DE19843588A1 - Brennkraftmaschine mit zwei in V-form angeordneten Zylinderbänken - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine mit zwei in V-Form angeordneten Zylinderbänken (3) und mit hängenden über Kipphebel (10) betätigten Ventilen (9) an jeden der Zylinder (4). Stößelstangen (11, 12) verbinden die Kipphebel (10) mit jeweils zwei im unteren Bereich des Raumes (15) zwischen den Zylinderbänken (3) parallel zur Kurbelwelle (2) gelagerten Nockenwellen (13, 14). Eine der Nockenwellen ist als Einlaßnockenwelle (13) ausgebildet und betätigt somit die Einlaßventile; die andere ist als Auslaßnockenwelle (14) ausgebildet und betätigt die Auslaßventile. Die Auslaßnockenwelle (14) wird von der Kurbelwelle (2) angetrieben. Die Einlaßnockenwelle (13) wird von der Auslaßnockenwelle (14) unter Einbeziehung einer Drehwinkelverstellvorrichtung zum Zwecke von variablen Ventilbetätigungszeiten angetrieben. Die Stößelstangen (11, 12) sind mit Hydraulikelementen (19) versehen, die ein schaltbares Verkürzen der Stößelstangen (11, 12) zum Zwecke der Zylinderabschaltung ermöglichen. Es wird somit eine Brennkraftmaschine geschaffen, die bei geringem Bauaufwand und mit kleinem Raumbedarf eine Zylinderabschaltung und eine Ventilsteuerung mit variablen Betätigungszeiten der Ventile ermöglicht.

Description

Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine mit zwei in V-Form angeordneten Zylinderbänken gemäß dem Oberbe­ griff des Patentanspruches 1.

Mit DE 29 47 580 A1 ist eine mehrzylindrige Brennkraftma­ schine beschrieben, deren Ventile von einer unten liegen­ den Nockenwelle über Stösselstangen und Kipphebel betä­ tigt werden. Die Stösselstangen der Einlaßventile sind dabei mit einem hydraulischen Druckzylinder versehen, so daß deren wirksame Länge veränderbar ist und damit die betreffenden Zylinder abschaltbar sind. Eine solche mehr­ zylindrige Brennkraftmaschine kann auch als V-Motor aus­ geführt sein.

Bei Brennkraftmaschinen mit in V-Form angeordneten Zylin­ derbänken ist es auch bekannt, eine einzige Nockenwelle im Raum zwischen den Zylinderbänken anzuordnen, die über Stösselstangen sowohl die Einlaßventile als auch die Aus­ laßventile beider Zylinderbänke betätigt. Eine solche Brennkraftmaschine ist beispielsweise mit DE 43 26 159 beschrieben.

Brennkraftmaschinen dieser Art weisen gegenüber solchen mit oben liegenden Nockenwellen eine sehr kompakte Bau­ weise auf und können auch relativ ökonomisch gefertigt werden. Allerdings ist bei einer Brennkraftmaschine die­ ser Bauart eine variable Ventilbetätigungszeit, z. B. durch Verwendung geteilter schaltbarer Kipphebel und ei­ ner Nockenwelle mit unterschiedlich großen Nocken, wie sie beispielsweise mit DE 41 42 192 A1 beschrieben ist, nur mit großem Aufwand realisierbar.

Zur Realisierung variabler Ventilöffnungszeiten sind Vor­ richtungen bekannt, mit denen eine relative Winkelver­ stellung einer Nockenwelle in Bezug zur Kurbelwelle oder zu einer weiteren Nockenwelle einer Brennkraftmaschine ermöglicht wird. Eine solche Vorrichtung, bei der auf der zu verstellenden Welle ein von einem Druckmedium betä­ tigter Stellmotor mit im Volumen veränderlichen Arbeits­ kammern vorgesehen ist, ist z. B. mit DE 41 16 196 A1 be­ schrieben.

Eine weitere Art solcher Vorrichtungen, bei der die bei­ den Trumms eines Kettentriebes für den Antrieb einer Noc­ kenwelle über hydraulisch beaufschlagte Kolben ausgelenkt werden, ist mit DE 42 13 038 beschrieben.

Derartige Vorrichtungen sind vorgeschlagen für Brenn­ kraftmaschinen mit zwei im Zylinderkopf angeordneten Nockenwellen, also Motoren mit erheblichem Bauaufwand und relativ großem Bauraum.

Mit DE 44 05 389 A1 ist eine V-förmig ausgebildete Brenn­ kraftmaschine dargestellt, bei der im Raum zwischen den beiden Zylinderbänken eine Nockenwelle gelagert ist, die über Stösselstangen und Kipphebel sowohl die Einlaß- als auch die Auslaßventile beider Zylinderbänke betätigt.

Eine zweite Nockenwelle zur Betätigung von Pumpenelemen­ ten für die Kraftstoffeinspritzung ist oberhalb der er­ sten Nockenwelle angeordnet. Vorkehrungen zur Zylinderab­ schaltung oder zu einer variablen Ventilöffnungszeit sind mit dieser Druckschrift nicht vorgeschlagen oder nahege­ legt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Brenn­ kraftmaschine der eingangs genannten Art zu schaffen, welche neben ihrer bauartgemäßen kompakten Bauweise und der Möglichkeit der Zylinderabschaltung durch schaltbares Verkürzen der Stösselstangen auch variable Ventilbetäti­ gungszeiten bei relativ geringem technischem Aufwand auf­ weist.

Die Erfindung löst diese Aufgabe mit den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruches 1. Vorteilhafte Weiterbil­ dungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Mit der Anordnung von zwei Nockenwellen im Raum zwischen den beiden Zylinderbänken, wobei die eine die Einlaßven­ tile beider Zylinderbänke und die andere die Auslaßven­ tile beider Zylinderbänke betätigt, können durch die An­ ordnung von nur einer an sich bekannten Drehwinkelver­ stellvorrichtung im Antrieb von der ersten zur zweiten Nockenwelle an beiden Zylinderbänken variable Ventilöff­ nungszeiten an den von der zweiten Nockenwelle betätigten Ventilen realisiert werden. Dies werden im allgemeinen die Einlaßventile sein. Wird darüber hinaus auch im An­ trieb der ersten Nockenwelle von der Kurbelwelle her eine weitere Drehwinkelverstellvorrichtung vorgesehen, dann können mit diese die Ventilöffnungszeiten der Auslaß­ ventile variabel verstellt werden und durch eine gesteu­ erte Drehwinkelverstellung im Antrieb zwischen der ersten zur zweiten Nockenwelle können die Einlaßventile gleichfalls dem motorischen Betrieb entsprechend variable Öffnungszeiten aufweisen.

Besonders vorteilhaft für die Ausnutzung des Bauraumes ist es, wenn die beiden Nockenwellen in einer mittig zwi­ schen den beiden Zylinderbänken verlaufenden Ebene be­ nachbart übereinander angeordnet sind. Der Antrieb zwi­ schen den beiden Nockenwellen erfolgt dann nur über eine geringe Entfernung und ist beispielsweise durch einen Zahnradtrieb oder durch einen Kettentrieb mit geringem Aufwand und nahezu ohne zusätzlichen Bauraum realisier­ bar.

Die Stösselstangen sowohl der Einlaß- als auch der Aus­ laßnockenwelle können nahe beieinander an der Wand der beiden Zylinderbänke geführt werden, so daß dafür nur wenig Raum erforderlich ist und im oberen Bereich des Raumes zwischen den beiden Zylinderbänken weitere Aggre­ gate, z. B. Teile der Ansauganlage und der Kraftstoffauf­ bereitungsanlage für die Brennkraftmaschine untergebracht werden können.

Die Anordnung der Schaltelemente zum wahlweisen Verkürzen der Stösselstangen für die Betätigung einer Zylinderab­ schaltung im unteren Bereich des V-förmigen Raumes zwi­ schen den beiden Zylinderbänken ermöglicht einen sehr einfachen Aufbau des Ventilstriebes im Bereich der beiden Zylinderköpfe. Werden die Schaltelemente als Hydraulik­ elemente ausgeführt, dann kann die Führung der Hydrau­ likzylinder durch entsprechende Bohrungen im Zylinder­ block folgen. Die Ansteuerung dieser Hydraulikelemente ist über parallel zu den Nockenwellen im Zylinderblock verlaufende Bohrüngen einfach und raumökonomisch möglich.

Die Stösselstangen können vorteilhaft in ihrem unteren Bereich generell mit einer hydraulischen Einrichtung zum Ventilspielausgleich versehen sein, wobei diese mit den Hydraulikelementen zum Verkürzen der Stösselstangen kom­ biniert sein können.

Durch die Anordnung aller für die durch Hydraulik ver­ stellbaren Elemente am Grund des V-förmigen Raumes zwi­ schen den beiden Zylinderbänken können die erforderlichen Hydraulikzuführungen kurz gehalten werden, so daß sie an­ dere Aggregate nicht behindern.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist nachstehend an­ hand einer Zeichnung näher beschrieben. Es zeigen

Fig. 1 einen Schnitt durch eine Brennkraftmaschine mit zwei in V-Form angeordneten Zylinderbän­ ken in schematisierter Form;

Fig. 2 eine Seitenansicht der Brennkraftmaschine nach Fig. 1 in schematisierter Form.

An einem Kurbelgehäuse 1 befinden sich zwei in V-Form an­ geordnete Zylinderbänke 3 mit Zylindern 4, in denen sich Kolben 5 befinden, die mittels Pleuelstangen 6 an einer im Kurbelgehäuse 1 gelagerten Kurbelwelle 2 angelenkt sind. Oberhalb der Kolben 5 befindet sich in den Zylin­ dern 4 jeweils ein Brennraum 7. Jede Zylinderbank 3 trägt einen Zylinderkopf 8, der die Brennräume 7 abschließt. In den Zylinderköpfen 8 sind Einlaß- und Auslaßkanäle zu den Brennräumen 7 angeordnet, die mittels Ventilen 9 steuer­ bar sind. Die Ventile 9 sind von Ventilfedern in Schließ­ stellung gehalten. Auf den Schäften der Ventile 9 liegen Kipphebel 10 auf, die am Zylinderkopf 8 schwenkbar ge­ lagert sind und mit Stösselstangen 11, 12 in Verbindung stehen. Die Stösselstangen 11, 12, die annähernd parallel zu den Mittelachsen der Zylinder 4 verlaufen, stehen mit einer Einlaßnockenwelle 13 bzw. einer Auslaßnockenwelle 14, die beide im unteren Bereich eines zwischen den bei­ den Zylinderbänken 3 gebildeten V-förmigen Raumes 15 an­ geordnet sind, in Wirkverbindung. Dabei sind die Stössel­ stangen 11, welche auf die Einlaßventile einwirken, alle mit der Einlaßnockenwelle 13 in Wirkverbindung. Dagegen sind die Stösselstangen 12, die auf die Auslaßventile einwirken, alle mit der Auslaßnockenwelle 14 in Wirkverbindung. Durch Betätigen der Stösselstangen 11, 12 durch die Nocken der Nockenwellen 13, 14 werden die Ven­ tile 9 entgegen der Kraft ihrer Schließfedern geöffnet.

Die Auslaßnockenwelle 14 ist mittels eines Kettentriebes 14 an einer der Stirnseite der Brennkraftmaschine von der Kurbelwelle 2 angetrieben. Die Einlaßnockenwelle 13 ist mittels eines Zahnradtriebes 17 an der anderen Stirnseite der Brennkraftmaschine von der Auslaßnockenwelle 14 her angetrieben. Selbstverständlich kann der Antrieb der Ein­ laßnockenwelle 13 von der Auslaßnockenwelle 14 her an der gleichen Motorstirnseite angeordnet sein, an der sich auch der Antrieb der Auslaßnockenwelle 14 von der Kurbel­ welle 2 her befindet. Ebenso ist es möglich, für jeden der Antriebe entweder einen Kettentrieb oder einen Zahn­ radtrieb zu wählen.

Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist der Zahnradtrieb 17 mit einer Drehwinkelverstelleinrichtung versehen, so daß die Einlaßnockenwelle 13 gegenüber der Auslaßnocken­ welle 14 während des Betriebes der Brennkraftmaschine zum Zwecke veränderbarer Ventilöffnungszeiten verdreht werden kann.

Eine solche Drehwinkelverstelleinrichtung kann zusätzlich auch am Kettentrieb 16 vorgesehen sein, mit dem dann die Auslaßnockenwelle 14 und damit auch die von ihr angetrie­ bene Einlaßnockenwelle 13 gegenüber der Kurbelwelle 2 verdreht werden können. Damit ist eine weitgehende varia­ ble Anpassung der Ventilöffnungszeiten an die motorischen Anforderungen möglich.

Die Einlaßnockenwelle 13 und die Auslaßnockenwelle 14 sind im unteren Bereich des Raumes 15 in einer zwischen den beiden Zylinderbänken 3 mittig verlaufenden Ebene 18 angeordnet, die in Fig. 1 durch eine strichpunktierte Li­ nie dargestellt ist. Die Einlaßnockenwelle 13 liegt dabei nahe oberhalb der Auslaßnockenwelle 14.

Die Stösselstangen 11, 12 sind an ihren den Nockenwellen 13, 14 zugewandten Enden mit Hydraulikelementen 19 verse­ hen, die ein schaltbares Verkürzen der Stangen 11, 12 er­ möglichen. Diese Verkürzung kann kontinuierlich oder in Stufen erfolgen und ermöglicht so eine Verstellung der Ventilöffnungszeiten bzw. ein vollständiges Abschalten einzelner Zylinder 4 bei Teillast der Brennkraftmaschine. Die Hydraulikelemente 19 sind von parallel zu den Nockenwellen 13, 14 im Zylinderblock verlaufenden (in der Zeichnung nicht dargestellten) Ölkanälen angesteuert. Ne­ ben den Hydraulikelemeten 19 oder mit ihnen verbunden sind hydraulische Ventilspielausgleichselemente vorgese­ hen, die ein selbständiges ausgleichen des Ventilspiels sichern.

Der besondere Vorteil der Erfindung ist darin zu sehen, daß bei einer Brennkraftmaschine mit V-förmig angeordne­ ten Zylinderbänken auf einfache und raumsparende Weise eine Zylinderabschaltung und eine Ventilbetätigung mit va­ riablen Steuerzeiten realisierbar ist.

Claims (6)

1. Brennkraftmaschine mit zwei in V-Form angeordneten Zylinderbänken mit einer Kurbelwelle, mit hängenden über Kipphebel betätigten Einlaß- und Auslaßkanäle steuernden Ventilen an jedem Zylinder und mit Stös­ selstangen, die jeweils zwischen einer im Raum zwi­ schen den Zylinderbänken befindlichen Nockenwelle und einem Kipphebel angeordnet sind, wobei die Stös­ selstangen zum Zwecke der Zylinderabschaltung über ein Schaltelement verkürzbar sind, dadurch gekenn­ zeichnet, daß eine Einlaßnockenwelle (13) und eine Auslaßnockenwelle (14) benachbart angeordnet sind, wobei die Einlaßnockenwelle (13) über Stösselstangen (11) und Kipphebel (10) auf die Ventile (9) der Ein­ laßkanäle und die Auslaßnockenwelle (14) über Stösselstangen (12) und Kipphebel (10) auf die Ven­ tile (9) der Auslaßkanäle einwirkt und wobei die Auslaßnockenwelle (14) von der Kurbelwelle (2) ange­ trieben ist und die Einlaßnockenwelle (13) über eine Drehwinkelverstellvorrichtung von der Auslaßnocken­ welle (14) angetrieben ist.

2. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die beiden Nockenwellen (13, 14) in ei­ ner zwischen den beiden Zylinderbänken (3) mittig verlaufenden Ebene (18) benachbart übereinander an­ geordnet sind.

3. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltelemente zum wahlwei­ sen Verkürzen der Stösselstangen (11, 12) Hydraulik­ elemente (19) sind, die jeweils mit der Stössel­ stange (11, 12) zusammenwirken und von parallel zu den Nockenwellen (13, 14) verlaufenden Steuerleitun­ gen angesteuert sind.

4. Brennkraftmaschine nach Anspruch 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß mit dem Hydraulikelement (19) der Ven­ tilhub zwischen einem Maximalhub und Nullhub stufen­ los einstellbar ist.

5. Brennkraftmaschine nach den Ansprüchen 3 und 4, da­ durch gekennzeichnet, daß die Hydraulikelemente (19) eine Einrichtung zum Ventilspielausgleich aufweisen.

6. Brennkraftmaschine nach einem oder mehreren der An­ sprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der An­ trieb der Auslaßnockenwelle (14) von der Kurbelwelle (2) über einen Drehwinkelverstellmechanismus er­ folgt.