DE4028017A1 - Ventilgesteuerte brennkraftmaschine, insbesondere mit gesondert betaetigten einlass- und auslass-ventilen in mehrventilanordnung je brennraum - Google Patents

Ventilgesteuerte brennkraftmaschine, insbesondere mit gesondert betaetigten einlass- und auslass-ventilen in mehrventilanordnung je brennraum

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Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine ventilgesteuerte Brennkraftmaschine nach dem Oberbegriff des Patentan­ spruches 1.
Bei mit mehreren Einlaß- und/oder Auslaß-Ventilen je Brennraum bzw. Zylinder ausgerüsteten Brennkraftmaschi­ nen, z. B. 4-Ventil-Motore, ergeben sich aus der Be­ schleunigung der erhöhten Massen des Ventiltriebes freie Massenkräfte oder Momente, die eine einzelne oder mit einem Getriebe zu einem Aggregat verbundene Brennkraft­ maschine zu Schwingungen anregen. Für diese Schwingungen wesentlich bestimmend sind die Intensität und die Anre­ gungsordnung der freien Massenkräfte und Momente, wobei Intensität und Anregungsordnung ihrerseits im wesent­ lichen von Motorbauart, Zylinderzahl und Zündfolge abhän­ gig sind. Diese bei Mehrventil-Brennkraftmaschinen ver­ stärkt auftretenden und damit ein zusätzliches Anregungs­ potential bildenden Schwingungen bewirken im Fahrzeug weitere Schwingungs- und Akustik-Probleme. Damit verbun­ den ist eine in nachteiliger Weise aufwendigere Gestal­ tung der elastischen Lagerung der Brennkraftmaschine bzw. des Aggregates im Fahrzeug.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Mehr­ ventil-Brennkraftmaschine so auszubilden, daß diese Schwingungen wesentlich reduziert sind und damit eine in Aufbau und Anordnung einfache elastische Lagerung erzielt ist oder ggf. beibehalten werden kann.
Diese Aufgabe wird nach dem Kennzeichen des Patentan­ spruches 1 dadurch gelöst, daß eine Ausgleichsvorrich­ tung zum Ausgleich der aue der Ventilbetätigung resul­ tierenden freien Massenkräfte oder Momente angeordnet ist. In Ausgestaltung der Erfindung umfaßt eine Ausgleichsvorrichtung nach Anspruch 2 eine maschinenge­ stellseitig geführte und gegen einen elastischen Wider­ stand hubbewegliche, gegenphasig zu einer Ventilbetäti­ gung angetriebene Ausgleichsmasse. Diese Ausgleichsmasse kann in beliebiger Weise gegenphasig zu betätigten Einlaß- und/oder Auslaß-Ventilen eines Brennraumes bzw. eines Zylinders angetrieben sein. Als durch seinen Aufbau bevorzugter Antrieb bietet sich nach Anspruch 3 ein auf einer Welle angeordneter Nocken für den Hubantrieb der Ausgleichsmasse an. Die den Nocken tragende Welle kann eine gesonderte Ausgleichswelle sein. Vorteilhafterweise dient als Welle die in der Brennkraftmaschine bereits vorhandene Steuerwelle, wobei jeder Gruppe von Steuer­ nocken für Einlaß- oder Auslaß-Ventile eines Zylinders der Brennkraftmaschine je ein Nocken zum Hub-Antrieb der jeweiligen Ausgleichsmasse zugeordnet sein kann.
Um einen mit der vorbeschriebenen Ausgleichsvorrichtung möglichen Bauaufwand zu reduzieren, wird nach Anspruch 4 vorgeschlagen, daß mehrere Nocken auf einer Scheibe ange­ ordnet sind, wobei die Anzahl der Nocken der Nocken­ scheibe aus der aus Zylinderzahl und Zündfolge der Brenn­ kraftmaschine resultierenden kritischen Motorordnung abgeleitet wird. Je nach Höhe der Schwingungserregung der Mehrventil-Brennkraftmaschine aus der Ventilbetätigung kann die mit der Ausgleichsvorrichtung zusammenwirkende Welle eine oder mehrere derartige Nockenscheiben umfassen. So kann bei einer Mehrventil-Brennkraftmaschine mit aus der Ventilbetätigung resultierenden freien Momenten die Steuer- oder Ausgleichs-Welle jeweils in beiden Endbereichen mit einer Nockenscheibe zum Hub- Antrieb einer Ausgleichsmasse gemäß Anspruch 7 ausge­ rüstet sein. Mit dieser Anordnung wird der wesentliche Anteil der freien Momente ausgeglichen.
Bei einem 6-Zylinder-Reihenmotor mit üblicher Zündfolge (1-5-3-6-2-4) erzeugen die bewegten Massen des Ventil­ triebes in der Überlagerung ein Moment in der dritten Steuerwellenordnung bzw. in der 1,5ten Motorordnung. Bei vorzugsweise für Einlaß- und Auslaß-Ventile gesondert vorgesehenen Steuerwellen weisen die in den Endbereichen einer Welle angeordneten Nockenscheiben gemäß Anspruch 5 entsprechend der kritischen 1,5ten Motorordnung durch die hälftige Drehzahluntersetzung gegenüber der Kurbelwelle jeweils drei Nocken auf.
Zwar ist aus dem DE-Fachbuch "Die Steuerung des Gaswech­ sels in schnellaufenden Verbrennungsmotoren" von W. D. Bensinger in der Auflage von 1955 auf Seite 10 auch eine mit einer Steuerwelle drehfest verbundene Nockenscheibe zur hubbeweglichen Einwirkung auf eine federbelastete Masse bekannt, die jedoch zur Vergleichmäßigung des an der Steuerwelle wirkenden Drehmomentes aus der Ventil­ betätigung dient. Um dieses Ziel zu erreichen, kann der Entlastungsnocken zum jeweiligen Steuernocken nicht gegenphasig angeordnet sein, sondern muß in einer Stellung zwischen zwei aufeinanderfolgende Steuernocken angeordnet werden. Eine Anregung für die Erfindung ist aus diesen Unterlagen nicht herzuleiten, da eine Wech­ selwirkung der bewegten Ventilmassen und der Motorord­ nung in Abhängigkeit der Motorbauart, der Zylinderzahl und der Zündfolge nicht geoffenbart ist.
Ferner kann die Ausgleichsvorrichtung nach Anspruch 6 auch eine zur Welle koaxial drehbeweglich zugeordnete Ausgleichsmasse sein, wobei die zur Steuer- und/oder Ausgleichs-Welle gesondert drehbewegliche, einzige Ausgleichsmasse relativ zu einer Kurbelwelle der Brenn­ kraftmaschine entsprechend einer kritischen Motorordnung übersetzt angetrieben ist. Auch diese Ausgleichsvorrich­ tung kann gemäß Anspruch 7 zum Momentenausgleich jeweils in beiden Endbereichen einer der vorgenannten Wellen angeordnet sein. Sie kann nach Anspruch 8 schließlich zum Ausgleich der freien Massenkräfte auch im Mittenbereich der jeweiligen Welle angeordnet werden.
Der Vorteil der Erfindung liegt darin, daß insbesondere bei Mehrventil-Brennkraftmaschinen verstärkt bemerkbar werdende, aus der Ventilbetätigung resultierende freie Massenkräfte oder freie Momente ausgeglichen werden können. Damit reduzieren sich auch die Schwingungs- und Akustik-Probleme bei Fahrzeuge mit Mehrventil-Brenn­ kraftmaschinen. Schließlich kann bei ausreichendem Abbau der freien Massenkräfte und Momente eine in Aufbau und Anordnung einfache elastische Lagerung für eine einzelne oder mit einem Getriebe zu einem Aggregat verbundene Mehrventil-Brennkraftmaschine erzielt oder ggf. eine bereits bestehende Lagerung beibehalten werden. Mit der erfindungsgemäßen Schwingungsreduzierung einer Mehr­ ventil-Brennkraftmaschine reduziert sich auch die Körper­ schallfortleitung von der Brennkraftmaschine über die elastischen Lager in das Fahrzeug, wodurch in vorteil­ hafter Weise härtere gummielastische Lagerelemente Ver­ wendung finden können. Eine Verbesserung der Fahrzeug­ akustik wird damit ebenfalls erreicht.
Die Erfindung ist anhand eines lediglich im Prinzip dar­ gestellten Ausführungsbeispieles beschrieben.
Es zeigt:
Fig. 1 eine ventilgesteuerte Brennkraftmaschine mit einer Ausgleichsvorrichtung,
Fig. 2 ein abgewandeltes Teil der Ausgleichsvorrich­ tung nach Fig. 1.
Eine ventilgesteuerte, nicht näher dargestellte Brenn­ kraftmaschine 1 umfaßt je Brennraum bzw. Zylinder 2 mehrere gleichartige Gaswechselventile 3. Die gleich­ artigen, als Einlaß- oder Auslaß-Ventile einer Mehrven­ tilanordnung dienenden Gaswechselventile werden von einer eigenen Steuerwelle 4 betätigt. Um die aus der Betätigung der gleichartigen Gaswechselventile 3 resultierenden und über die Steuerwelle 4 an der Brennkraftmaschine 1 wirk­ sam werdenden freien Massenkräfte und freien Momente zu reduzieren, ist die Brennkraftmaschine 1 mit einer Aus­ gleichsvorrichtung 5 ausgerüstet.
Die Ausgleichsvorrichtung 5 umfaßt eine maschinenge­ stellseitig geführte und gegen den Widerstand einer Feder 6 hubbewegliche, gegenphasig zur Betätigung der gleichartigen Gaswechselventile 3 angetriebene Aus­ gleichsmasse 7. Die Ausgleichsmasse 7 steht mit einem Nocken 8 der Steuerwelle 4 in Hubantrieb, wobei der Nocken 8 - wie aus Fig. 1 ersichtlich - gegenphasig zu den Steuernocken 9 der Steuerwelle 4 für die Gaswechsel­ ventile 3 angeordnet ist.
Grundsätzlich kann die Brennkraftmaschine 1 auf ihrer Steuerwelle 4 jedem Paar von Steuernocken 9 benachbart eine Ausgleichsvorrichtung 5 aufweisen. Um bei einer Brennkraftmaschine 1 mit zwei Steuerwellen 4 zum Antrieb von Einlaß- und Auslaß-Ventilen 3 den Bauaufwand an Ausgleichsvorrichtungen 5 zu reduzieren, genügt es beispielsweise zum Ausgleich der freien Momente die Steuerwelle 4 in ihren beiden Endbereichen jeweils mit einer Ausgleichsvorrichtung 5 zu kombinieren. Sind dagegen insbesondere freie Massenkräfte auszugleichen, genügt es, daß die Steuerwelle 4 in ihrem Mittenbereich mit einer Ausgleichsvorrichtung 5 (nicht dargestellt) kombiniert ist. Ob an der Steuerwelle 4 freie Massen­ kräfte oder freie Momente auftreten, die die Brennkraft­ maschine 1 zusätzlich zu Schwingungen anregen, hängt wesentlich von der Bauart der Brennkraftmaschine 1, der Anzahl ihrer Zylinder 2 sowie der gegebenen Zündfolge ab. Diese bauartbedingten Gegebenheiten der Brennkraft­ maschine 1 sind zusätzlich ursächlich für ein besonders ausgeprägtes Auftreten der freien Massenkräfte oder freien Momente bei einer bestimmten Motorordnung oder Steuerwellen-Ordnung.
Um bei einer Brennkraftmaschine 1 mit reduzierter Anzahl an Ausgleichsvorrichtungen 5 einen wirksamen Ausgleich zu erzielen, kann anstelle eines einzelnen Nockens 8 nach Fig. 1 eine Nockenscheibe 10 nach Fig. 2 mit mehreren Nocken 11 treten, wobei die Anzahl der Nocken 11 der Nockenscheibe 10 aus der aus Zylinderzahl und Zündfolge der Brennkraftmaschine 1 resultierenden kritischen Motor­ ordnung abgeleitet ist. So weist beispielsweise die Nockenscheibe 10 für einen 6-Zylinder-Reihenmotor mit üblicher Zündfolge (1-5-3-6-2-4) entsprechend der kritischen 1,5ten Motorordnung bei gegen-über der Kurbelwelle mit halber Drehzahl angetriebener Steuerwelle 4 drei Nocken 11 auf.
Schließlich kann eine Ausgleichsvorrichtung (nicht darge­ stellt) eine zur Steuerwelle 4 oder zu einer Ausgleichs­ welle koaxial drehbeweglich zugeordnete Ausgleichsmasse sein. Diese zur jeweiligen Welle gesondert drehbewegliche einzige Ausgleichsmasse ist relativ zu einer Kurbelwelle der Brennkraftmaschine entsprechend einer kritischen Motorordnung übersetzt angetrieben. Die nicht gezeigte Ausgleichsvorrichtung kann sowohl zum Momentenausgleich als auch zum Ausgleich der freien Massenkräfte dienen, wobei eine platzsparende Anordnung dadurch gegeben ist, daß jede der weiteren Ausgleichsvorrichtungen beim Momentenausgleich in beiden Endbereichen der jeweiligen Welle und zum Ausgleich der freien Massenkräfte im Mittenbereich der jeweiligen Welle angeordnet ist.
Die o.g. Ausgleichsvorrichtungen (5) können auch in Verbindung mit einer Ausgleichswelle zur Reduzierung der freien Massenkräfte und freien Momente aus der Ventilbe­ tätigung bei einer Mehrventil-Brennkraftmaschine dienen.

Claims (8)

1. Ventilgesteuerte Brennkraftmaschine, insbesondere mit gesondert betätigten Einlaß- oder Auslaß-Venti­ len in Mehrventilanordnung je Brennraum, dadurch gekennzeichnet,
  • - daß eine Ausgleichsvorrichtung (5) zum Ausgleich der aus der Ventilbetätigung resultierenden freien Massenkräfte oder Momente angeordnet ist.
2. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
  • - daß die Ausgleichsvorrichtung (5) eine maschinen­ gestellseitig geführte und gegen einen elastischen Widerstand (Feder 6) hubbewegliche, gegenphasig zu einer Ventilbetätigung angetriebene Ausgleichsmas­ se (7) umfaßt.
3. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet,
  • - daß die Ausgleichsmasse (7) mit einem Nocken (8) einer Welle (Steuerwelle 4, Ausgleichswelle) in Hub- Antrieb steht.
4. Brennkraftmaschine nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet,
  • - daß mehrere Nocken (11) auf einer Scheibe (10) ange­ ordnet sind, wobei
  • - die Anzahl der Nocken der Nockenscheibe (10) aus der aus Zylinderzahl und Zündfolge der Brennkraft­ maschine (1) resultierenden kritischen Motorordnung abgeleitet ist.
5. Brennkraftmaschine nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet,
  • - daß die Nockenscheibe (10) für einen 6-Zylinder- Reihenmotor mit üblicher Zündfolge (1-5-3-6-2-4) entsprechend der kritischen 1,5ten Motorordnung bei gegenüber der Kurbelwelle mit halber Drehzahl ange­ triebener Welle (Steuerwelle 4, Ausgleichswelle) mit drei Nocken (11) ausgebildet ist.
6. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
  • - daß die Ausgleichsvorrichtung eine zur Welle (Steuerwelle 4, Ausgleichswelle) koaxial drehbeweg­ lich zugeordnete Ausgleichsmasse ist,
  • - wobei die zur Welle gesondert drehbewegliche, ein­ zige Ausgleichsmasse relativ zu einer Kurbelwelle der Brennkraftmaschine entsprechend einer kritischen Motorordnung übersetzt angetrieben ist.
7. Brennkraftmaschine nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet,
  • - daß die Welle (Steuerwelle 4, Ausgleichswelle) ins­ besondere zum Momentenausgleich jeweils in beiden Endbereichen mit einer Ausgleichsvorrichtung (5) kombiniert ist.
8. Brennkraftmaschine nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet,
  • - daß die Welle (Steuerwelle 4, Ausgleichswelle) ins­ besondere zum Ausgleich der Massenkräfte in ihrem Mittenbereich mit einer Ausgleichsvorrichtung (5) kombiniert ist.
DE19904028017 1989-09-06 1990-09-04 Ventilgesteuerte brennkraftmaschine, insbesondere mit gesondert betaetigten einlass- und auslass-ventilen in mehrventilanordnung je brennraum Withdrawn DE4028017A1 (de)

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