DE4344501A1 - Mehrzylinder-Brennkraftmaschine - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Mehrzylinder-Brennkraftmaschine gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Bei einer bekannten Brennkraftmaschine dieser Art (DE-A 32 43 013) wechseln sich die Einlaß- und Auslaßventilreihen ab, d. h. quer zur Längsrichtung der Maschine folgt auf einer Auslaßventilreihe eine Einlaßventilreihe, dann wieder eine Auslaßventilreihe und schließlich noch eine Einlaßventilrei­ he. Es sind zwei Nockenwellen, eine Einlaßnockenwelle und eine Auslaßnockenwelle, vorgesehen, die über den äußeren ventilreihen liegen und jeweils die Ventile der äußeren Ven­ tilreihe und die Ventile der nicht benachbarten inneren Ven­ tilreihe betätigen. Die Ventile der inneren Ventilreihen sind dabei zwangsläufig stark gegenüber den Längsmittelach­ sen der zugehörigen Zylinder geneigt, wodurch sich eine un­ günstige Brennraumform ergibt. Da außerdem die Länge der Einlaß- und Auslaßkanäle der beiden Zylinderreihen unter­ schiedlich ist, ist nicht sichergestellt, daß in allen Zy­ lindern die gleiche Füllungs- und Verbrennungsverhältnisse vorliegen.

Um diese Nachteile zu vermeiden, ist es bekannt (DE-A 38 31 333), die Einlaßventilreihen zu beiden Seiten und nahe der zwischen den Zylinderreihen verlaufenden Symmetrieebene, die Auslaßventilreihen jedoch außen anzuordnen und für die bei­ den Einlaßventilreihen eine gemeinsame Einlaßnockenwelle in der genannten Symmetrieebene und für jede Auslaßventilreihe eine eigene Auslaßnockenwelle vorzusehen. Dadurch wird für alle Zylinder eine identische Ausbildung der Brennräume so­ wie der Einlaß- und Auslaßkanäle ermöglicht, womit eine gleichmäßige Füllung und ein identischer Verbrennungsablauf für alle Zylinder gewährleistet ist. Es hat sich jedoch ge­ zeigt, daß bei dieser Brennkraftmaschine eine zylinderselek­ tive Kraftstoffeinspritzung, die für eine gute Gemischaufbe­ reitung wesentlich ist, praktisch nicht verwirklicht werden kann. Außerdem ist aufgrund der innenliegenden Einlaßkanäle eine starke Erwärmung des angesaugten Gemisches und der da­ durch bedingte Füllungsverlust unvermeidlich. Schließlich ist diese Konstruktion für eine Brennkraftmaschine mit mehr als zwei Einlaßventile pro Zylinder nicht brauchbar, da auf der allen Einlaßventilen gemeinsamen Einlaßnockenwelle kein Platz für mehr als zwei Nocken pro Zylinder vorhanden ist. Aufgrund dieser beengten Platzverhältnisse ist auch eine Be­ tätigung der Einlaßventile nur über Tassenstößel, nicht je­ doch über Schwinghebel möglich.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Brennkraftma­ schine der gattungsgemäßen Art zu schaffen, bei der die Brennräume und die Einlaß- und Auslaßkanäle aller Zylinder ebenfalls identisch ausgebildet werden können, bei der aber eine zylinderselektive Kraftstoffeinspritzung problemlos vorgesehen und die Erwärmung des angesaugten Gemisches ge­ ring gehalten werden kann, und schließlich auch mehr als zwei Einlaßventile pro Zylinder vorgesehen werden können.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Dadurch, daß bei dem erfindungsgemäßen Vorschlag die Einlaß­ ventilreihen außen angeordnet sind, können die Einlaßkanäle schräg von außen nach innen verlaufend vorgesehen werden. Damit ergibt sich die Möglichkeit, in jedem Einlaßkanal ein Einspritzventil mit Spritzrichtung auf das oder die zugehö­ rigen Einlaßventile vorzusehen. Dadurch, daß die Einlaßkanä­ le außen liegen, wird eine Aufheizung des angesaugten Gemi­ sches vermieden oder jedenfalls verringert. Durch die außen­ liegende Anordnung der Einlaßventilreihen ergibt sich zudem die Möglichkeit, bei geringem Platzbedarf lange Einlaßkanäle vorzusehen, wodurch das Drehmoment im unteren Drehzahlbe­ reich erhöht wird. Schließlich können dadurch, daß jede Ein­ laßnockenwelle nur die Einlaßventile einer Zylinderreihe be­ tätigt, auf jeder Einlaßnockenwelle mehr als zwei Nocken pro Zylinder untergebracht werden, so daß problemlos eine Brenn­ kraftmaschine mit beispielsweise drei Einlaßventilen pro Zy­ linder verwirklicht werden kann. Auch ist bei der vorge­ schlagenen Anordnung der Einlaßnockenwellen genug Platz vor­ handen, um die Einlaßventile auch über Schlepp- oder Kipphe­ bel betätigen zu können, was insbesondere deshalb von Bedeu­ tung ist, weil dadurch die Möglichkeit besteht, eine variab­ le Ventilsteuerung beispielsweise entsprechend der DE-A 42 05 230 unterzubringen. Der erfindungsgemäße Vorschlag bietet auch die Möglichkeit, ohne wesentliche Änderung des Zylin­ derkopfes eine Brennkraftmaschine wahlweise mit Tassenstö­ ßel-Steuerung oder mit schlepp- oder Kipphebelsteuerung für Einlaßventile zu verwirklichen.

Um eine hohe Leistung und ein hohes Drehmoment über den ge­ samten Drehzahlbereich zu erreichen, ist es bekannt, die Einlaßnockenwellen drehzahlabhängig gegenüber der antrei­ benden Kurbelwelle zu verdrehen, um in allen Drehzahlberei­ chen optimale Füllungsverhältnisse zu erreichen. Während bisher zu diesem Zweck auf jeder Einlaßnockenwelle eine ei­ gene Verstelleinrichtung vorgesehen wurde, wird gemäß einem weiteren Vorschlag der Erfindung nur eine einzige Verstel­ leinrichtung für beide Einlaßnockenwellen vorgesehen, und zwar vorzugsweise auf der Auslaßnockenwelle, die dann als einzige Nockenwelle direkt von der Kurbelwelle angetrieben wird. Nockenwellen-Verstelleinrichtungen weisen in aller Re­ gel ein von der Kurbelwelle angetriebenes Antriebselement und ein gegenüber diesem verdrehbares Abtriebselement auf. Folglich ist das Antriebselement mit der Auslaßnockenwelle verbunden und das Abtriebselement ist mit beiden Einlaß­ nockenwellen vorzugsweise über ein Kettengetriebe verbunden, wobei das Abtriebselement der Verstelleinrichtung und die Einlaßnockenwellen Kettenräder gleichen Durchmessers aufwei­ sen. Der Durchmesser dieser Kettenräder kann erheblich klei­ ner sein als das auf der Auslaßnockenwelle sitzende, mit der Kurbelwelle in Antriebsverbindung stehende Antriebsrad, wo­ mit die Baubreite des Zylinderkopfes, die maßgeblich von dem Durchmesser der auf den Einlaßnockenwellen sitzenden Ketten­ rädern bestimmt ist, verringert ist. Dies hat naturgemäß be­ sondere Bedeutung beim Einbau einer derartigen Brennkraftma­ schine in den Motorraum eines Kraftfahrzeuges.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden un­ ter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. Es zeigt:

Fig. 1 eine Draufsicht eines Abschnittes eines Zylinder­ kopfs, einer Mehrzylinder-Brennkraftmaschine mit teilweise weggebrochener Zylinderkopfhaube,

Fig. 2 einen Schnitt entlang Linie 2-2 in Fig. 1, und

Fig. 3 das vordere Ende der Auslaßnockenwelle mit der Ver­ stelleinrichtung für die Einlaßnockenwellen, teil­ weise geschnitten.

Bei der in den Zeichnungen dargestellten Mehrzylinder-Brenn­ kraftmaschine sind die Zylinder in zwei Reihen angeordnet, wobei die Zylinder 1 der einen Reihe zu den Zylindern 2 der anderen Reihe auf Lücke stehen und die Längsmittelachsen der Zylinder der einen Reihe mit den Längsmittelachsen der Zy­ linder der anderen Reihe einen Winkel einschließen, wie dies aus Fig. 2 ersichtlich ist.

Der Zylinderkopf 3 enthält für jeden Zylinder 1 der ersten Zylinderreihe drei Einlaßkanäle 4, die von einem Sammelein­ laßkanal 5 ausgehen und in Einlaßöffnungen 6 münden, die von Einlaßventilen 7 beherrscht sind. Jedem Zylinder 1 der er­ sten Zylinderreihe sind außerdem zwei Auslaßkanäle 8 zuge­ ordnet, die zu einem Sammelauslaßkanal 9 zusammengefaßt sind und von Auslaßöffnungen 10 ausgehen, welche von Auslaßventi­ len 11 beherrscht sind. In entsprechender Weise sind für die Zylinder 2 der zweiten Zylinderreihe drei Einlaßkanäle 4′ vorgesehen, die in Einlaßöffnungen 6′ münden, welche von Einlaßventilen 7′ beherrscht sind, sowie zwei Auslaßkanäle 8′, die von Auslaßöffnungen 10′ ausgehen, welche von Auslaß­ ventilen 11′ beherrscht sind.

Die Auslaßventile 11, 11′ aller Zylinder 1, 2 sind jeweils in zwei sich in Längsrichtung der Maschine erstreckenden Auslaßventilreihen A und B angeordnet, welche zu beiden Seiten und nahe der zwischen den Zylinderreihen verlaufenden Symmetrieebene S liegen. Die Auslaßventile 11, 11′ beider Zylinderreihen werden über Tassenstößel 12 von den Nocken 13 einer gemeinsamen Auslaßnockenwelle 14 betätigt, die in der genannten Symmetrieebene S liegt. Die Einlaßventile 7, 7′ der beiden Zylinderreihen sind außen angeordnet und werden jeweils von den Nocken einer eigenen, außenliegenden Einlaß­ nockenwelle 15 bzw. 15′ betätigt. Die Auslaßnockenwelle 14 trägt ein Antriebsrad 16, das mit der Kurbelwelle in An­ triebsverbindung steht. Der Antrieb der Einlaßnockenwellen 15, 15′ erfolgt im Ausführungsbeispiel von der Auslaßnocken­ welle 14 aus, und zwar über eine Verstelleinrichtung 17, mit der die Winkelstellung der Einlaßnockenwellen gegenüber der Auslaßnockenwelle und damit gegenüber der Kurbelwelle verän­ dert werden kann. Diese an sich bekannte Verstelleinrichtung ist in Fig. 3 im einzelnen dargestellt und weist ein hül­ senförmiges Antriebselement 18 auf, das mit dem Antriebsrad 16 einstückig und mit der Auslaßnockenwelle 14 drehfest verbunden ist. Die Verstelleinrichtung 17 weist ferner ein Abtriebselement 19 auf, das innerhalb des Antriebselements 18 drehbar auf der Auslaßnockenwelle 14 gelagert ist und ein Abtriebsrad 20 trägt, das durch eine Kette 21 mit auf den Einlaßnockenwellen 15, 15′ angeordneten Kettenrädern 22, 22′ in Antriebsverbindung steht. Das Antriebselement 18 ist mit einer inneren Längsverzahnung 23 und das Abtriebselement 19 ist mit einer äußeren Schrägverzahnung 24 versehen. Zwischen dem Antriebselement 18 und dem Abtriebselement 19 ist ein ringförmiger Verstellkolben 25 angeordnet, der eine mit der Verzahnung 23 in Eingriff stehende Geradverzahnung 26 und eine mit der Verzahnung 24 in Eingriff stehende Schrägver­ zahnung 27 aufweist. Dadurch ist das Antriebselement 18 drehfest mit dem Abtriebselement 19 verbunden. Durch Ver­ schiebung des Verstellkolbens 25 kann die Winkelstellung des Abtriebselements 19 gegenüber dem Antriebselement 18 und damit die Winkelstellung der Einlaßnockenwellen 15, 15′ gegenüber der Auslaßnockenwelle 14 verändert werden. Die Verstellung des Verstellkolbens 25 erfolgt entgegen der Kraft einer Feder 28 durch Druckbeaufschlagung der linken Stirnfläche des Verstellkolbens 27. Eine derartige Verstell­ einrichtung ist beispielsweise in der DE-A 29 09 803 be­ schrieben.

Die Einlaßventile 7, 7′ werden im Ausführungsbeispiel über Schlepphebel betätigt, wobei eine variable Ventilsteuerung vorgesehen ist, mit welcher eine unterschiedliche Betätigung in einem unteren und einem oberen Drehzahlbereich erfolgen kann. Eine derartige variable Ventilsteuerung ist beispiels­ weise in der DE-A 42 05 230 beschrieben. Hierbei ist auf der Einlaßnockenwelle 15 bzw. 15′ für jedes Einlaßventil 7 bzw. 7′ eines Zylinders ein erster Nocken 30 für den unteren Drehzahlbereich vorgesehen, der mit einem ersten Schlepphe­ bel 31 zusammenwirkt, welcher auf das entsprechende Einlaß­ ventil 7 bzw. 7′ wirkt. Zwischen benachbarten ersten Nocken 30 ist auf jede Einlaßnockenwelle ein zweiter Nocken 32 für den oberen Drehzahlbereich vorgesehen, der mit einem zweiten Schlepphebel 33 zusammenwirkt. Die ersten Schlepphebel 31 können mit den zweiten Schlepphebeln 33 durch Kupplungsbol­ zen 34 gekoppelt werden, wodurch dann die Einlaßventile entsprechend der Kontur der zweiten Nocken 32 betätigt wer­ den. Alle ersten und zweiten Schlepphebel 31, 33 für die Einlaßventile einer Zylinderreihe sind auf einer gemeinsamen Achse 35 gelagert, die einen Kanal 36 enthält, durch den ein Druckmittel zugeführt werden kann, das die Kupplungsbolzen 34 entgegen der Kraft einer Feder 37 in die Kupplungsstel­ lung bringt.

Wie aus Fig. 2 ersichtlich ist, erstrecken sich die Einlaß­ sammelkanäle 5 nach außen und oben zur Oberseite 37 des Zy­ linderkopfes. Jedem Einlaß-Sammelkanal 5 ist ein Einspritz­ ventil 38 zugeordnet, das in Richtung auf die drei Einlaß­ ventile 7 bzw. 7′ spritzt. Auf die Oberseite 37 des Zylin­ derkopfes 3 ist eine Zylinderkopfhaube 39 aufgesetzt. Die Einlaß-Sammelkanäle 5 setzen sich in Kanälen 40 in der Zy­ linderkopfhaube 39 fort, die mit einem nicht gezeigten An­ saugverteiler in Verbindung stehen.

Die Kettenräder 20 und 22, 22′ haben gleichen Durchmesser. Dieser Durchmesser kann kleiner sein als der Durchmesser des Auslaßnockenwellen-Antriebsrades 16. Dadurch kann die Bau­ breite des Zylinderkopfes 3 im Bereich des Nockenwellenan­ triebs, die maßgeblich von dem Durchmesser der Zahnräder 22, 22′ bestimmt ist, relativ klein gehalten werden.

Claims (5)

1. Mehrzylinder-Brennkraftmaschine, deren Zylinder (1 bzw. 2) in zwei Reihen angeordnet sind, wobei die Zylinder (1) der einen Reihe zu den Zylindern (2) der anderen Reihe auf Lücke stehen und die Längsmittelachsen der Zylinder (1) der einen Reihe mit den Längsmittelachsen der Zylin­ der (2) der anderen Reihe einen Winkel einschließen,

• - mit einem Zylinderkopf (3), der für jeden Zylinder mindestens ein Einlaßventil (7, 7′) und mindestens ein Auslaßventil (11, 11′) aufweist, die von durch die Kurbelwelle angetriebenen Nockenwellen (12, 13, 14) betätigt sind, wobei die Auslaßventile (11, 11′) aller Zylinder (1, 2) in zwei sich in Längsrichtung der Ma­ schine erstreckenden Auslaßventilreihen (A, B) angeord­ net sind,

gekennzeichnet durch folgende Merkmale:

• a) die Auslaßventilreihen (A, B) liegen zu beiden Sei­ ten und nahe der zwischen den Zylinderreihen verlau­ fenden Symmetrieebene (S), während die Einlaßventile (7, 7′) außen angeordnet sind,
• b) für die beiden Auslaßventilreihen (A, B) ist eine gemeinsame, in der Symmetrieebene (S) liegende Aus­ laßnockenwelle (14) und für die Einlaßventile (7, 7′) jeder Zylinderreihe ist eine eigene außenliegen­ de Einlaßnockenwelle (15, 15′) vorgesehen.

2. Mehrzylinder-Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß nur die Auslaßnockenwelle (14) direkt von der Kurbelwelle angetrieben ist und daß auf der Aus­ laßnockenwelle zur Veränderung der Winkelstellung der Einlaßnockenwellen (15, 15′) relativ zur Kurbelwelle eine Verstelleinrichtung (17) vorgesehen ist, die ein mit der Auslaßnockenwelle (14) drehfest verbundenes Antriebsele­ ment (18) und ein relativ zu diesem verdrehbares Abtriebs­ element (19) aufweist, das mit beiden Einlaßnockenwellen (15, 15′) über ein Zugmittelgetriebe (20, 21, 22, 22′) in Verbindung steht.

3. Mehrzylinder-Brennkraftmaschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Zugmittelgetriebe ein Kettenge­ triebe ist, und daß das Abtriebselement (19) der Verstel­ leinrichtung und die Einlaßnockenwellen (15, 15′) Ketten­ räder (20, 22, 22′) gleichen Durchmessers aufweisen, der kleiner ist als der Durchmesser des mit der Auslaßnocken­ welle (14) verbundenen, mit der Kurbelwelle in Antriebs­ verbindung stehenden Antriebsrades (16).

4. Mehrzylinder-Brennkraftmaschine nach den Ansprüchen 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Antriebselement (18) der Verstelleinrichtung (17) das Antriebsrad (16) der Auslaßnockenwelle (14) trägt.