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Die
Erfindung betrifft eine Zylinderkopfanordnung für eine Brennkraftmaschine gemäß dem Oberbegriff
des Patentanspruches 1.
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Zylinderkopfanordnungen
an Brennkraftmaschinen mit einem Zylinderkopfgehäuse, in welchem Gaswechselventile
und Nockenwellen angeordnet sind und mit einem an einer Stirnseite
der Brennkraftmaschine liegenden Nockenwellenantrieb zwischen einer
Ausgangswelle, in der Regel die Kurbelwelle, der Brennkraftmaschine
und dem Zylinderkopfgehäuse
sind hinlänglich
bekannt. So ist beispielsweise in der USPS 4,643,143, 5, einer Anordnung mit einem
ersten Zahnriemen zwischen der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine
und einer Nockenwelle offenbart. Am gegenüberliegenden Ende der Brennkraftmaschine
treibt diese angetriebene Nockenwelle ihrerseits über einen
zweiten Riementrieb eine parallel dazu angeordnete, weitere Nockenwelle.
Da solche Riementriebe außerhalb
des schmierölbeaufschlagten
Bereiches der Brennkraftmaschine angeordnet sein müssen, verlängert sich
die Baulänge
der Brennkraftmaschine durch diese doppelte Anordnung erheblich.
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Eine
weitere gattungsgemäße Anordnung
ist aus
EP 0420139
B1 bekannt, wobei die dortige
7 offenbart,
daß offensichtlich
ein Ketten- oder Rädertrieb
innerhalb des Kurbelgehäuses
zum Antrieb der Nockenwellen vorgesehen ist. Desweiteren offenbart dieses
Dokument einen in einer Trennebene geteilten Zylinderkopf mit einem
die Gaswechselventile aufnehmenden Gehäuse und einem auf dieses aufgesetzten
Lagergehäuse,
in welches Nockenwellen in ungeteilte Lager eingeschoben sind. Zwischen
den Nockenwellen und den Gaswechselventilen sind als Rollenschlepphebel
ausgebildete Übertragungselemente
im Gehäuse
auf hydraulischen Ventilspielausgleichselementen angeordnet. Diese Übertragungselemente
sind, ebenso wie Längsachsen
der Nockenwellen außerhalb
eines V-Raumes angeordnet, welcher durch die Gaswechselventile aufnehmende Ventilebenen
gebildet wird. Hierdurch vergrößert sich die
erforderliche Baubreite dieser Zylinderkopfanordnung.
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Eine ähnliche
Anordnung mit außerhalb
dieses V-Raumes liegenden Nockenwellenlängsachsen und Rollenschlepphebeln
in einem ungeteilten Zylinderkopf ist in
EP 0744531 A1 offenbart.
Eine Schmiermittelversorgung von Schwenkachsen der Rollenschlepphebel
erfolgt hierbei über
diese Achsen schneidende und schrägverlaufende Bohrungen, welche
ihrerseits Durchgangsöffnungen
im Zylinderkopf für
Zylinderkopfschrauben anschneiden. Die Schmierölzufuhr erfolgt aus dem Kurbelgehäuse über diese
Durchgangsöffnungen
sowie über
einen diese miteinander verbindenden Querkanal.
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Aus
der Zeitschrift DE-Z „Gute
Fahrt", Nr. 10,1993,
Seiten 80–83
ist für
eine Brennkraftmaschine mit einem 2-stufigen Riementrieb zum Antrieb
von Nockenwellen bekannt, einen ersten Riementrieb zwischen der
Kurbelwelle und einer Zwischenwelle anzuordnen, wobei dieser erste
Endlostrieb in einer beabstandet zu einer Stirnseite dieser Brennkraftmaschine
liegenden Ebene läuft.
Zwischen dieser Ebene und der Stirnseite ist in einer zweiten Ebene
ein weiterer Riementrieb angeordnet, welcher ausgehend von der angetriebenen
Zwischenwelle die beiden Nockenwellen antreibt. Diese Anordnung
ist insgesamt äußerst aufwendig
und offensichtlich für Rennzwecke
vorgesehen, ein betriebssicherer und kosten- sowie montagegünstiger
Großserieneinsatz ist
hiermit nicht möglich.
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Des
Weiteren ist es bereits bekannt, den Nockenwellenantrieb in zwei
vor der Stirnseite einer Brennkraftmaschine parallel zueinander
angeordneten Ebenen derart anzuordnen, dass ein in der ersten Ebene
liegender erster Endlostrieb zwischen der Ausgangswelle der Brennkraftmaschine
und einer der Nockenwellen läuft,
und diese über
ein in der zweiten Ebene liegenden, zweiten Endlostrieb eine weitere
Nockenwelle antreibt, wobei die zweite Ebene zwischen der Stirnseite
und der ersten Ebene liegend angeordnet ist (
US 4,974,560 A ;
US 5,560,329 A ;
JP 61 001810 AA ).
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Schließlich ist
aus der
DE 31 26 280
C1 bereits eine Nockenwellenlagerung für eine in einem Zylinderkopf
in drei Lagerschilden in ungeteilten Lagerbohrungen abgestützte, einteilige
Nockenwelle bekannt.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine gattungsgemäße Zylinderkopfanordnung
für eine
Brennkraftmaschine dahingehend zu verbessern, dass sowohl bezüglich Baulänge als
auch Baubreite äußerst kompakte
Abmessungen erzielt werden. Darüber
hinaus sollen die über
den Nockenwellenantrieb eingeleiteten Kräfte optimal abgestützt werden
und eine weitgehende Vormontagefähigkeit gewährleistet
sein.
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Die
Lösung
dieser Aufgabe gelingt mit den Merkmalen des Patentanspruches 1.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
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Es
ist zunächst
vorgesehen, dass der Nockenwellenantrieb einen ersten und einen
zweiten Endlostrieb aufweist, wobei beide in zueinander parallelen
Ebenen vor einer Stirnseite der Brennkraftmaschine angeordnet sind.
Hierbei läuft
ein erster Endlostrieb zwischen der Ausgangswelle der Brennkraftmaschine
und einer der Nockenwellen in einer ersten Ebene, während diese
angetriebene Nockenwelle über
einen in einer zweiten Ebene angeordneten zweiten Endlostrieb eine
weitere Nockenwellen antreibt. Hierbei ist diese zweite Ebene zwischen
der Stirnseite und der ersten Ebene liegend angeordnet.
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Durch
diese Maßnahme
ist ein im Ölbad
des Kurbelgehäuses
laufender Nockenwellenantrieb und somit der hierfür erforderliche
Bauraum innerhalb des Kurbelgehäuses
vermieden. Stattdessen ist der 2-stufige Nockenwellenantrieb vor
der einen Stirnseite liegend angeordnet und kann somit innerhalb
eines für
beide gemeinsamen Kettenkastens bzw. einer Riemenabdeckung angeordnet
sein. Die Anordnung des zweiten Endlostriebes zwischen den beiden
Nockenwellen direkt vor der Stirnseite ermöglicht es, diesen im geringsten
Abstand zu dieser Stirnseite zu halten und somit auftretende Biegemomente
und damit korrespondierende Lagerbelastungen der Nockenwellen auf
ein Minimum zu reduzieren. Darüber hinaus
ermöglicht
diese Anordnung eine günstige Anordnung
eines auf diesen Endlostrieb wirkenden Spannelementes, welches durch
die enge Anordnung vor der Stirnseite ebenfalls nur geringfügig auf Biegung
beansprucht wird.
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Erfindungsgemäß ist eine
vorteilhafte Abstützung
der auftretenden Belastungen dadurch erzielbar, dass das Zylinderkopfgehäuse in einer
Trennebene geteilt ausgebildet ist und auf diese Trennebene ein
Lagergehäuse
zur Aufnahme der Nockenwellen aufgesetzt ist. Dieses ist hierbei
mit ungeteilten Nockenwellenlagern versehen, so dass diese unter
Vermeidung von zusätzlichen
Verschraubungen für
geteilte Nockenwellenlager von einer Stirnseite aus in dieses Lagergehäuse eingesteckt
werden können.
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Bevorzugt
ist vorgesehen, dass die beiden Endlostriebe als Zahnriementriebe
ausgebildet sind und das zur Reduktion des Bauteileaufwandes die den
beiden Endlostrieben zugeordneten und auf einer Nockenwelle angeordneten
Räder zu
einer Baueinheit zusammengefasst sind.
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Weiterhin
bevorzugt ist es vorgesehen, dass dieses Lagergehäuse zugleich
den nach außen
hin wirksamen Abschluss des Zylinderkopfgehäuses bildet, das heißt zugleich
die Zylinderkopfhaube darstellt, ohne dass hierfür ein separates Bauteil erforderlich
wäre. Hierdurch
sind die Voraussetzungen für eine
weitgehende Vormontage eines Haubenmodules gegeben, welches das
Lagergehäuse,
die Nockenwellen, die diesen zugeordneten Räder der Endlostriebe sowie
weitere Bauteile enthalten kann.
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Die
erfindungsgemäße Anordnung
nach Patentanspruch 1 bietet auch die Voraussetzung für eine möglichst
geringe Baubreite der Zylinderkopfanordnung, da die notwendige Unterset zung
für eine Viertakt-Brennkraftmaschine
von zwei zu eins zwischen der Ausgangswelle der Brennkraftmaschine und
den Nockenwellen in den ersten Endlostrieb verlegt werden kann,
welcher in einer Ebene vor der die Räder des zweiten Endlostriebes
der Nockenwellen tragenden Ebene liegt. Diese Räder können daher im Durchmesser vergleichsweise
gering bemessen werden, was ein relativ enges Zusammenrücken der
Nockenwellen ermöglicht.
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Einer
weitere Reduktion der Baubreite wird bevorzugt durch eine in Querebene
v-förmig
liegende Anordnung der Gaswechselventile erzielt, wobei Längsachsen
der Nockenwellen sowie zwischen diesen und den Gaswechselventilen
wirksame Übertragungselemente
innerhalb des hierdurch gebildeten V-Raumes angeordnet sind.
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Weitere
Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen und dem
nachfolgend anhand einer Zeichnung näher erläuterten Ausführungsbeispiel.
Es zeigt:
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1:
eine Ansicht einer Stirnseite einer Zylinderkopfanordnung,
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2:
einen Schnitt entlang der Linie II-II gemäß 3,
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3:
einen Schnitt entlang der Linie III-III gemäß 2,
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4:
einen Schnitt entlang der Linie IV-IV gemäß 2,
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5:
einen Schnitt entlang der Linie V-V gemäß 3 und
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6:
einen Schnitt entlang der Linie VI-VI gemäß 3.
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Eine
Zylinderkopfanordnung für
eine Brennkraftmaschine weist ein Zylinderkopfgehäuse 1 mit Gaswechselventilen 2, 3 und
mit diese periodisch betätigenden
Nockenwellen 4, 5 auf. Das Zylinderkopfgehäuse 1 ist
entlang einer Trennebene T geteilt, wobei ein die Gaswechselventile 2, 3 aufnehmendes Grundgehäuse 6 Brennräume 7 aufweist
und ein die Nockenwellen 4, 5 aufnehmendes Lagergehäuse 8 diese
Nockenwellen 4, 5 in ungeteilten Lagern 9 trägt.
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Das
Lagergehäuse 8 ist
mit insgesamt drei Reihen von Verschraubungen 10, 11 an
dem Grundgehäuse 6 gehalten,
wobei eine Reihe Verschraubungen 10 in einer Mittellängsebene
M liegend angeordnet sind, während
Verschraubungen 11 jeweils außenliegend in Grundgehäusewandungen 12 bzw. 13 eingreifen.
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Im
Grundgehäuse 6 sind
von den Gaswechselventilen 2, 3 beherrschte Gaswechselkanäle 14, 15 sowie
brennraumseitig mit einem Gewinde 16 versehene Schächte 17 zur
Aufnahme einer Zündvorrichtung
oder einer Einspritzvorrichtung für Kraftstoff angeordnet.
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Den
Gaswechselventilen 2, 3 sind in an sich bekannter
Weise Ventilführungen 18,
Ventilfedern 19 sowie Federteller 20 zugeordnet.
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Die Übertragung
der Drehbewegung der Nockenwellen 4 und 5 auf
die Gaswechselventile 2 und 3 erfolgt unter Zwischenschaltung
von als Rollenschlepphebel 25 ausgebildeten Übertragungselementen 26.
Diese Rollenschlepphebel 25 sind jeweils derart nach innen
weisend angeordnet, daß sie
mit ihrem freien Auflager 27 auf den Gaswechselventilen 2 bzw. 3 aufliegen
und mit den gegenüberliegenden Auflagerpfannen 28 auf
als hydraulische Ventilspielausgleichselemente 29 ausgebildeteten
Stützelementen 30.
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Längsachsen 37 der
Gaswechselventile 2 und 3 begrenzen einen V-Raum 36,
in welchem die Stützelemente 30,
die Rollenschlepphebel 25 sowie die Nockenwellen 4, 5 entlang
ihrer Achsen 35 rotierend angeordnet sind.
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Vor
einer Stirnseite 40 des Zylinderkopfgehäuses 1 ist in einer
ersten Ebene E1 und in einer zweiten Ebene E2 liegend ein zweistufiger
Nockenwellenantrieb angeordnet. Diese Ebenen E1, E2 sind parallel
zueinander und zu dieser Stirnseite 40. In der ersten Ebene
E1 läuft
ein erster Endlostrieb 41 zwischen einer antreibenden,
nicht gezeigten Ausgangswelle der Brennkraftmaschine und einem der einem
Nockenwelle 4 zugeordneten Antriebsrad 42. Die
angetriebene Nockenwelle 4 treibt ihrerseits über ein
Abtriebsrad 43 mittels eines zweiten Endlostriebes 44 die
benachbarte Nockenwelle 5 an. Dieser zweite Endlostrieb 44 läuft in der
zweiten Ebene E2, welche zwischen der Stirnseite 40 und
der ersten Ebene E1 liegend angeordnet ist.
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Beide
Endlostriebe 41 und 44 weisen einen Zahnriemen 45 und 46 auf,
wobei an der Stirnseite 40 einer auf das Lostrum 47 des
Zahnriemens 46 wirkende Spannvorrichtung 48 in
Form einer Exzenterrolle 49 angeordnet ist.
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Der
zweite Endlostrieb 44 läuft
in der zweiten Ebene E2 eng benachbart zur Stirnseite 40,
so daß die
dieser Stirnseite 40 benachbarten Lager 90 möglichst
gering belastet werden und die Exzenterrolle 49 ebenfalls
durch eine eng benachbarte Anordnung zur Stirnseite 40 in ihrer
dem Grundgehäuse 6 zugeordneten
Aufnahmebohrung 50 möglichst
wenig auf Biegung beansprucht wird.
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Antriebsrad 42 und
Abtriebsrad 43 sind einstückig und materialeinheitlich
zu einem Bauteil vereint, wodurch, wie insbesondere aus 4 ersichtlich,
die beiden Ebenen E1 und E2 mit minimalem Abstand zueinander verlaufend
angeordnet sind. Die beiden Endlostriebe 41 und 44 sind
im montierten Zustand von einer nicht gezeigten, an einem umlaufenden
Flansch 51 anliegenden Haube überdeckt.
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Die
Durchmesser von Antriebsrad 42, Abtriebsrad 43 und
der des der benachbarten Nockenwelle 5 zugeordneten Antriebsrades 55 sind
so bemessen, daß die
im wesentlichen durch die Anordnung der die Gaswechselventile 2 und 3 vorgegebene
Erstreckung quer zur Mittellängsebene
M des Zylinderkopfgehäuses 1 nicht überschritten
wird. Dabei ist die für
die hier vorliegende Viertaktbrennkraftmaschine erforderliche Untersetzung
zwischen Antriebswelle und Nockenwelle 4 von 2 : 1 dem
ersten Endlostrieb 41 zugeordnet, so daß im zweiten Endlostrieb 44 ein Übersetzungsverhältnis von
1 : 1 mit dementsprechend angepaßten Raddurchmessern vorgenommen
werden kann.
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Wie
insbesondere aus 3 ersichtlich, sind alle im
Lagergehäuse 8 ausgebildeten
Lager 9 und 90 Radiallager und in Längsrichtung
wirkende Schublasten werden in einer Richtung über in eine gegenüberliegende
Stirnseite 56 eingesetzte und den Nockenwellen 4 und 5 zugeordnete
Deckel 57 aufgenommen. Gemeinsam mit dem der Nockenwelle 4 zugeordneten
Deckel 57 ist eine ruhende Hochspannungszündung 58 verblockt.
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In
die entgegengesetzte Richtung wirkende Schublasten werden durch
Anlage eines Radialbundes 52 der Nockenwelle 4 an
einer korrespondierenden Schulter 53 des Lagergehäuses 8 abgestützt.
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Die
Montage der Nockenwellen 4 und 5 erfolgt von der
in 3 rechts liegenden Seite aus durch einstecken
in Lagertunnel, wobei die Durchmesser der Lager 90, 9 von
links nach rechts zunehmen, d. h. die dem Nockenwellenantrieb zugeordneten
Lager 90 weisen den kleinsten Durchmesser auf.
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Um
eine ausreichende und betriebssichere Schmierölversorgung bei geringen Bauraumgrößen sicherzustellen,
ist in vergleichsweise einfacher Art ein Schmierölsystem vorgesehen, welches
nachfolgend kurz erläutert
wird.
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Die
Einspeisung von Schmieröl
in das Zylinderkopfgehäuse
erfolgt gemäß 6 über eine
Aufnahme 60 für
eine nicht gezeigte Zylinderkopfschraube. Diese Aufnahme 60 wird
von einer schrägverlaufenden
und mit einer Verschlußschraube 61 versperrten
Bohrung 62 angeschnitten. Diese wiederum schneidet einen
im Grundgehäuse 6 in
Längsrichtung
verlaufenden ersten Schmierölkanal 63,
welcher seinerseits Steckaufnahmen 64 für die Stützelemente 30 der
der Nockenwelle 5 zugeordneten Rollenschlepphebel 25 schneidet.
Parallel hierzu verläuft ein
zweiter Schmierölkanal 65,
welcher über
eine in 3 und 4 erkennbare
und im Bereich der Stirnseite 56 liegende Querbohrung 66 mit
dem ersten Schmierölkanal 63 verbunden
ist. Dieser zweite Schmierölkanal 65 versorgt
die Steckaufnahmen 64 der der Nockenwelle 4 zugeordneten
Rollenschlepphebel 25.
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In
die Lager 9 aufweisenden Querebenen, etwa gemäß 6,
werden die Schmierölkanäle 63 und 65 über kurze
und senkrecht zur Trennebene T verlaufende Stichkanäle 67 angeschnitten.
Diese münden
wiederum innerhalb der Trennebene T in mit diesen Lagern 9 verbundenen
Kanäle 68.