DE3540899A1 - Ausbildung eines v-motors, mit jeweils zwei obenliegenden, austauschbaren ansaug- und auslassnockenwellen - Google Patents

Description

TlEDTKE - BüHLING - KlNNE - GrUPE Vertreter beim EPA

Pellmann - Grams - Struif

Dipl.-Ing. R. Kinne Dipl.-Ing. R Grupe

7 Dipl.-Ing. B. Pellmann

Dipl.-Ing. K. Grams Dipl.-Chem. Dr. B. Struif

Bavariaring 4, Postfach 202403 8000 München 2

Tel.:089-539653 Telex: 5-24845 tipat Telecopier: 0 89-537377 cable: Germaniapatent München

Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha „ _ ., , „„„

18. November 1985

Toyota-shi, Japan DE 5253 /

3540839

Ausbildung eines V-Motors mit jeweils zwei obenliegenden, austauschbaren Ansaug- und Auslaßnockenwellen

Die Erfindung liegt auf dem Gebiet der Ausbildung von V-Motoren mit jeweils zwei obenliegenden Nockenwellen für jede Zylindergruppe, und sie bezieht sich insbesondere auf eine Ausbildung eines solchen V-Motors, wobei die Anzahl von verschiedenartigen erforderlichen Bauteilen vermindert wird.

Ein V-Motor der obengesteuerten Bauart weist im allgemeinen eine linke sowie rechte Zylindergruppe auf, denen je zwei obenliegende Nockenwellen zugeordnet sein können; handelt es sich um einen V6-Motor, so hat die linke und die rechte Zylindergruppe jeweils drei Zylinder, bei einem V8-Motor sind in jeder der beiden Zylindergruppen vier Zylinder enthalten. Ist der Motor doppelt von oben gesteuert, so hat die

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linke wie auch die rechte Zylindergruppe jeweils eine einlaß- oder ansaugseitige Nockenwelle (im folgenden als Ansaugnokkenwelle bezeichnet) und eine auspuff- oder auslaßseitige Nockenwelle (im folgenden als Auslaßnockenwelle bezeichnet). Somit sind insgesamt vier Nockenwellen am Motor vorhanden, nämlich zwei für die Gemischansaugung und zwei für den Gasauslaß. Jede linke und jede rechte Zylindergruppe weist einen Satz von Ein- sowie Auslaßventilen auf, die in bezug auf ihr öffnen und Schließen jeweils von der Ansaug- sowie der Auslaßnockenwelle der jeweiligen Zylindergruppe gesteuert werden.

Wenngleich die oben-gesteuerten V-Motoren mit jeweils zwei Nockenwellen für jede Zylindergruppe im Hinblick auf ihre Betriebseigenschaften und Leistung hervorragende Vorteile besitzen, so daß sie zur Verwendung in modernen Automobilen besonders geeignet sind, so ist ihnen der Nachteil eigen, daß sie im Vergleich zu Reihenmotoren, z.B. einen Sechszylinder-Reihenmotor, eine große Anzahl an Bauteilen erforderlich machen. Diese Erhöhung in der Zahl der Bauteile ist besonders in der Ventilsteuerung dieser doppelt von oben gesteuerten V-Motoren problematisch. Ferner lag im Stand der Technik die Neigung vor, daß die Anzahl der verschiedenen Arten von Bauteilen, die bei einem doppelt obengesteuerten V-Motor zur Anwendung kommen, größer als bei einem Reihenmotor ist, wodurch sich Probleme im Hinblick auf die Annehmlichkeit sowie den Nutzen in der Fertigung solcher Motoren, auf Verluste in der Wirtschaftlichkeit und auf die Lagerhaltung von Zubehör- oder Ersatzteilen auftun.

Bei einem von oben gesteuerten V-Motor mit je zwei Nockenwellen für seine beiden Zylindergruppen war es in der Vergangenheit erforderlich, die vier Nockenwellen als eigene Bauteile zu fertigen, wobei jede Nockenwelle zu den anderen drei verschiedenartig war. Die erforderliche Fertigung von

vier verschiedenartigen Nockenwellen für einen obengesteuerten V-Motor stellt aber im Hinblick auf die Kosten sowie Unannehmlichkeiten bei der Herstellung und Montage ein ernsthaftes Problem dar. Ferner sind, wie oben angedeutet wurde, für den Betrieb solcher V-Motoren mit doppelter obenliegender Steuerung Ersatztei1 lager notwendig, in denen vier verschiedene Arten von Nockenwellen für einen Motor vorrätig gehalten werden müssen, was unangenehm, lästig sowie beschwerlich ist, Anlaß zu Irrtümern sowie Fehlern gibt und in bezug auf die Lagerhaltung kostspielig ist.

Man könnte nun daran denken, die linke sowie rechte Ansaugnockenwelle als identische Teile und somit austauschbar zu fertigen, wie auch die linke sowie rechte Auslaßnockenwelle identisch und damit austauschbar herzustellen. Dieser Gedanke ist in sich selbst gänzlich mangelhaft und unzulänglich, weil im Hinblick auf die korrekte Phaseneinstellung der Nockenhöcker der linken sowie rechten Zylindergruppe Probleme auftreten und die Zeitsteuerung für das öffnen sowie Schließen der Ein- und Auslaßventile fehlerhaft und infolgedessen das Zünden des Motors in regelmäßigen Zeitabständen beeinträchtigt bzw. aufs Spiel gesetzt wird. Der Erfindung liegt nun, um diese Probleme zu überwinden, der Gedanke zugrunde, die Anordnung der Nockenwellen wie auch ihren Einbauzustand zu verändern.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Ausbildung für einen V-Motor mit zwei von oben durch jeweils zwei Nockenwellen gesteuerten Zylindergruppen aufzuzeigen, bei dem die oben herausgestellten Probleme beseitigt sind.

Ein Ziel der Erfindung ist in einer derartigen Ausbildung eines solchen Motors zu sehen, die es ermöglicht, die beiden Ansaugnockenwellen für die linke sowie rechte Zylindergruppe und die beiden Auslaßnockenwellen für diese beiden Zylinder-

-D-

gruppen jeweils als gegeneinander austauschbare Bauteile zu fertigen.

Ferner zielt die Erfindung auf eine derartige Ausbildung eines solchen Motors ab, wonach trotz der Austauschbarkeit der beiden Ansaugnockenwellen wie auch der Austauschbarkeit der beiden Auslaßnockenwellen jeweils gegeneinander dennoch eine korrekte Motorsteuerung erhalten bleibt.

Des weiteren sind als Ziele der Erfindung zu nennen, eine solche Ausbildung für einen Motor aufzuzeigen, durch die die Anzahl von für den Motor erforderlichen verschiedenartigen Bauteilen vermindert wird, durch die die Motorfertigung erleichtert und weniger anfällig für Fehler sowie Irrtümer und wirtschaftlicher wird.

Darüber hinaus liegt ein Ziel der Erfindung in einer solchen Motorausbildung, durch die die Lagerhaltung von Motorbauteilen rationeller sowie wirtschaftlicher gestaltet und die Möglichkeit für ein Auftreten von Irrtümern bei der Lagerhaltung vermindert wird.

Gemäß dem allgemeinsten Gesichtspunkt der Erfindung wird die Aufgabe und werden die genannten Ziele durch eine Ausbildung eines V-Motors mit einer Kurbelwelle, mit einer linken, einen Zylinderkopf aufweisenden Zylindergruppe, mit einer rechten, einen Zylinderkopf aufweisenden Zylindergruppe und mit zwei obenliegenden Nockenwellen für jede Zylindergruppe gelöst bzw. erreicht, die dadurch gekennzeichnet ist, daß eine linke Ansaugnockenwelle am Zylinderkopf der linken Zylindergruppe und eine rechte Ansaugnockenwelle am Zylinderkopf der rechten Zylindergruppe montiert sind, wobei die linke Ansaugnockenwelle im wesentlichen identisch zur rechten Ansaugnockenwelle ausgebildet sowie zu dieser in umgekehrter Ausrichtung angeordnet ist, daß eine linke Auslaß-

nockenwelle am Zylinderkopf der linken Zylindergruppe und eine rechte Auslaßnockenwelle am Zylinderkopf der rechten Zylindergruppe montiert sind, wobei die linke Auslaßnockenwelle im wesentlichen identisch zur rechten Auslaßnockenwelle ausgebildet sowie zu dieser in umgekehrter Ausrichtung angeordnet ist, daß ein Paar von gleichartigen Nockenwellen in bestimmter Phasenbeziehung mit der Kurbelwelle angetrieben ist, daß zwei linke Zahnräder mit gleicher Zähnezahl vorhanden sind, von denen das eine Zahnrad an der linken Ansaugnockenwelle und das andere Zahnrad an der linken Auslaßnokkenwelle angebracht ist, wobei die Zahnräder miteinander kämmen und die linke Ansaugnockenwelle in einer bestimmten Phasenbeziehung mit der linken Auslaßnockenwelle drehantriebsseitig koppeln, daß zwei rechte Zahnräder mit gleicher Zähnezahl vorhanden sind, von denen das eine Zahnrad an der rechten Ansaugnockenwelle und das andere Zahnrad an der rechten Auslaßnockenwelle angebracht ist, wobei die Zahnräder miteinander kämmen und die rechte Ansaugnockenwelle in einer bestimmten Phasenbeziehung mit der rechten Auslaßnockenwelle drehantriebsseitig koppeln, und daß an der linken Zylindergruppe sowie an der rechten Zylindergruppe die Anzahl η der Zähne des Phasenunterschieds der Zahnradpaare durch die Gleichung bestimmt ist:

η =

worin ^*-der Phasenunterschiedswinkel der Ansaug- sowie der Auslaßnockenwelle und N die Zahl der Zähne an den Zahnrädern sind.

Durch eine solche Ausbildung ist der Motor imstande, die korrekte Zündfolge für ein Zünden bei regelmäßigen Zeitabständen trotz der Verwendung von zwei im wesentlichen identischen Ansaug- und zwei im wesentlichen identischen Auslaßnockenwellen, von denen je eine in der linken und je eine in der rechten Zylindergruppe in zueinander entgegengesetzter Ausrichtung zum Einsatz kommt, herbeizuführen. Die beiden Ansaugnockenwellen werden also in den jeweiligen Zylinder-

kopf in axial umgekehrter Ausrichtung eingebaut, und genauso erfolgt der Einbau der beiden Auslaßnockenwellen in den jeweiligen Zylinderkopf. Dieser Motor ist in der Lage, eine korrekte öffnungs- und Schließsteuerung an seinen Ein- und Auslaßventilen auszuführen, was darauf beruht, daß in der oben angegebenen Weise Phasenunterschiede in den Zahnradpaaren zwischen den treibenden und getriebenen Zahnrädern der Ansaug- und Auslaßnockenwellen hergestellt werden. Demzufolge wird eine Ausbildung für einen obengesteuerten V-Motor mit zwei Nockenwellen für jede Zylindergruppe geschaffen, die es ermöglicht, die beiden Ansaugnockenwellen für die linke sowie rechte Zylindergruppe und ebenfalls die beiden Auslaßnockenwellen für die beiden Zylindergruppen als gegenseitig austauschbare Bauteile herzustellen und dennoch eine korrekte Motorsteuerung aufrechtzuerhalten. Durch diese Ausbildung wird die Anzahl der für den Motor erforderlichen verschiedenartigen Teile vermindert, so daß die Motorfertigung leichter und weniger fehlerbehaftet gemacht wird. Die Motorfertigung wird folglich wirtschaftlicher gestaltet, was für die Lagerhaltung von Motorbauteilen in gleicher Weise gilt. Ferner wird die Wahrscheinlichkeit für ein Auftreten von Fehlern und Irrtümern in der Lagerhaltung herabgesetzt.

Gemäß einem besonderen Gesichtspunkt der Erfindung werden die genannten Ziele insbesondere und konkret durch eine solche Ausbildung eines V-Motors mit zwei obenliegenden Nockenwellen für jede Zylindergruppe der oben beschriebenen Bauart erreicht, wobei der Motor ein Sechszylindermotor ist, der in seiner linken und rechten Zylindergruppe jeweils drei Zylinder aufweist.

Die Erfindung wird unter Bezugnahme auf die Zeichnungen anhand ihrer bevorzugten Ausführungsform erläutert, auf die sie jedoch nicht beschränkt ist. Die Beschreibung und die Zeichnungen dienen lediglich Erläuterungszwecken. Räumliche Angaben in der Beschreibung sind als auf die jeweilige Figur bezogen zu verstehen. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Draufsicht auf einen linken sowie rechten Zylinderkopf eines Sechszylinder-V-Motors mit jeweils zwei obenliegenden Nockenwellen in einer Ausbildung gemäß der Erfindung;

Fig. 2 eine schematische Frontansicht der Ansaug- und Auslaßnockenwellen der linken sowie rechten Zylindergruppe und je eines der Ansaug- und Auslaßventile einer jeden Gruppe,

Fig. 3 eine schematische Kurbelwinkeldarstellung des Motors, in der die Zündfolge und -phase gezeigt ist;

Fig. 4 ein schematisches Kurbeldiagramm des Motors;

Fig. 5 eine Ventilhubkurve, in der beispielhaft die Öffnungsund Schließfunktionen eines Ansaug- sowie Auslaßventils des Motors dargestellt sind.

Der Sechszylinder-V-Motor mit jeweils zwei obenliegenden Nockenwellen für jeden Zylinder weist einen Zylinderkopf 111 für die linke und einenZyIinderkopf211 für die rechte Zylindergruppe auf. Wie es auf dem Gebiet der V-Motoren bekannt ist, sind die beiden ZyI inderköpfe 111 und 211 unter einem festen Winkel zueinander angeordnet, wobei die V-Schenkel einen Winkel von 60° bilden.

Die linke Zylindergruppe umfaßt gemäß der üblichen Zählweise die drei Zylinder #2, #4 und #6, während die rechte Zylindergruppe die drei Zylinder #1, #3 und #5 umfaßt. In der Zeichnung sind die beiden Zylinderköpfe 111 (linke Gruppe) und 211 (rechte Gruppe) aus Gründen der Vereinfachung in der Darstellung als in einer gemeinsamen Ebene liegend gezeigt, während sie in der tatsächlichen Ausbildung des Motors winklig angeordnet und versetzt sind. Im linken Zylinderkopf 111 sind sechs Ansaug-TellerventiIe 11 in einer Linie und sechs Auslaß-Tellerventile 21 in einer Linie angeordnet, wobei jeweils zwei Ansaug- sowie Auslaßventile für jeden der drei Zylidner #2, #4 und #6 der linken Zylindergruppe vor-

gesehen sind, die jedoch in Fig. 1 nicht zu sehen sind. Der rechte Zylinderkopf 211 weist in gleichartiger Weise sechs Ansaugventile 13 sowie sechs Auslaßventile 23, die jeweils in einer Linie angeordnet sowie im Zylinderkopf montiert sind, auf, wobei wiederum zwei Ansaug- sowie Auslaßventile für jeden der Zylinder #1, #3 und #5 der im rechten Zylinderkopf 211 enthaltenen Gruppe vorhanden sind; auch diese Ventile sind in Fig. 1 nicht sichtbar.

Am Zylinderkopf 111 der linken Gruppe ist längs der Linie der in diesem montierten sechs Ansaugventile und oberhalb dieser, weshalb sie in Fig. 1 verdeckt sind, eine linke Ansaugnockenwelle 31 in einer Mehrzahl von Nockenwellenlagern 7 drehbar gehalten. Gleicherweise ist am Zylinderkopf 111 entlang der Linie der in diesem aufgenommenen sechs Auslaßventile sowie über diesen eine linke Auslaßnockenwelle 51 parallel zur linken Ansaugnockenwelle 31 drehbar in mehreren Nockenwellenlagern 9 gehalten. Ebenso ist am Zylinderkopf 211 der rechten Gruppe längs der Linie der in diesem montierten sechs Ansaugventile und oberhalb dieser eine rechte Ansaugnockenwelle 41 in mehreren Nockenwellenlagern 8 drehbar aufgenommen, während des weiteren längs der Linie der im Zylinderkopf 211 montierten sechs Auslaßventile und über diesen parallel zur Ansaugnockenwelle 41 eine rechte Auslaßnockenwelle 61 in mehreren Nockenwellenlagern 10 drehbar gehalten ist. Die linke sowie rechte Ansaugnockenwelle 31 und 41 sind an den inneren Seiten ihrer jeweiligen Zylinderköpfe, bezogen auf die V-Anordnung der beiden Zylindergruppen, angeordnet, wogegen die linke sowie rechte Auslaßnockenwelle 51 und 61 an den Außenseiten ihrer jeweiligen Zylinderköpfe mit Bezug zu der V-Anordnung der beiden Zylindergruppen liegen. Der Zweck hierfür ist in einer konstruktiven Vereinfachung des Abgassammlers oder des Ansaugkrümmers, von denen keiner gezeigt ist, im Vergleich mit dem Fall, da die Auslaß- und Ansaugnockenwellen miteinander abwechselnd angeordnet sind, zu sehen.

In jeder der linken sowie rechten Zylindergruppe sowie gemäß der Anordnung der Ansaugnockenwellen 31, 41 und der Auslaßnockenwellen 51 , 61 sind die Zylinderköpfe 111 und 211 sowie die diesen zugeordneten Teile einander gleich, sie sind jedoch in der Längsrichtung umgekehrt angeordnet. Das heißt mit anderen Worten, daß der Zylinderkopf 111 der linken und der Zylinderkopf 211 der rechten Gruppe identische Gußteile sind, jedoch, wie der Fig. 1 ohne weiteres zu entnehmen ist, in zueinander umgekehrter Weise angeordnet sind. In gleichartiger Weise sind alle anderen Teile, wie die Ventile, die Nockenwellenlager usw., die den Zylinderköpfen 111 und 211 zugeordnet sind, in der linken sowie rechten Zylindergruppe einander identisch, sie sind jedoch von vorne nach hinten entlang der Reihe der Zylinder umgekehrt zueinander angeordnet.

An der linken Ansaugnockenwelle 31 sind Nockenhöckerpaare 12₂, 12₄ und 12₆ zur Steuerung der Einlaßventile 11 der linken Zylindergruppe vorgesehen, d.h. für die beiden Einlaßventile 11 des Zylinders #2, für die beiden Einlaßventile 11 des Zylinders #4 und für die beiden Einlaßventile 11 des Zylinders #6. In gleichartiger Weise sind an der rechten Ansaugnockenwelle 41 Nockenhöckerpaare 14., H₃ und 14,-zur Steuerung der Einlaßventile 13 der rechten Zylindergruppe, d.h. der jeweils zwei Einlaßventile der Zylinder #1, #3 und #5, vorgesehen.

An den vorderen Enden 29 bzw. 30' der linken Ansaugnockenwelle 31 bzw. der rechten Ansaugnockenwelle 41 sind durch Schrauben 15 bzw. 16 je eine Nockenwellen-Antriebszahnscheibe 17 und 18 befestigt, die von der (nicht gezeigten) Kurbelwelle des Motors mit der halben Motordrehzahl sowie in vorbestimmter Phasenbeziehung über einen um die Scheiben 17, 18 geführten Zahn- oder Taktriemen in an sich bekannter Weise angetrieben werden. Diese Zahnscheiben 17, 18 vermitteln der

linken bzw. rechten Ansaugnockenwelle 31 bzw. 41 unmittelbar einen Drehantrieb im Uhrzeigersinn (bei Betrachtung von Fig. 2).

Gleicherweise sind Nockenhöckerpaare 22p, 22, sowie 22,- an der linken Auslaßnockenwelle 51 zur Steuerung der beiden Auslaßventile 21 des Zylinders #2, der beiden Auslaßventile 21 des Zylinders #4 und der beiden Auslaßventile 21 des Zylinders #6 vorgesehen. Des weiteren dienen Nockenhöckerpaare 24^ 24₃ und 24₅ an der rechten Auslaßnockenwelle 61 der Steuerung der jeweils zwei Auslaßventile 23 der die rechte Gruppe bildenden Zylinder #1, #3 und #5.

An einer mittigen Stelle auf der Länge der linken Ansaugnokkenwelle 31 ist ein Antriebszahnrad 25 fest angebracht, und an einer damit übereinstimmenden Stelle auf der Länge der linken Auslaßnockenwelle 51 ist an dieser ein Abtriebszahnrad 26 befestigt, das die gleiche Zähnezahl wie das Antriebszahnrad 25 hat und mit diesem kämmt, von diesem also angetrieben wird. Demzufolge wird die linke Auslaßnockenwelle 51 von der linken Ansaugnockenwelle 31 in fester Phasenbeziehung zu dieser zum Drehen gebracht, und zwar, wie Fig. 2 zeigt, entgegen dem Uhrzeigersinn.

An einer mittigen Stelle längs der rechten Ansaugnockenwelle 41 ist ebenfalls ein Antriebszahnrad 27 fest ausgebildet, das mit einem an einer zugeordneten mittigen Stelle auf der Länge der rechten Auslaßnockenwelle 61 festen Abtriebszahnrad 28, das die gleiche Zähnezahl wie das Antriebszahnrad 27 hat, kämmt. Demzufolge wird die rechte Auslaßnockenwelle 61 von der rechten Ansaugnockenwelle 41 in fester Phasenbeziehung zur letzteren und entgegen dem Uhrzeigersinn (in Fig. 2) gedreht.

In Fig. 1 sind des weiteren Zündkerzenbefestigungsöffnungen 311 sowie die Ventilstößel 32 für die Einlaß- und Auslaßventile zu erkennen.

Wie der Fig. 1 zu entnehmen ist, weisen die linke und rechte Ansaugnockenwelle 31 und 41 eine identische Ausgestaltung auf, sie sind jedoch in der axialen Richtung zueinander umgekehrt angeordnet, d.h., sie sind in Richtung der Reihe der Zylinder oder mit Bezug zur Kurbelwelle des Motors bezüglich ihres vorderen und hinteren Endes umgedreht. Das vordere Ende 29 der linken Ansaugnockenwelle 31, an dem die Antriebszahnscheibe 17 befestigt ist, entspricht somit dem rückwärtigen Ende 29' der rechten Ansaugnockenwelle 41, die zwar für die Befestigung einer Antriebszahnscheibe passend ausgebildet, an der jedoch eine solche Scheibe nicht befestigt ist. In gleichartiger Weise ist das rückwärtige Ende 30 der linken Ansaugnockenwelle 31 für die Befestigung einer Zahnscheibe ausgebildet, weist eine solche jedoch nicht auf, und es entspricht dem vorderen Ende 30' der rechten Ansaugnockenwelle 41, an dem die Nockenwellen-Antriebszahnscheibe 18 fest angebracht ist. Die auf der axialen Erstreckung mittige Stelle an der linken Ansaugnockenwelle 31, an der das Antriebszahnrad 25 befestigt ist, entspricht im axial umgekehrten Sinn der mittigen Stelle auf der Länge der rechten Ansaugnockenwelle 41, an der das Antriebszahnrad 27 fest angeordnet ist. Ferner ist nahe dem vorderen Ende 29 der linken Ansaugnockenwelle 31 ein Verteiler-Antriebsrad 20 ausgestaltet, das zum Antrieb eines (nicht gezeigten) Verteilers des Motors mit einem Verteiler-Abtriebsrad 19 kämmt. In gleichartiger Weise ist an der rechten Ansaugnockenwelle 41 nahe deren rückwärtigem Ende 29' ein Verteiler-Antriebsrad 20' ausgebildet, das keine Funktion erfüllt, sondern leer läuft, da für die Brennkraftmaschine nur ein einziger Verteiler vorhanden ist.

Bei diesen Ansaugnockenwellen entsprechen die Nockenhöcker 14. an der rechten Ansaugnockenwelle 41 den Nockenhöckern 12g an der linken Ansaugnockenwelle 41 für die jeweiligen Zylinder #1 und #6. Desgleichen entsprechen die Nockenhökker 14₃ und die Nockenhöcker 12» an der rechten bzw. linken Ansaugnockenwelle 41 bzw. 31 den jeweiligen Zylindern #3 und #4, während die Nockenhöcker 14₅ an der rechten Ansaugnockenwelle 41 für den Zylinder #5 den Nockenhöckern 12₂ an der linken Ansaugnockenwelle 31 für den Zylinder #2 entsprechen. Mit Bezug auf die rechte Ansaugnockenwelle 41 für die rechte Zylindergruppe gilt hier, daß die fod<enhöcker M₁ für den Zylinder #1, die Hocker 143 für den Zylinder #3 und die Höcker I45 für den Zylinder #5 mit Abstand von 120° entgegen dem Uhrzeigersinn

- gesehen von der Seite des Zylinders #1, d.h. von der Frontseite des Motors, aus - angeordnet sind. Da die linke Ansaugnockenwelle 31 für die linke Zylindergruppe ein zur Welle 41 identisches Bauteil und nur in der umgekehrten Richtung eingebaut ist, sind die Nockenhöcker 12p für den Zylinder #2, die Hocker 12, für den Zylinder #4 und die Hocker 12_g für den Zylinder #6 entgegen dem Uhrzeigersinn

- gesehen vom Zylinder #2 oder der Frontseite des Motors aus - mit 120° Abstand angeordnet.

Mit Bezug auf die Auslaßnockenwellen 51 und 61 sind die Verhältnisse analog. Beide Auslaßnockenwellen 51, 61 weisen die gleiche Gestalt auf und sind von vorne nach rückwärts in der Achsrichtung, d.h. in der Richtung der Reihe der Zylinder oder der Längserstreckung der Kurbelwelle des Motors, umgedreht zueinander eingebaut, so daß die axial mittige Stelle an der linken Auslaßnockenwelle 51, an der das Abtriebszahnrad 26 fest angebracht ist, im axial umgedrehten Sinn der mittigen Stelle auf der Länge der rechten Auslaßnockenwelle 61, an der das Abtriebszahnrad 28 fest ausgebildet ist, entspricht. Bezüglich dieser Auslaßnockenwellen 51 und 61 entsprechen die Nockenhöcker 24. an der rechten

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WeI le 61 für den Zylinder #1 den Nockenhöckern 22 g an der linken Welle für den Zylinder #6, die Hocker 24g' an der rechten Welle 61 für den Zylinder #3 entsprechen den Nockenhöckern 22₄ an der linken Welle 51 für den Zylinder #4 und die Nockenhöcker 24₅ an der rechten AuslaßnockenwelIe 61 für den Zylinder #5 entsprechen den Nockenhöckern 22₂ an der linken Auslaßnockenwelle 51 für den Zylinder #2. Bezüglich der rechten Auslaßnockenwelle 61 für die rechte Zylindergruppe soll gelten, daß die Nockenhöcker 24. für den Zylinder #1, die Hocker 24₃ für den Zylinder #3 und die Hocker 24₅ für den Zylinder #5 im Gegenuhrzeigersinn - betrachtet vom Zylinder #1 oder der Motorfrontseite aus - mit 120° Abstand angeordnet sind. Gleicherweise gilt für die linke Auslaßnockenwelle 51 der linken Zylindergruppe, da sie zur rechten Auslaßnockenwelle 61 gleich ausgebildet und lediglich in ihrer Achsrichtung umgekehrt eingebaut ist, daß die Nokkenhöcker 22p für den Zylinder #2, die Hocker 22, für den Zylinder #4 und die Hocker 22g für den Zylinder #6 mit 120° Abstand zueinander im Gagenuhrzeigersinn - gesehen vom Zylinder #2 oder der Motorfrontseite aus angeordnet sind.

Das System für die Kurbelwelle entwickelt sich, wie die Fig. 3 und 4 zeigen, gemäß den vorstehend geschilderten Anordnungen der linken sowie rechten Ansaugnockenwelle 31, 41 und der linken sowie rechten Auslaßnockenwelle 51, 61. Die Ein- und Auslaßventile öffnen in regelmäßigen Zeitabständen in der rechten Zylindergruppe in der Folge: Zylinder #1 - #3 - #5 und in der linken Zyliridergruppe in der Folge: Zylinder #2 - #4 - #6. Demzufolge wird eine Zündfolge in regelmäßigen Abständen ermöglicht, und zwar: Zylinder #1 - #2 - #3 - #4 - #5 - #6. Somit kann die normale Zündfolge für einen Sechszylinder-V-Motor mit einem Winkel von 60° zwischen den Zylinderreihen erlangt werden.

- Ib-

Da also die linke sowie rechte Ansaugnockenwelle 31 sowie 41 zueinander identisch und deshalb austauschbar ausgebildet wurden und an dem jeweiligen linken bzw. rechten Zylinderkopf 111, 211 in entgegengesetzter Ausrichtung zueinander angeordnet sind und da gleicherweise die linke sowie rechte Auslaßnockenwelle 51 sowie 61 zueinander identisch und damit austauschbar ausgebildet wurden sowie ebenfalls in entgegengesetzter Ausrichtung zueinander an den jeweiligen Zylinderköpfen 111, 112 montiert sind, ist es ein Erfordernis, daß die Ventilöffnungsprofile der Nockenhöcker an diesen Nockenwellen zu deren Ventilschließprofilen identisch sein sollen. Das bedeutet, daß die Hubseite eines jeden der Nockenhöcker in ihrer Gestalt identisch - jedoch umgekehrt - zu seiner Absenkseite sein soll. Mit symmetrischen Nockenhöckern dieser Art ergeben sich die beispielhaft in Fig. 5 gezeigten typischen Ventilhubkurven für die Ein- und Auslaßventile.

Um das angestrebte Ziel der Austauschbarkeit der Ansaugnokkenwellen31 und 41 für die linke sowie rechte Zylindergruppe wie auch der Auslaßnockenwellen 51 und 61 für die linke sowie rechte Zylindergruppe zu erreichen, ist es ferner, um geeignete Ventilöffnungs- und -Schließzeitpunkte für die Ein- und Auslaßventile zu erlangen, notwendig, einen Phasenunterschied für jede der Ansaug- sowie der Auslaßnokkenwellen der rechten und linken Zylindergruppe festzusetzen. Das heißt, Phasendifferenzen einer festen Zahl η von Zähnen müssen an dem Zahnradpaar 25 und 26 der linken Zylindergruppe sowie an dem Zahnradpaar 27 und 28 der rechten Zylindergruppe festgelegt werden. Diese Zahl η muß selbstverständlich eine ganze Zahl sein und kann aus dem Ausdruck bestimmt werden:

η = ( ^/180°)N
worin ist:

η = Phasenunterschied der Zahnradpaare, ausgedrückt als eine Zähnezahl,

^ = Phasenwinkel der Ansaug- sowie der Auslaßnockenwelle, N = Zahl der Zähne an jedem der Zahnräder 25, 26, 27 und 28, die alle die gleiche Zähnezahl haben.

Diese Gleichung für die Zähnezahl der Phasendifferenz kann, wie folgt, abgeleitet werden, wobei die Buchstaben verschiedene Winkel, wie sie in Fig. 2 gezeigt sind, bezeichnen:

A = 90° - β - Φ B = 90° .+ oc - Θ C = 60° - oc
D = 60° + /3
Hieraus folgt:

χ = B +( θ - C) - 90° = 90° +«-©+Θ- (60° - oc) = 2oc - 60°

y = 90° - (D - A - Φ) + 180° = 90° - 60° - p> + 90° - φ + φ - p> + 180° = 300° - 2ß

Die Differenz zwsichen χ und y ist:

y - χ = (300° - 2ß ) - (2<* - 60°) = 360° - 2(oc + /3»)

Als eine Bedingung für Nockenwellen, die austauschbar sein sollen, ergibt sich demzufolge:

y - χ = (360°/N)n' worin ist:
n¹ = Zahl der Zahnradzähne, um welche die linke Gruppe

und die rechte Gruppe voneinander verschoben sind. Es folgt:

360° - 2(<x+ (1) = (360°/N)n' also ist:

180° - (<x+ ß) = (180°/N)n' .

Setzt man (<x +/1) = #■ , so folgt:

180° - χ- = (180°/N) n¹
und folglich ist:

n¹ = (180° -<f/180°)N
und bei der Transponierung ergibt sich:

(N - n')N = «r/180° (1)

n¹ ist der Verschiebungswert der Zähne, und wenn man η für N - n¹ setzt, d.h., wenn man den Verschiebungswert umgekehrt zu den Zahnrädern betrachtet, so wird die Gleichung (1) zu:

n/N = χ /180°,
woraus sich ergibt:

η = (^ /180°)N

Beispiel

Wenn y· = 12o° und die Zahl N der Zähne an jedem der Zahnräder 48 ist, dann ist die Zahl η der Zähne des Phasenunterschieds gleich 32. Betrachtet man bei diesem Fall die rechte Zylindergruppe als Bezugspunkt und sind die Zeitmarke Mi des Zahnrades 27 der Ansaugnockenwelle 41 dieser rechten Zylindergruppe und die Zeitmarke Me des Zahnrades 28 der Auslaßnockenwelle 61 der gleichen Zylindergruppe miteinander in Deckung oder in Flucht, wie Fig. 2 zeigt, dann muß, wenn man die linke Zylindergruppe betrachtet, der Eingriff der Zahnräder 25 und 26 der Ansaug- und Auslaßnockenwelle 31 und 51 so verschoben werden, daß die Zeitmarke Mi des Zahnrades 25 der Ansaugnockenwelle 31 und die Zeitmarke Me des Zahnrades 26 der Auslaßnockenwelle 51 um 32 Zähne zueinander verschoben sind.

Auf Grund der oben erläuterten baulichen Ausbildung ist der Motor somit imstande, die korrekte Zündfolge zur Zündung in regelmäßigen Zeitabständen auszuführen, während zwei im wesentlichen identisch ausgebidlete Ansaugnockenwellen und zwei im wesentlichen identisch ausgebildete Auslaßnokkenwellen verwendet werden, und zwar jeweils eine von diesen

in der linken und die jeweils andere in der rechten Zylindergruppe bei entgegengesetzter Ausrichtung. Das wird dadurch erreicht, daß in der oben beschriebenen Weise Phasenunterschiede in den Zahnradpaaren zwischen den treibenden und den getriebenen Zahnrädern an den Ansaug- und den Auslaßnockenwellen festgesetzt werden. Demzufolge wird, wie beschrieben wurde, ein Aufbau für einen durch je zwei obenliegende Nockenwellen gesteuerten V-Motor geschaffen, der es ermöglicht, die beiden Ansaugnockenwellen für die rechte sowie linke Zylindergruppe als gegenseitig austauschbare Bauteile wie auch die beiden Auslaßnockenwellen als gegenseitig austauschbare Bauteile auszubilden und dennoch eine korrekte Motorsteuerung aufrechtzuerhalten. Durch diese Ausbildung wird folglich die Anzahl von für den Motor erforderlichen verschiedenartigen Bauteilen vermindert, was als Ergebnis die Motorfertigung erleichtert und für einen Irrtum oder Fehler wenig anfällig macht. Damit wird die Motorfertigung und auch die Lagerhaltung von Motorteilen wirtschaftlicher. Ferner wird die Möglichkeit für Fehler in der Lagerhaltung der Motorbauteile vermindert.

Wenngleich die Erfindung unter Bezugnahme auf ihre bevorzugte Ausführungsform wörtlich und zeichnerisch erläutert wurde, so ist sie darauf nicht beschränkt. Bei Kenntnis der durch die Erfindung vermittelten Lehre hat der Fachmann verschiedene Möglichkeiten in bezug auf Abwandlungen, Änderungen und Weglassen von Teilen, ohne jedoch den Rahmen der Erfindung zu verlassen.

So könnte beispielsweise die Anordnung bei der bevorzugten Ausführungsform, wonach die Ansaugnockenwellen 31 und 41 diejenigen sind, die von der Motorkurbelwelle getrieben werden sowie die Auslaßnockenwellen 51 und 61 antreiben, auch umgekehrt werden.

Claims (2)

1. Patentansprüche

   ί1J Ausbildung eines V-Motors mit einer Kurbelwelle, mit einer linken, einen Zylinderkopf aufweisenden Zylindergruppe, mit einer rechten, einen Zylinderkopf aufweisenden Zylindergruppe und mit zwei obenliegenden Nockenwellen für jede Zylindergruppe, dadurch gekennzeichnet,

   a) daß eine linke Ansaugnockenwelle (31) am Zylinderkopf (111) der linken Zylindergruppe und eine rechte Ansaugnockenwelle (41) am Zylinderkopf (211) der rechten Zylindergruppe montiert sind, wobei die linke Ansaugnockenwelle im wesentlichen identisch zur rechten Ansaugnockenwelle ausgebildet sowie zu dieser in umgekehrter Ausrichtung angeordnet ist,

   b) daß eine linke Auslaßnockenwelle (51) am Zylinderkopf (111) der linken Zylindergruppe und eine rechte Auslaßnockenwelle am Zylinderkopf (211) der rechten Zylinder-

   gruppe montiert sind, wobei die linke Auslaßnockenwelle im wesentlichen identisch zur rechten Auslaßnockenwelle ausgebildet sowie zu dieser in umgekehrter Ausrichtung angeordnet ist,

   c) daß ein Paar (31, 41; 51, 61) von gleichartigen Nockenwellen in bestimmter Phasenbeziehung mit der Kurbelwelle angetrieben ist,

   d) daß zwei linke Zahnräder (25, 26) mit gleicher Zähnezahl vorhanden sind, von denen das eine Zahnrad (25) an der linken Ansaugnockenwelle und das andere Zahnrad (26) an der linken Auslaßnockenwelle (51) angebracht ist, wobei die Zahnräder miteinander kämmen und die linke Ansaugnockenwelle in einer bestimmten Phasenbeziehung mit der linken Auslaßnockenwelle drehantriebsseitig koppeln,

   e) daß zwei rechte Zahnräder (27, 28) mit gleicher Zähnezahl vorhanden sind, von denen das eine Zahnrad (27) an der rechten Ansaugnockenwelle (41) und das andere Zahnrad (28) an der rechten Auslaßnockenwelle (61) angebracht ist, wobei die Zahnräder miteinander kämmen und die rechte Ansaugnockenwelle in einer bestimmten Phasenbeziehung mit der rechten Auslaßnockenwelle drehantriebsseitig koppeln, und

   f) daß an der linken Zylindergruppe sowie an der rechten Zylindergruppe die Anzahl η der Zähne des Phasenunterschieds der Zahnradpaare durch die Gleichung bestimmt ist:

   η = (^/180°)N,

   worin %■ der Phasenunterschiedswinkel der Ansaug- sowie der Auslaßnockenwelle und N die Zahl der Zähne an den Zahnrädern sind.
2. 2. Ausbildung eines V-Motors mit zwei obenliegenden Nockenwellen für jede Zylindergruppe, dadurch gekennzeichnet, daß der Motor ein Sechszylindermotor ist und jeweils drei Zylinder in der linken sowie rechten Zylindergruppe enthält.