DE3841710A1 - Brennkraftmaschine mit einem querstrom-zylinderkopf, insbesondere luftgekuehlter einzel-zylinderkopf fuer motorrad-brennkraftmaschinen - Google Patents

Brennkraftmaschine mit einem querstrom-zylinderkopf, insbesondere luftgekuehlter einzel-zylinderkopf fuer motorrad-brennkraftmaschinen

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Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Brennkraftmaschine der Bauart mit den Merkmalen des Oberbegriffes des Patentanspruches 1.
Eine Brennkraftmaschine dieser Bauart ist beispielsweise aus der DE-A-27 03 520 bekannt. Diese Maschine betrifft einen 2-Zylinder-Boxermotor mit Querstrom-Zylinder­ köpfen, wobei in jeden Zylinderkopf eine Steuerwelle parallel zur in Fahrtrichtung weisenden Kurbelwelle angeordnet ist. Weiter umfaßt jeder Zylinderkopf je ein Einlaß- und ein Auslaß-Ventil, die in einer zur Kurbel­ welle parallelen, nach außen ansteigenden Ebene angeord­ net sind. Die zur jeweiligen Ventil-Ebene parallele Steuerwelle wirkt über Kipphebel auf die Ventile ein. Ferner sind der Einlaß- und der Auslaß-Kanal jedes Zylinderkopfes relativ zur jeweiligen Ventil-Ebene derart angeordnet, daß eine von hinten oben nach in Fahrtrichtung vorne unten füllende Spülrichtung gegeben ist, die mit der Drehachse der Steuerwelle einen spitzen Winkel einschließt.
Die vorbeschriebene Anordnung bedingt ein auf den Zylinderkopf im wesentlichen aufgesetztes Steuergehäuse, das die Außenmaße des Boxermotors in nachteiliger Weise vergrößert und weiter zu einem höher über der Fahrbahn liegenden Schwerpunkt der Brennkraftmaschine führt.
Weiter ist aus Heft 31b der dritten Auflage der "Mit­ teilungen des Institutes für Verbrennungskraftmaschinen und Thermodynamik" der TU Graz aus den Abbildun­ gen 9.4T 2f-2g/II eine 2-Zylinder-V-Maschine mit Querstrom-Zylinderköpfen bekannt, deren Gaswechselkanäle steuernde Ventile in zur jeweiligen Spülrichtung im wesentlichen parallelen Ebenen angeordnet sind. Jedoch werden sämtliche Ventile von einer einzigen, zwischen den Zylindern im Maschinengehäuse zur Kurbelwelle parallel angeordneten Steuerwelle betätigt. Dies erfor­ dert eine bauaufwendige Übertragung, wobei von der Steuerwelle betätigte Schlepphebel über relativ lange Stoßstangen auf in den Zylinderköpfen angeordnete Kipphebel zur Steuerung der Ventile einwirken. Wegen relativ hoher oszillierender Massen und großer Elastizi­ tät in der Übertragung ist eine exakte Ventilsteuerung bei vertretbarem Aufwand kaum möglich. Dies führt neben ungünstigen Verbrauchs- und Abgaswerten zu einer in Leistung und Drehzahl gedrosselten Maschine. Weiter ergeben sich für eine fahrtwind-luftgekühlte Maschine erhebliche mechanische Geräusche, wobei häufige Ventil­ spieländerungen zudem relativ kurze Wartungsintervalle erfordern.
Aufgabe der Erfindung ist es, bei einer bauartgemäßen Brennkraftmaschine ohne die vorgenannten Nachteile eine relativ steife Ventilsteuerung bei kleinem Einbauraum für vorzugsweise mehrere, in einem insbesondere durch den Fahrtwind gut gekühlten Bereich des Querstrom-Zylin­ derkopfes angeordnete gleichartige Ventile aufzuzeigen. Diese Aufgabe löst die Erfindung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruches 1. Ein besonderer Vorteil der Erfindung ist, daß die Steuerwelle beispielsweise neben der Ventilanordnung mit geringstem Abstand benach­ bart unter Einsatz klein- bzw. kurz-bauender Übertra­ gungselemente angeordnet werden kann und somit bei insgesamt kleinem Einbauraum und kompakter Anordnung ein steifer Ventiltrieb erzielt ist.
Bei einer als 2-Zylinder-Boxermotor ausgebildeten Brennkraftmaschine mit fahrtwind-luftgekühlten Zylinder­ köpfen können in vorteilhafter Weise mehrere Auslaßven­ tile je Zylinderkopf in vom direkt anströmenden Fahrt­ wind gekühlten Bereichen angeordnet werden. Dabei unterliegen mit der Erfindung weitere Gestaltungsmög­ lichkeiten der Ventilanordnung keiner wesentlichen Beschränkung. Bevorzugt wird daher in weiterer Ausge­ staltung ein Querstrom-Zylinderkopf mit vier in V-Stel­ lung hängend angeordneten Ventilen, wobei ein relativ kleiner V-Winkel zwischen den Gruppen gleichartiger Ventile bevorzugt ist zur Erzielung eines flachen Dach-Brennraumes im Zylinderkopf. Weiter kann eine mittig angeordnete Zündkerze zur Zylinderachse im wesentlichen parallel vorgesehen werden.
Um einen Querstrom-Zylinderkopf konstruktiv einfach zu gestalten, ist ein gesonderter Lagerbock als Träger für die Steuerwelle und mit ihr zusammenwirkenden Hohl­ stößeln zur Antriebsverbindung mit ebenfalls am Lager­ bock angeordneten Kipphebeln vorgesehen. Dieser vorzugs­ weise als Montageeinheit gestaltete Lagerbock ist, um zusätzliche Haltemittel zu vermeiden, über eine Zylin­ derkopf-Verschraubung gehalten, deren Zuganker bei­ spielsweise auch im Maschinengehäuse festgelegt sein können.
Zur Verringerung der Bauhöhe des erfindungsgemäßen Querstrom-Zylinderkopfes ist in diesem eine zylinder­ kopfdeckelseitig offene Kammer zur Aufnahme der am Lagerbock hängend angeordneten Steuerwelle ausgebildet. Für die am Lagerbock in geteilten Hängelagern angeord­ nete Steuerwelle genügt eine relativ schmale Kammer. Weiter kann mit dieser Anordnung die Steuerwelle kurz­ bauend ausgebildet werden. Die kurzbauende Bauweise wird durch eine zusätzliche Ausgestaltung des Querstrom- Zylinderkopfes dahingehend unterstützt, daß eine An­ triebseinrichtung der Steuerwelle ebenfalls in der Kammer untergebracht werden kann. Vorteilhaft ist schließlich die Anordnung der Kammer im überwiegend einlaßseitigen Bereich des Zylinderkopfes, da mit der in einem relativ kühlen Bereich des Zylinderkopfes vorge­ sehenen Kammer die Temperaturbelastungen des gekapselten Ventiltriebes reduziert sind.
Eine wenig Einbauraum beanspruchende Ausgestaltung des Lagerbockes für die weiter vorne beschriebene, bevor­ zugte 4-Ventil-Anordnung weist zwischen den parallelen Kipphebelachsen angeordnete Führungen für die Hohlstößel auf. Dies ergibt für die Kipphebel kurze und damit steife Arme. Diese Kipphebel-Arme weisen weiter zur einwandfreien und verschleißarmen gleitbeweglichen Verbindung mit ebenen bzw. leicht balligen Stirnflächen der geradlinig geführten Hohlstößel als Zylinderflächen gestaltete Gleitflächen auf.
Schließlich ist im Rahmen der Erfindung auch ein Lager­ bock mit einer zur Spülrichtung beispielsweise etwa parallelen Kipphebelachse denkbar für einen 2-Ventil- oder 3-Ventil-Querstromzylinderkopf.
Die Erfindung ermöglicht bei einem 2-Zylinder-Boxermotor mit in Fahrtrichtung weisender Kurbelwelle und mit zu dieser parallelen Steuerwellen für jeden Zylinderkopf eine in Fahrtrichtung fallend geneigte Spülrichtung mit einer bevorzugten Mehrfach-Auslaßventilanordnung. Damit läßt sich für eine Auspuffanlage die erforderliche Leitungslänge durch einen den Zylinder teilweise bogen­ förmig umschließenden Verlauf erreichen. Die Spülrich­ tungen beider Zylinderköpfe können dabei zusätzlich in zur Fahrzeug- bzw. Maschinen-Längsachse im wesentlichen parallelen bzw. gegen die Fahrtrichtung zueinander geneigten Ebenen verlaufen. Damit lassen sich die gemäß der Spülrichtung von hinten oben in Fahrtrichtung nach vorne unten verlaufenden Ansaugleitungen für eine ausreichende Beinfreiheit am Motorrad durch eine räum­ liche, spitzwinkelige Anordnung der Spülrichtung zur Steuerwelle günstig verlegen. Zur vorteilhaften Ausge­ staltung der Ventilsteuerung dient ferner die gemeinsame Anordnung von Ventiltrieb und Übertragungselementen (Kipphebel und Stößel) in einem gemeinsamen Lagerbock, der eine steife, komplette und raumsparende OHC-Ventil­ steuerung ergibt, die kleine Ventilwinkel und eine zentrale Zündkerzenlage für einen optimalen Brennraum zuläßt. Dies wirkt sich für die Brennkraftmaschine in Leistung, Drehmoment, Elastizität, Geräusch-, Ver­ brauchs- und Abgaswerten günstig aus. Schließlich erbringt der Lagerbock Vorteile bei Serienmontage und Wartung, ist ferner kostengünstig im Reparaturfall und vereinfacht zudem guß- und fertigungstechnisch den Querstrom-Zylinderkopf.
In der Zeichnung ist die Erfindung anhand zweier bevor­ zugter Ausführungsbeispiele dargestellt. Es zeigen:
Fig. 1 einen 2-Zylinder-Boxermotor in Seitenansicht mit einem Querstrom-Zylinderkopf in Drauf­ sicht,
Fig. 2 einen Schnitt gemäß der Linie II-II durch den Zylinderkopf mit einem aufgesetzten Lagerbock für die Ventilsteuerung,
Fig. 3 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Lagerbockes.
Ein mit zwei Zylindern 1 ausgerüsteter Boxermotor 2 ist in einem nicht dargestellten Fahrzeug mit seiner Kurbel­ welle 3 in Fahrtrichtung F R ausgerichtet angeordnet. Jeder Zylinder 1 ist mit einem nach dem Querstrom- Prinzip gestalteten Zylinderkopf 4 ausgerüstet. Im Querstrom-Zylinderkopf 4 ist zum Antrieb durch ein Hüllgetriebe 5 eine Steuerwelle 6 zur Kurbelwelle 3 parallel angeordnet. Ein Einlaßkanal 7 an einer Zylin­ derkopfseite und ein Auslaßkanal 8 an der entgegenge­ setzten Zylinderkopfseite bestimmen im wesentlichen die Durchström- oder Spülrichtung des in Draufsicht gese­ henen Querstrom-Zylinderkopfes 4 gemäß dem Pfeil S R. Wie aus Fig. 1 hervorgeht, weist der Querstrom-Zylinder­ kopf 4 - in Draufsicht gesehen - eine zur Drehachse 9 der Steuerwelle 6 unter einem spitzen Winkel von ca. 8° bis ca. 20° verlaufende Spülrichtung S R auf. Mit Bezug auf die Fahrtrichtung gemäß Pfeil F R ist die Spülrich­ tung S R nach vorne unten gerichtet, wobei Auslaßventi­ le 10 in Fahrtrichtung vorne und Einlaßventile 11 in Fahrtrichtung hinten im Zylinderkopf 4 angeordnet sind.
Die jeweils zwei Auslaßventile 10 und Einlaßventile 11 sind in zur Spülrichtung S R im wesentlichen parallelen Ebenen E1 in V-Stellung mit relativ kleinem V-Winkel im Zylinderkopf 4 hängend angeordnet zur Ausbildung eines optimalen dachförmigen Brennraumes (nicht gezeigt) im Zylinderkopf 4. Dieser weist ferner im Bereich der Brennraummitte zwischen den Einlaßventilen 11 und den Auslaßventilen 10 eine Aufnahme 12 für eine nicht dargestellte Zündkerze auf.
Ein vom Querstrom-Zylinderkopf 4 gesonderter Lager­ bock 13 weist eine mit der Steuerwelle 6 fluchtende Brücke 14 mit Führungen 15 für kurzbauende Hohlstößel 16 als erste Übertragungselemente auf. Wie aus Fig. 2 hervorgeht, wirken die Hohlstößel 16 einerseits mit der in Lagern 17 an der Brücke 14 angeordneten Steuerwelle 6 zusammen. Andererseits wirken die Hohlstößel 16 mit als zweite Übertragungselemente dienenden Kipphebeln 18 und 19 zusammen, die im Lagerbock 13 um quer zur Spülrich­ tung S R angeordnete, parallel beabstandete Achsen 20 kippbeweglich angeordnet sind. Die Auslaßventile 10 werden von einem gemeinsamen Kipphebel 18 und die Einlaßventile 11 von einem gemeinsamen Kipphebel 19 betätigt. Die Kipphebel 18 und 19 wirken über kurze Arme 21 und 22 mit den in der Brücke 14 des Lager­ bockes 13 zwischen den beiden Kipphebel-Achsen 20 angeordneten Hohlstößeln 16 zusammen. Die Hohlstößel 16 weisen kipphebelseitig ebene oder leicht ballige Stirn­ flächen 23 auf. Mit diesen stehen die Kipphebel-Arme 21 und 22 jeweils über Zylinderflächen 24 in gleitbeweg­ licher Verbindung, wobei die (nicht dargestellten) Achsen der Zylinderflächen 24 zu den Kipphebel-Achsen 20 parallel verlaufen.
Der Lagerbock 13 bildet mit der Steuerwelle 6, den Hohlstößeln 16 und den um Achsen 20 beweglichen Kipp­ hebeln 18 und 19 eine Montageeinheit. Diese ist über eine Zylinderkopfverschraubung 25 am Querstrom-Zylin­ derkopf 4 gehalten.
Wie aus Fig. 2 näher hervorgeht, ist die Steuerwelle 6 in geteilten Lagern 17 an der Brücke 14 des Lager­ bockes 13 angeordnet. Damit sind für die am Lagerbock 13 bzw. an dessen Brücke 14 hängend gelagerte Steuerwelle 6 relativ große Durchmesser vermieden. Um die Bauhöhe des Querstrom-Zylinderkopfes 4 gering zu halten, weist dieser eine die Steuerwelle 6 und einen wesentlichen Teil der Brücke 14 des Lagerbockes 13 aufnehmende Kammer 26 auf. Die Kammer 26 ist im Zylinderkopf 4 in Fahrtrichtung im wesentlichen hinter der Zylinder- Mittenebene E ZM zwischen einer fahrbahnseitigen Zylin­ derkopf-Außenkontur 27 und dem dieser Kontur nächstge­ legenen Einlaßventil 11 angeordnet. In Längserstreckung ist die Kammer 26 von einer einlaßseitigen Zylinderkopf­ begrenzung 28 und einem dem Auslaß dienenden Gaswechsel­ kanal 29 im wesentlichen begrenzt. Im einlaßseitigen Endbereich des Querstrom-Zylinderkopfes 4 steht die Kammer 26 mit einer im Zylinderkopfboden 30 angeordneten Durchbrechung 31 in Verbindung, die von einer zum Antrieb der Steuerwelle 6 dienenden Kette 35 des Hüllge­ triebes 5 durchsetzt ist. Durch einen nicht dargestell­ ten und 2 : 1 untersetzten Zwischentrieb kann das Hüllgetriebe 5 auf der Steuerwelle 6 ein Kettenrad 32 mit relativ kleinem Durchmesser umfassen. Durch die Anordnung des Hüllgetriebes 5 zum Antrieb der Steuer­ welle 6 im relativ kühlen Einlaßbereich des Querstrom- Zylinderkopfes 4 ist es auch denkbar, die Steuerwelle 6 über die Zylinderkopfbegrenzung 28 hinaus zu verlängern für ein außenliegendes Hüllgetriebe mit einem Zahnrie­ men.
Aus Fig. 2 ist schließlich ersichtlich, daß die Steuer­ welle 6 mit zwei über ein Lager 17 an der Brücke 14 des Lagerbockes 13 beabstandete Steuernocken 33 und 34 mit einem fliegend angeordneten Steuernocken 34 nahe dem für den Auslaß dienenden Gaswechselkanal 29 endet. Mit dieser Lageranordnung für die Steuerwelle 6 am Lager­ bock 13 ist die Längserstreckung der Kammer 26 gering gehalten. Weiter ergibt sich damit ein relativ großer Freiraum in der Zuordnung der Steuerwelle 6 zur gesamten Ventilanordnung bei unter einem räumlichen, spitzen Winkel zur Spülrichtung S R verlaufenden Drehachse 9 der Steuerwelle 6.
Im Rahmen der Erfindung kann gemäß Fig. 3 ein Lager­ bock 36 eine zur Zylinder-Mittenebene E′ ZM quer gerich­ tete Kipphebel-Achse 37 aufweisen für Kipphebel 38 und 39 zur Betätigung eines Einlaßventiles 11′ und eines Auslaßventiles 10′. Dieses Ausführungsbeispiel zeigt gegenüber dem der Fig. 1 eine etwa in Richtung der Spülrichtung S′ R weisende Kipphebel-Achse 37 für einen 2-Ventil-Querstromzylinderkopf 4′.

Claims (12)

1. Brennkraftmaschine mit einem Querstrom-Zylinder­ kopf, insbesondere luftgekühlter Einzel-Zylinder­ kopf für Motorrad-Brennkraftmaschinen,
  • - mit einer in Fahrtrichtung (Pfeil F R) weisenden Kurbelwelle (3) und
  • - mit einer zur Kurbelwelle (3) im wesentlichen parallel im Querstrom-Zylinderkopf (4, 4′) angeord­ neten Steuerwelle (6, 6′), die über Kipphebel (18, 19; 38, 39) hängend angeordnete Einlaß- und Auslaß- Ventile (10, 11; 10′, 11′) für Gaswechselkanäle steuert, und
  • - mit einer zu den Gaswechseleinrichtungen im Zylinder­ kopf (4, 4′) in etwa gemittelten und mit der Dreh­ achse (9, 9′) der Steuerwelle (6, 6′) einen spitzen Winkel (α) einschließenden Spülrichtung (Pfeil S R, S′ R),
dadurch gekennzeichnet,
  • - daß die Einlaß- und Auslaß-Ventile (10, 11; 10′, 11′) in zur Spülrichtung (Pfeil S R, S′ R) im wesentlichen parallelen Ebenen (E 1; E 2) angeordnet sind und
  • - daß die Steuerwelle (6, 6′) mit den Kipphebeln (18, 19; 38, 39) über im Querstrom-Zylinderkopf (4, 4′) angeordnete Stößel (Hohlstößel 16, 16′) in Antriebs­ verbindung steht.
2. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, insbesondere Motorrad-Boxermotor, dadurch gekennzeichnet,
  • - daß die Spülrichtung (S R, S′ R) mit der Drehach­ se (9, 9′) der Steuerwelle (6, 6′) einen räumlichen, spitzen Winkel einschließt,
  • - dessen in Draufsicht des Querstrom-Zylinder­ kopfes (4, 4′) gesehene Komponente der Spülrich­ tung (S R, S′ R) in Fahrtrichtung (F R, F′ R) nach vorne fallend geneigt ist mit einem Winkel (α) zwischen 8° und 20°.
3. Brennkraftmaschine nach Anspruch 2, dadurch gekenn­ zeichnet,
  • - daß jeder Querstrom-Zylinderkopf (4) in V-Stellung hängend angeordnete Ein- und Auslaß-Ventile (11, 10) umfaßt und
  • - die im Zylinderkopf in Fahrtrichtung vorne angeord­ neten Auslaßventile (10) mit den in Fahrtrichtung hinten angeordneten Einlaßventilen (11) einen relativ kleinen V-Winkel einschließen.
4. Brennkraftmaschine nach Anspruch 3, dadurch gekenn­ zeichnet,
  • - daß der Querstrom-Zylinderkopf (4, 4′) mit einem gesonderten Lagerbock (13, 36) für die Kipphebel (18, 19; 38, 39) und die Stößel (16, 16′) ausgerüstet ist, wobei
  • - der Lagerbock (13, 36) eine mit der Steuerwel­ le (6, 6′) fluchtende Brücke (14, 14′) mit Führun­ gen (15, 15′) für kurzbauende zylindrische Hohl­ stößel (16, 16′) aufweist, die
  • - einerseits mit den Kipphebeln (18, 19; 38, 39) und andererseits mit der in Lagern (17) an der Brücke (14) angeordneten Steuerwelle (6) zusammen­ wirken.
5. Brennkraftmaschine nach Anspruch 4, dadurch gekenn­ zeichnet,
  • - daß die Steuerwelle (6, 6′) in geteilten Lagern (17) an der Brücke (14, 14′) des Lagerbockes (13, 36) angeordnet ist und
  • - daß der Lagerbock mit der Steuerwelle (6, 6′), den Hohlstößeln (16, 16′) und den um Achsen (20, 37) beweglichen Kipphebeln (18, 19; 38, 39) eine Montage­ einheit bildet.
6. Brennkraftmaschine nach Anspruch 5, dadurch gekenn­ zeichnet,
  • - daß jeder Querstrom-Zylinderkopf (4, 4′) eine in Fahrtrichtung (F R) hinten zwischen einer fahrbahn­ seitigen Zylinderkopf-Außenkontur (27) und einem benachbarten Einlaßventil (11) angeordnete Kam­ mer (26) zur Anordnung der Steuerwelle (6) und eines wesentlichen Teiles der Brücke (14) des Lagerbockes (13) aufweist,
  • - die sich von einer einlaßseitigen Zylinderkopf- Begrenzung (28) bis zu einem dem Auslaß dienenden Gaswechselkanal (29) erstreckt, wobei
  • - die Steuerwelle (6) mit zwei über ein Lager (17) an der Brücke (14) des Lagerbockes (13) beabstandeten Steuernocken (33, 34) auslaßkanalseitig mit einem fliegend angeordneten Steuernocken (34) endet.
7. Brennkraftmaschine nach Anspruch 6, dadurch gekenn­ zeichnet,
  • - daß die Kammer (26) im einlaßseitigen Endbereich des Querstrom-Zylinderkopfes (4) mit einer im Zylinderkopf-Boden (30) angeordneten Durchbre­ chung (31) in Verbindung steht, die
  • - von einer Antriebseinrichtung (Hüllgetriebe 5, Königswelle) der Steuerwelle (6) durchsetzt ist.
8. Brennkraftmaschine nach einem oder mehreren der Ansprüche 1-7, dadurch gekennzeichnet,
  • - daß jeder Querstrom-Zylinderkopf (4) zwischen den V-förmig angeordneten Ein- und Auslaß-Venti­ len (11, 10) im Bereich einer zur Spülrichtung (S R) quer gerichteten Zylinder-Mittenebene (E ZM) ange­ ordnete Zündkerze trägt und
  • - der Lagerbock (13) beiderseits der Zylinder-Mitten­ ebene parallel angeordnete Achsen (20) für je einen mehrere gleiche Ventile (10 bzw. 11) betätigende Kipphebel (18, 19) umfaßt, wobei
  • - die Hohlstößel (16) in der Brücke (14) des Lager­ bockes (13) zwischen den beiden gestellfesten Kipphebel-Achsen (20) angeordnet sind.
9. Brennkraftmaschine nach Anspruch 8, dadurch gekenn­ zeichnet,
  • - daß die Hohlstößel (16) über ebene oder leicht ballige Stirnflächen (23) auf Zylinderflächen (24) an den Kipphebel-Armen (21, 22) einwirken, wobei
  • - die Achsen der Zylinderflächen (24) zu den Kipp­ hebel-Achsen (20) parallel sind.
10. Brennkraftmaschine nach den Ansprüchen 1-9, dadurch gekennzeichnet, daß der Lagerbock (13, 36) über eine Zylinderkopfverschraubung (25, 25′) gehalten ist.
11. Brennkraftmaschine nach einem oder mehreren der Ansprüche 1-10, dadurch gekennzeichnet, daß der Lagerbock (36) eine zur Zylinder-Mittenebene (E′ ZM) quer gerichtete Kipphebel-Achse (37) für ein Einlaßventil (11′) und ein Auslaßventil (10′) aufweist.
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