vorgesehen, hatte jedoch wegen
der dort, im Grundriß gesehen, in den Ecken eines Dreiecks liegenden Ventile und
den sich hieraus ergebenden Längenunterschieden zwischen den Kipphebeln nicht die
aus den übrigen Merkmalen der Erfindung folgenden Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten
erbracht. - Anderseits ist bei einer Vierventil-Zylinderkopfbauart die Unterbringung
der Einlaßkanäle zwischen zwei Stoßstangen, von denen die eine ein Einlaßventil
-und die andere ein Auslaßventil betätigt, bekannt, wobei jedoch auch hier die unterschiedlichen
Kipphebellängen zu ungünstigen dynamischen Wirkungen in bezug auf die Steuerungszeiten
führen. - Schließlich ist es bei Verbrennungsmotoren mit zwei Einlaß- und
zwei Auslaßventilen pro Zylinder und senkrecht zur Nockenwelle angeordneten Stoßstangen
bekanntgeworden, je Zylinder eine Stoßstange gegenüber der Längsmittelebene
der Maschine und gegenüber der anderen Stoßstange zur Auslaßseite der Maschine hin
geneigt auszuführen. Während jedoch diese Ausbildung dazu diente, die verschiedene
Länge der je gegabelten Kipphebel für das Einlaß- und das Auslaßventilpaar auszugleichen,
die sich aus dem unterschiedlichen Abstand der Ventilpaare von der gemeinsamen Kippachse
der gegabelten Hebel ergibt, dient bei der vorliegenden Erfindung die Neigung der
Stoßstangen vornehmlich dazu, den für die Einlaßkanäle verfügbaren Querschnitt zu
vergrößern.
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Die Ventilsteuerung nach der Erfindung ergibt sehr kurze und leicht
steif auszubildende Kipphebel und wegen der Zuordnung jedes Kipphebels zu nur einem
Ventil geringe Flächenpressungen am Nocken und am Stößel, wodurch die Lebensdauer
der Steuerungsteile auch bei raschlaufenden Hochleistungsmotoren gegenüber den herkömmlichen
Ausbildungen eine erhebliche Steigerung erfährt. Die erfindungsgemäße Ausbildung
führt weiters zu kurzen Ansaugkanälen mit großem Querschnitt und symmetrischer Form,
wodurch für beide Einlaßventile eines Zylinderkopfes gleich günstige Strömungsverhältnisse
erreicht werden können. Durch das Fehlen von Verengungen und scharfen Umlenkungen
im Bereich der Ansaugkanäle erreicht auch der Strömungswiderstand sehr günstige
Werte, was vor allem für hoch aufgeladene Motoren von Wichtigkeit ist. Durch die
weitgehende übereinstimmung der Auslegung der Steuerungsteile für die Ein- und Auslaßventile
ergeben sich auch annähernd gleiche Kräfteverhältnisse und Flächendrücke an der
Nockenwelle und den Lagern und Gelenken der Kipphebel sämtlicher Ventile.
Um
noch größere Querschnittsbreiten für die Einlaßkanäle zu erhalten, empfiehlt es
sich, von der konventionellen Lagerung der Nockenwelle in den Zwischenwänden des
Kurbelgehäuses abzugehen und die Nockenwelle gemäß einem den Gegenstand der Erfindung
weiter ausbildenden Merkmal in zwischen den Stoßstangen der Einlaßventile jedes
Zylinders verlaufenden, zur Nockenwelle senkrecht stehenden Zwischenwänden zu lagern.
Die Stoßstangen der Auslaßventile benachbarter Zylinder können daher sehr nahe aneinandergerückt,
d. h. also nahezu in der Lagerwandebene angeordnet werden.
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Ein Ausführungsbeispiel einer Brennkraftmaschine gemäß der Erfindung
wird im folgenden an Hand der Zeichnung näher erläuterL Es zeigt F i g. 1
eine Draufsicht auf den Zylinderkopf, teilweise im Horizontalschnitt, F i
g. 2 und 3 je einen Vertikalschnitt nach den Schnittlinien II-II bzw.
111-III der F i g. 1.
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Der dargestellte Zylinderkopf gehört einer Zylinderreihe einer V-Brennkraftmaschine
mit acht Zylindern an. Je Zylinder sind zwei in Längsrichtung der Maschine hintereinanderliegende
Einlaßventile 1 sowie zwei in gleicher Weise angeordnete Auslaßventile 2
vorgesehen. Der Antrieb sämtlicher Ventile erfolgt von der seitlich neben den Motorzylindern
verlaufenden Nockenwelle 3 aus.
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Jedem Einlaßventil 1 ist ein eigener Kipphebel 4 zugeordnet,
der über eine Stoßstange 5 von einem eigenen Nocken 10 der Nockenwelle
3 betätigt ist. Die beiden Kipphebel 4 und deren Stoßstangen 5 sind
symmetrisch in bezug auf eine die Zylinderachse enthaltende Normalebene des Zylinderkopfes
angeordnet und paarweise an einem gemeinsamen mittig angeordneten Kipphebelblock
6 gelagert. Die zwischen den beiden Stoßstangen 5 liegende vertikale
Zylinderkopfwandung 7 setzt sich (in nicht dargestellter Weise) im Kurbelgehäuse
in einer die Lagerung der Nockenwelle 3 enthaltenden Zwischenwand fort.
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Jedem Auslaßventil 2 ist ein eigener, von einem separaten Nocken
10' der Nockenwelle 3 über eine geneigt angeordnete Stoßstange
5' angetriebener Kipphebel 4' zugeordnet. Die Kipphebel 4' der Auslaßventile
2 besitzen eine seitliche Kröpfung, so daß die Kipphebel eines Auslaßventilpaares
einen zur Einlaßseite der Maschine offenen spitzen Winkel miteinander einschließen.
Diese Kröpfung der Kipphebel 4' ermöglicht deren Lagerung an beidseits neben den
Einlaßventilen 1 angeordneten Kipphebelböcken 6',
wobei die einander
benachbarten Kipphebel 4' aufeinanderfolgender Motorzylinder gemeinsam an einem
einzigen Kipphebelbock 6' gelagert sind. Die Kipphebel 4' der Auslaßventile
2 besitzen annähernd dieselbe Länge und das gleiche Hebelübersetzungsverhältnis
wie die Kipphebel 4 der Einlaßventile 1.
Daraus ergibt sich die vorgesehene
Neigung der Stoßstangen 5' zur Auslaßseite der Maschine hin. Zufolge der
Kröpfung der Kipphebel 4* sind die Stoßstangen 5' benachbarter Zylinder sehr
nahe aneinandergerückt, so daß für die je zwischen der Stoßstange 5 eines
Einlaßventils 1 und der Stoßstange 5'
eines Auslaßventils 2 herausgeführten
Einlaßkanäle 8
eine große Querschnittsbreite zur Verfügung steht. Dadurch
ergeben sich kurze Verengungen und stärkere Krümmungen vermeidende strömungsgünstige
Einlaßkanäle 8. Auch die Auslaßkanäle 9 sind kurz und mit großem Querschnitt
ausgeführt und münden parallel verlaufend an der Seitenwand des Zylinderkopfes aus.
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Wie insbesondere aus F i g. 2 ersichtlich, führt die erfindungsgemäße
Anordnung und Lagerung sämtlicher Kipphebel 4 und 4' zu einer sehr geringen Bauhöhe
des Zylinderkopfes, die sonst nur bei Brennkraftmaschinen mit je einem Einlaß-
und einem Auslaßventil pro Zylinder eingehalten werden konnte. Die kurze und kräftige
Bauweise der Kipphebel 4 und 4" gewährleistet überdies eine hohe Steifigkeit des
Ventilantriebs, so daß sich dieser für hohe Drehzahlen besonders eignet.
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Die Erfindung beschränkt sich nicht auf das dargestellte und beschriebene
Ausführungsbeispiel und es sind der jeweiligen Bauart der Brennkraftmaschine entsprechende
Abänderungen, insbesondere hinsichtlich der Formgebung und Lagerung der Kipphebel,
im Rahmen der Erfindung möglich.