DE60010957T2

DE60010957T2 - Antriebsanordnung für Brennkraftmaschine mit obenliegender Nockenwelle

Info

Publication number: DE60010957T2
Application number: DE60010957T
Authority: DE
Inventors: Rodney J. Neenah Balzar; Thomas A. Malone Immel; Gar M. Chilton Adams; Kyle I. Sheboygan Kubista
Original assignee: Tecumseh Products Co
Current assignee: Tecumseh Products Co
Priority date: 1999-03-19
Filing date: 2000-03-17
Publication date: 2005-07-21
Anticipated expiration: 2020-03-18
Also published as: CA2301298A1; EP1039099A1; DE60010957D1; US6279522B1; CA2301298C; EP1039099B1

Description

Das Gebiet der vorliegenden Erfindung bezieht sich auf Motoren mit obenliegenden Ventilen, wie zum Beispiel Motoren mit obenliegender Nockenwelle, zur Verwendung in einer Vielfalt von Anwendungen, wie zum Beispiel in Rasenmähern, hinter welchen man hergeht, in Rasen- und Gartenwerkzeugen, oder in kleinen Nutzfahrzeugen, wie zum Beispiel in Aufsitzrasenmäher, Rasentraktoren und Ähnliches. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf einen Antriebszug für solche Motoren, in welchem die Kurbelwelle ein innen profiliertes Nockenrad antreibt, welches wiederum ein Paar von Ventilkipphebeln (rocker arms) betätigt, welche Nockenstößel in einem Eingriff mit dem Nockenprofil aufweisen, um die Einlass- und Auslassventile in dem Zylinderkopf zu öffnen und zu schließen.
Vorbekannte Motoren, welche Antriebszüge mit einem Design mit obenliegenden Ventilen beinhalten, sind in der Technik sehr bekannt. Beispielsweise treibt in einer bekannten Anordnung eine Kurbelwelle eine Nockenwelle, die nahe dem Kurbelgehäuse positioniert ist, durch einen Getriebesatz/Zahnradsatz an. Die Nockenwelle umfasst einen oder mehrere Nocken, welche ein Paar von Nockenstößeln, die für eine Drehung auf einer Nockenstößelwelle montiert sind, betätigen. Die Nockenstößel betätigen wiederum Schubstangen, welche sich aus dem Kurbelgehäuse zu dem Zylinderkopf erstrecken, und die Schubstangen drehen ein Paar von Ventilkipphebeln, welche in dem Zylinderkopf montiert sind, um die Einlass- und Auslassventile zu öffnen und zu schließen.
Bei einer anderen bekannten Anordnung wird eine Nockenwelle, die in dem Zylinderkopf positioniert ist, von der Kurbelwelle mittels eines Riemens, einer Kette oder Ähnlichem angetrieben. Die Nockenwelle umfasst einen oder mehrere Nocken, welche die Einlass- und Auslassventile entweder direkt oder durch ein Paar von Ventilkipphebeln, die drehbar in dem Zylinderkopf montiert sind, betätigen.
Ein Nachteil bei der ersten Anordnung ist, dass die verschiedenen Komponenten des Antriebszugs, umfassend die Nockenwelle, die Nockenwellennocken, die Nockenstößelwelle, die Nockenstößel, die Schubstangen und die Ventilkipphebel dazu neigen, die Gesamtgröße des Motors zu vergrößern. Diese vielen Komponenten vergrößern ebenso die Kosten und die Komplexität des Motors, die Schwierigkeit der Montage und die Wahrscheinlichkeit von einem Versagen von einer der Komponenten.
Ein Nachteil der zweiten Anordnung ist, dass das Positionieren der Nockenwelle in dem Zylinderkopf die Breite des Zylinderkopfes vergrößert, aufgrund des seitlichen Raumes zwischen den Nocken und/oder zwischen einem Nocken und der Riemenscheibe oder dem Kettenrad, welches auf der Nockenwelle montiert ist und von der Kurbelwelle angetrieben wird. Die Position der Nockenwelle direkt oberhalb der Ventile, wenn die Nockenwelle die Ventile direkt betätigt, vergrößert ebenso die Länge des Zylinderkopfes. Zusätzlich wird die Länge des Zylinderkopfes ferner vergrößert, um die relativ große Riemenscheibe oder das Kettenrad, welches auf der Nockenwelle montiert ist und welche/welches für eine Geschwindigkeitsreduzierung notwendig ist, aufzunehmen. Ferner neigt der Riemen, die Kette oder Ähnliches, welcher/welche die Nockenwelle ausgehend von der Kurbelwelle antreibt, dazu, zu verschleißen oder zu brechen.
Was benötigt wird, ist ein Antriebszug für einen Motor, welcher kompakt ist, so dass der Antriebszug eine kleinere Motorhöhe und -breite zulässt.
Eine weitere Notwendigkeit besteht für einen Antriebszug für einen Motor, wobei der Antriebszug vereinfacht ist und ein Minimum an Komponenten umfasst.
Die vorliegende Erfindung stellt einen Antriebszug für einen Motor mit obenliegenden Nocken zur Verfügung, umfassend ein Nockenrad bzw. Nockenzahnrad, welches mittels der Kurbelwelle durch eine Antriebsverbindung angetrieben wird, wobei das Nockenzahnrad eine innere Nockenprofiloberfläche aufweist, und ferner umfassend ein Paar von Nockenstößeln, welche sich ausgehend von einem Paar von Ventilkipphebeln, die in dem Zylinderkopf montiert sind, erstrecken, welche im Eingriff mit der Nockenprofiloberfläche stehen und die Ventilkipphebel derart betätigen, dass diese die Einlass- und Auslassventile öffnen und schließen.
Das innen profilierte Nockenzahnrad/Nockenrad ist auf einer Nockenwelle montiert, die außerhalb auf der Seite des Zylinderkopfes positioniert ist, eher als axial oberhalb des Zylinders, wie in vorherigen Anordnungen, so dass das Nockenzahnrad in Richtung der Kurbelwelle verschoben ist und auf der Seite des Zylinderkopfes, dicht benachbart zu den Ventilkipphebeln und den Ventilen montiert ist. Das innen profilierte Nockenzahnrad wird mittels der Kurbelwelle mit halber Geschwindigkeit durch die Antriebsverbindung, wie zum Beispiel ein Zwischenzahnrad, welches durch ein Antriebszahnrad, welches auf der Kurbelwelle montiert ist, angetrieben wird, angetrieben. Das Zwischenzahnrad und das Nockenzahnrad sind in einer Getriebetasche integral mit dem Zylinderblock positioniert.
In einer Ausführung sind die Nockenstößelarme steif an die Ventilkipphebel angeschlossen und erstrecken sich senkrecht zu dem Nockenzahnrad und enden in Walzen, welche im Eingriff mit dem internen Nockenprofil des Nockenzahnrads stehen.
Alternativ, in einer anderen Ausführung, umfassen die Ventilkipphebel Nockenstößelarme, welche sich gegenseitig in einer kreuzweisen Anordnung überlappen und in Enden enden, welche im Eingriff mit dem internen Nockenprofil des Nockenzahnrads stehen.
In einer Form derselben wird ein Motor mit obenliegenden Nocken vorgesehen, umfassend eine Kurbelwelle, eine Verbindungsstange und einen Kolbenaufbau, wobei der Kolben sich innerhalb eines Zylinderblockes benachbart zu dem Zylinderkopf hin- und herbewegt. Ein Nockenzahnrad wird durch die Kurbelwelle angetrieben und wird drehbar in dem Zylinderkopf getragen, wobei das Nockenzahnrad eine Verzahnung/Zähne entlang seines äußeren Umfangs aufweist, und eine Nockenprofiloberfläche, die entlang seines inneren Umfangs angeordnet ist. Eine Antriebsverbindung ist zwischen der Kurbelwelle und dem Nockenzahnrad angeordnet, und ein Paar von Ventilkipphebeln ist drehbar in einem Zylinderblock zum Betätigen eines Paares von Ventilen montiert, wobei jeder Ventilkipphebel einen Nockenstößel aufweist, der im Eingriff mit der Nockenprofiloberfläche steht.
Ein Vorteil dieser Anordnung ist, dass sie ermöglicht, dass die Größe des Motors minimiert wird. Zunächst ist das Nockenzahnrad seitlich auf der Seite des Zylinderkopfes, dicht benachbart zu den Ventilkipphebeln und den Ventilen montiert. Ebenso umgeht das innere Nockenprofil des Nockenzahnrads die Notwendigkeit für einen externen Nocken, welcher auf der Nockenwelle montiert ist, welcher einen größeren Zylinderkopf benötigen würde. Zusätzlich greifen die Nockenstößelarme an dem internen Nockenprofil nahe einer äußeren Kante des Nockenzahnrads derart an, dass die äußere Kante des Nockenzahnrads sich nicht wesentlich über die Spitze der Ventilschafte hinaus erstreckt, was weiteren Raum in dem Zylinderkopf einspart.
Ein weiterer Vorteil ist, dass der Durchmesser des Zwischenzahnrads variiert werden kann, und das Zwischenzahnrad in einer seitlich versetzten Beziehung zu dem Antriebszahnrad und dem Nockenzahnrad angeordnet werden kann, um unterschiedliche Formen und Größen von Motorgehäusen auszuführen. Ebenso kann das Zwischenzahnrad verwendet werden, um eine Hilfseinrichtung anzutreiben, wie zum Beispiel eine Kombination aus einer Ölpumpe und zum Beispiel einem Fliehkraftregler.
Ein weiterer Vorteil ist, dass die Einlass- und Auslassventile in einer Ebene parallel zu der Kolbenachse ausgerichtet sind, so dass Kühlluft von dem Schwungrad durch das Gebläsegehäuse in einen Kontakt mit dem Zylinderkopf gleichmäßig um die Einlass- und Auslassventile herumgeleitet wird. Zudem ermöglichen Luftdurchlässe, welche sich durch den Zylinderkopf über den Einlass- und Auslassöffnungen erstrecken, dass Kühlluft durch den Zylinderkopf strömt.
Ein weiterer Vorteil ist, dass das Öl, welches zu dem Zylinderkopf gepumpt wird, durch die Schwerkraft in den Ölsumpf hinein durch die Getriebetasche abfließen kann und daher nicht zurück zu dem Ölsumpf gepumpt werden muss.
Noch ein weiterer Vorteil ist, dass der Antriebszug einen einfachen Getriebesatz/Zahnradsatz umfasst, welcher eine minimale Anzahl an haltbaren Komponenten aufweist.
Die oben genannten und weitere Merkmale und Vorteile dieser Erfindung und die Art und Weise, wie sie erreicht werden, werden besser verständlich und die Erfindung selbst wird besser verstanden werden durch Bezug auf die nachfolgende Beschreibung einer Ausführung der Erfindung, zusammengenommen mit den begleitenden Zeichnungen, in welchen:
Die 1 eine isometrische Ansicht eines Motors mit obenliegenden Nocken ist, welche das Schwungrad, den Auspufftopf, den Drehzahlregler und Teile des Antriebszugs in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung zeigt;
Die 2 eine isometrische Ansicht des Motors mit obenliegendem Nocken aus der 1 ist, welche das Schwungrad, den Auspufftopf (air muffler), den Vergaser, das Drehzahlreglergestänge und Teile des Antriebszugs zeigt;
Die 3 eine geschnittene Ansicht ist, gezogen entlang der Kurbelwelle, welche die Kurbelwelle, das Antriebszahnrad, das Zwischenzahnrad und das innen profilierte Nockenzahnrad zeigt;
Die 4 eine geschnittene Ansicht ist, gezogen entlang einer Ebene senkrecht zu der Kurbelwelle;
Die 5 eine isometrische Ansicht in Explosionsdarstellung eines Teils des Motors aus den 1 bis 4 ist;
Die 6 eine perspektivische Ansicht eines Teils eines Motors mit obenliegenden Nocken ist, welche den Aufbau der elektronischen Einspritzung zeigt, den Rückzugsanlasser (Recoil Starter), das Schwungrad und das Gebläse sowie den Antriebszug in Übereinstimmung mit einer zweiten Ausführung;
Die 7 eine perspektivische Ansicht des Getriebezugs aus der 6 ist, welche die Kurbelwelle, das Antriebszahnrad, das Zwischenzahnrad, das innen profilierte Nockenzahnrad, die Ventilkipphebelwellen und die Ventilkipphebel zeigt;
Die 8 eine Draufsicht des Getriebezugs aus der 6 ist;
Die 9 eine unvollständige perspektivische Ansicht einer dritten Ausführung ist, welche das innen profilierte Nockenzahnrad, die Ventilschäfte und die Ventilkipphebel zeigt;
Die 10 eine teilweise Draufsicht der Ausführung aus der 9 ist, nach unten gesehen entlang des Montageschaftes des innen profilierten Nockenzahnrads; und
Die 11 eine isometrische Ansicht des Motors aus den 1 bis 4 ist, welche schematisch die Wege der Kühlluft aus dem Schwungrad zeigt.
In den verschiedenen Ansichten bezeichnen sich entsprechende Bezugszeichen sich entsprechende Teile. Das erläuternde Beispiel, welches hier dargelegt wird, stellt eine vorzuziehende Ausführung der Erfindung dar, in einer Form, und solch ein erläuterndes Beispiel soll nicht derart ausgelegt werden, dass es den Schutzumfang der Erfindung auf irgendeine Art und Weise beschränkt.
Mit Bezug auf die 1 bis 5 ist ein Motor 10 mit obenliegenden Nocken gezeigt, welcher derart ausgerichtet ist, dass die Kurbelwelle 12 vertikal für einen vertikalen Welleneinsatz angeordnet ist. Der Motor 10 könnte jedoch ebenso derart ausgerichtet sein, dass die Kurbelwelle 12 horizontal für einen horizontalen Welleneinsatz angeordnet ist. Mit Bezug auf die 3 umfasst der Motorblock 14 das Kurbelgehäuse 16, welches entlang der Ebene P₁-P₁ geteilt ist, welche einen spitzen Winkel mit der Kurbelwelle 12 bildet, so dass entgegengesetzte Enden der Kurbelwelle 12 in vollen Lagern drehgelagert sind, wobei das obere Kurbelwellenlanger 22 durch das Zylindergehäuse 18 getragen wird, und das untere Kurbelwellenlager 24 durch das Montageflanschgehäuse 20 getragen wird.
Das Montageflanschgehäuse 20 umfasst das untere Kurbelwellenlager 24, den Ölsumpf 26 und das untere Lager 30 der Zwischenwelle. Das Montageflanschgehäuse 20 umfasst ferner den integralen Montageflansch 21, welcher beispielsweise auf eine herkömmliche Art an dem Deck eines Rasenmähers montiert werden kann. Das Zylindergehäuse 18 umfasst das obere Kurbelwellenlager 22, den Zylinderblock 32, welcher in sich Zylinderbohrungen 34 aufweist, das obere Lager 28 der Zwischenwelle und einen integralen Zylinderkopf 36, benachbart zu dem Zylinderblock 32, welcher die Getriebetasche 85 aufweist, und obere und untere Nockenwellenlager 38, 40. Wie in den 3 und 4 gezeigt ist, überdeckt der Kipphebelkasten 37 den Zylinderkopf 36 und bildet zusammen mit dem Zylinderkopf 36 den Kipphebelkasten 39.
Mit Bezug auf die 1 bis 2 und 4 ist der Auspufftopf 42 an die Auslassöffnung 44 angeschlossen, und der Vergaser 48 ist an die Einlassöffnung 46 angeschlossen. Wie in der 4 gezeigt ist, erstrecken sich die Einlassöffnung 46 und die Auslassöffnung 44 nach innen in den Zylinderkopf 36 auf entgegengesetzten Seiten des Zylinderkopfes 36 in einer Querstromausrichtung, was ermöglicht, dass die Lauflänge der Einlassöffnung 46 und der Auslassöffnung 44 minimiert wird, und was ferner ermöglicht, dass der Auspufftopf 42 und der Vergaser 48 auf entgegengesetzten Seiten des Zylinderkopfes 36 montiert werden. Der Zylinderblock 32 und der Zylinderkopf 36 umfassen die integralen Kühlrippen 50.
Wie in der 4 gezeigt ist, umfasst der Zylinderkopf 36 ferner drei Luftdurchgänge 45 durch diesen hindurch, wobei einer zwischen den Ventilschäften 112 positioniert ist und die anderen auf jeder Seite der Ventilschäfte 112. Wie man in der 3 sehen kann, erstreckt sich ein seitlicher Luftdurchgang 47 durch das Zylindergehäuse 18 zwischen dem Zylinderkopf 36 und der Getriebetasche 85 und steht mit den Durchgängen 45 in Verbindung. Mit Bezug auf die 11 kann man sehen, dass das Gebläsegehäuse 52 Kühlluft von dem Schwungradgebläse 54 um die Zündkerze 56 herum und in einen Kontakt mit dem Zylinderkopf 36 bei einem Bereich desselben um die Einlass- und Auslassventile 51, 53 herum, welche in einer Ebene parallel zu den Kolbenachsen L₁-L₁ angeordnet sind, wie in der 4 gezeigt ist, leitet. Wiederum bezugnehmend auf die 11 tritt die Kühlluft dann durch die Durchgänge 45, berührt die Getriebetasche 85 und verlässt dann seitlich das Zylindergehäuse 18 durch eine der Seiten des seitlichen Durchgangs 45, nahe dem Auspufftopf 42 und dem Vergaser 48. Wenn die Kühlluft aus dem Zylindergehäuse 18 austritt, kühlt sie den Kipphebelkasten 39, was wiederum die Temperatur des Öles innerhalb des Ölsumpfes 26, zu welchem das Öl aus dem Kipphebelkasten 39 zurückströmt, wie nachfolgend beschrieben wird, absenkt. Wie in der 4 gezeigt ist, ermöglichen Abstandsstücke 43, welche zwischen dem Zylinderkopf 36 und beidem, dem Auspufftopf 42 und dem Vergaser 48, positioniert sind, das Kühlluft nach dem Austritt aus dem seitlichen Durchgang 47 dort zwischen hindurchtritt.
Bezugnehmend auf die 1 bis 3 und 6 umfasst ein elektronischer Zündungsaufbau ein elektronisches Zündmodul 58, welches an Träger 49 angeschlossen ist, die sich von dem Zylinderblock 32 aus erstrecken. Das elektronische Zündmodul 58 ist an die Zündkerzenkappe 60 angeschlossen, welche die Zündkerze 56 durch einen Anschluss (nicht gezeigt) einschließt. Das Schwungrad 54 ist an einem Ende der Kurbelwelle 12 auf eine herkömmliche Art und Weise befestigt und umfasst den Dauermagneten 62, welcher zwischen einem Paar von Schwungradrippen 64 angeordnet ist. Ein Gegengewicht 63 kann einen Metalleinsatz umfassen, der darin eingegossen ist. Wie in den 3 und 6 gezeigt ist, ist ein Rückzugsanlasser/Wiederaufwickelanlasser 66 mit einem Zuggriff 68 an das Gebläsegehäuse 52 angeschlossen und ist ebenso auf eine herkömmliche Art und Weise in einer Wirkverbindung an ein Ende der Kurbelwelle 12 angeschlossen. Wie in der 3 gezeigt ist, ist der Kraftstofftank 55 auf eine herkömmliche Art und Weise an dem Gebläsegehäuse 52 angeschlossen.
Mit Bezug auf die 3 und 4 ist der Kolben 70 gleitbar in der Zylinderbohrung 34 innerhalb des Zylinderblockes 32 aufgenommen und bewegt sich entlang einer Achse L₁-L₁ hin und her. Der Kolben 70 ist drehbar an die Verbindungsstange 72 durch den Kolbenbolzen 74 angeschlossen. Die Verbindungsstange 72 ist ferner in einer Wirkverbindung an die Kurbelwelle 12 mittels einer geteilten Abdeckung 76 zwischen den Kurbeln 78 angeschlossen. Wie in den 3 bis 4 und 6 bis 8 gezeigt ist, treibt die Kurbelwelle 12 das Nockenzahnrad 80 mit der halben Geschwindigkeit der Kurbelwelle 12 mittels der Antriebsverbindung 82 an. Die Antriebsverbindung 82 umfasst das Antriebszahnrad 84, welches auf der Kurbelwelle 12 montiert ist, und das Zwischen(zahn)rad 86, welches durch das Antriebszahnrad 84 angetrieben wird, wobei das Zwischenzahnrad 86 wiederum das Nockenzahnrad 80 in einer zeitgesteuerten angetriebenen Beziehung zu der Kurbelwelle 12 antreibt. Das Zwischenzahnrad 86 und das Nockenzahnrad 80 sind innerhalb der Getriebetasche/Zahnradtasche 85 angeordnet, welche integral mit dem Zylinderblock 32 und -kopf 36 ist.
Wie in den 3 bis 4 und 6 bis 10 gezeigt ist, weist das Zwischenzahnrad 86 den doppelten Durchmesser des Antriebszahnrads 84 auf, so dass das Antriebszahnrad 84 das Zwischenzahnrad 86 mit der halben Geschwindigkeit der Kurbelwelle 12 antreibt. Das Zwischenzahnrad 86 wird drehbar auf der Zwischenwelle 88 (3) getragen, welche in oberen und unteren Zwischenwellenlagern 28, 30 getragen wird. Alternativ kann die Zwischenwelle 88 ein stationärer Wellenstumpf bzw. eine Flanschwelle sein, welcher/welche integral mit dem Zylindergehäuse 18 oder dem Montageflanschgehäuse 20 ausgebildet ist.
Wie in der 4 gezeigt ist, treibt das Zwischenzahnrad 86 einen Kombinationsaufbau 130 aus Ölpumpe und Fliehkraftregler an, umfassend das Fliehkraftregler/Pumpen-Zahnrad 132, welches durch das Zwischenzahnrad 86 angetrieben wird. Das Fliehkraftregler/Pumpen-Zahnrad umfasst einen inneren Rotor (nicht gezeigt), welcher im Eingriff mit einem äußeren Rotor (nicht gezeigt) steht, wobei der letztere innerhalb des Ölpumpengehäuses 134 angeordnet ist. Der innere Rotor greift wirkend an dem äußeren Rotor an, um Öl aus dem Ölsumpf 26 zu ziehen, und um das Öl an verschiedene Positionen in dem Motor 10, umfassend den Zylinderkopf 36, über Öldurchlässe (nicht gezeigt) zu pumpen. Das Öl kann nach der Kondensation unter der Schwerkraft aus dem Zylinderkopf 36 zurück in den Ölsumpf 26 hinein durch die Getriebetasche 85 abfließen.
Die Gewichte 138 des Fliehkraftreglers sind drehbar innerhalb des Fliehkraftregler/Pumpen-Zahnrads 132 auf Stiften (nicht gezeigt) montiert. Eine Spule beziehungsweise ein Abstandsring (nicht gezeigt) bewegt sich auf einer Spindel (nicht gezeigt) auf dem Fliehkraftregler/Pumpen-Zahnrad 132 hin und her und wird durch die Gewichte 138 des Fliehkraftreglers getragen. Wenn das Fliehkraftregler/Pumpen-Zahnrad 132 mit einer Geschwindigkeit größer als eine vorbestimmte Geschwindigkeit angetrieben wird, schwingen die Fliehkraftreglergewichte 138 unter der Zentrifugalkraft nach außen, drücken den Abstandsring nach außen, um den Fliehkraftreglerarm 142 und die Fliehkraftreglerwelle 144 zu drehen. Wie in der 2 gezeigt ist, ist die Fliehkraftreglerwelle an dem Vergaser 48 mittels der Verbindung, umfassend den Vergaserhebel 146 und das Vergaserverbindungsstück 148, angeschlossen, so dass die Drehung der Vergaserwelle 144 den Drosselhebel 150 auf dem Vergaser 48 betätigt, um die Geschwindigkeit des Motors 10 zu verlangsamen.
Wie in den 3 bis 4 und 6 bis 10 gezeigt ist, ist das Zwischenzahnrad 86 in seinem Durchmesser gleich dem Nockenzahnrad 80 und treibt daher das Nockenzahnrad 80 mit derselben Geschwindigkeit an. Alternativ kann das Zwischenzahnrad 86 im Durchmesser gleich dem Antriebszahnrad 84 sein, so dass eine Geschwindigkeitsreduzierung zwischen dem Zwischenzahnrad 86 und dem Nockenzahnrad 80 auftritt. Wie in der 4 gezeigt ist, sind das Antriebszahnrad 84, das Zwischenzahnrad 86 und das Nockenzahnrad 80 auf einer Line angeordnet, so dass ihre Mittelpunkte entlang der Achse L₁-L₁ liegen. Alternativ, wie in den 6 bis 8 gezeigt ist, kann das Zwischenzahnrad 86 seitlich mit Abstand gegenüber der Achse L₁-L₁ angeordnet sein, um verschiedene Formen und Größen des Motorblocks 14 zu ermöglichen oder auszuführen. Das Antriebszahnrad 84, das Zwischenzahnrad 86 und das Nockenzahnrad 80 können zum Beispiel aus Pulvermetall, spritzgegossenem Kunststoff oder gegossenem Metall ausgebildet sein.
Wie in der 3 gezeigt ist, ist das Nockenzahnrad 80 auf einer kurzen Welle 92 montiert, welche in dem oberen und dem unteren Nockenwellenlager 38, 40 getragen wird, die in dem Zylinderkopf 36 achsgelagert sind. Das Nockenzahnrad 80 dreht sich über eine Achse L₂-L₂ (6), welche senkrecht zu der Achse L₁-L₁ ist. Alternativ kann das Nockenzahnrad 80 drehbar auf einer stationären Tragwelle achsgelagert sein, welche integral mit dem Zylinderkopf 36 ist, und welche als ein Wellenstumpf bzw. eine Flanschwelle ausgebildet sein kann.
Das Nockenzahnrad 80 weist integral ausgebildete Zähne 94 entlang seines äußeren Umfangs auf, und ferner eine innere Nockenprofiloberfläche 96 entlang eines inneren Umfangs der inneren Aussparung 97 des Nockenzahnrads 80. Wie in den 6 bis 8 dargestellt ist, umfasst die Nockenprofiloberfläche 96 einen verdickten Bereich 98. Die Nockenstößelarme 100 (welche in der 5 gezeigt sind) sowie 102a und 102b (welche in den 6 bis 8 gezeigt sind) enden in den Enden oder Walzen 106, welche von Wälzlagern 108 getragen werden, und welche an der Nockenprofiloberfläche 96 angreifen.
Wie in den 1 bis 2, 4 und 6 bis 10 gezeigt ist, greifen die Nockenstößelarme 100, 102a und 102b und 104 von jeweils der ersten, zweiten und dritten Ausführung an der Nockenprofiloberfläche 96 an entsprechenden Positionen nahe einer Seite des Nockenzahnrads 80 an, welche im wesentlichen entgegengesetzt zu der Position ist, an welcher das Nockenzahnrad 80 mit dem Zwischenzahnrad 86 im Eingriff steht, und, wie man am besten in den 4, 8 und 10 erkennen kann, erstreckt sich das Nockenzahnrad 80 nicht wesentlich weiter als das Ende der Ventilschäfte 112a, 112b. Anders ausgedrückt greifen die Nockenstößelarme 100, 102a und 102b und 104 an der Nockenprofiloberfläche 96 an jeweiligen Positionen an, die jeweils mit einem maximalen Abstand von der Kurbelwelle 12 angeordnet sind. Zudem ist das Nockenzahnrad 80 dicht benachbart zu den Nockenfolgerarmen 100, 102a und 102b und 104 angeordnet, und zusätzlich erstrecken sich die Walzen 106 in die innere Aussparung 97 des Nockenzahnrads 80 hinein. Diese Anordnung vermindert vorteilhaft die Länge des Antriebszugs 15 und wiederum die Länge des Motors 10.
In der ersten Ausführung, welche in den 4 bis 5 gezeigt ist, sind die Ventilkipphebel 101 drehbar an den Ventilkipphebelwellen 114 für eine Drehung über ein Paar von Achsen, die senkrecht zu der Achse L₁-L₁ sind, montiert. Die Ventilkipphebelwellen 114 sind in Öffnungen 116 in dem Zylinderkopf 36 aufgenommen und werden drehbar in Vorsprüngen 118 getragen, welche integral mit dem Zylinderkopf 36 sind. Lash-Einstellungsschrauben 110 sind innerhalb der Öffnungen 117 in den Ventilkipphebeln 102 befestigt und stoßen an den Ventilschäften 112 an. Die Ventilfedern 120 sind um die Ventilschäfte 112 gewunden, unter Druck zwischen dem Zylinderkopf 36 und den Ventilsicherungsringen (valve keepers) 122, und drücken die Ventile 51, 53 gegen die Ventilsitze 124. Die Nockenstößelarme 100 sind innerhalb von Öffnungen 117 in den Ventilkipphebeln 101 befestigt und erstrecken sich ausgehend von den Ventilkipphebeln 101 senkrecht zu dem Nockenzahnrad 80. Die Walzen 106 sind drehbar auf den Enden der Nockenstößelarme 100, welche drehbar durch die Wälzlager 108 getragen werden, in einer Schnappverbindung befestigt und greifen an der Nockenprofiloberfläche 96 des Nockenzahnrads 80 an, um die Ventilkipphebel 101 zu drehen und die Einlass- und Auslassventile 51, 53 zu öffnen.
Der Betrieb des Motors 10 wird nachfolgend mit überwiegendem Bezug auf die zweite Ausführung, welche in den 6 bis 8 gezeigt ist, beschrieben. Es soll jedoch verständlich sein, dass die erste Ausführung, welche in den 1 bis 5 gezeigt ist, und die dritte Ausführung, welche in den 9 bis 10 gezeigt ist, auf eine ähnliche Art und Weise arbeiten. In der zweiten Ausführung, welche in den 6 bis 8 gezeigt ist, und am deutlichsten in der 8, sind die Nockenstößelarme 102a und 102b in einer überlappenden, gekreuzten Anordnung im wesentlichen parallel zu dem Nockenzahnrad 80 angeordnet. Wenn das Nockenzahnrad 80 angetrieben wird, kippt (rocks) der verdickte Bereich 98 der Nockenprofiloberfläche 96 periodisch die Nockenstößelarme 102a und 102b, was verursacht, dass sich die Nockenstößelarme 102a und 102b mit den Kipphebelwellen 107a und 107b drehen. Die Kipphebelwellen 107a und 107b sind an dem Zylinderkopf 36 für eine Drehung über ein Paar von Achsen, die senkrecht zu der Achse L₁-L₁ sind, auf den jeweiligen Wellenbereichen 109 montiert.
Die Ventilkipphebel 103a und 103b sind steif an die Ventilkipphebelwellen 107a, 107b angeschlossen und greifen an den Ventilschäften 112a, 112b auf eine herkömmliche Art und Weise an. Bezugnehmend auf die 4 werden die Ventilschäfte 112a, 112b innerhalb der Ventilführungen 126 getragen, die innerhalb der Ventilführungsbohrungen 128 in dem Zylinderkopf 36 im wesentlichen parallel zu der Achse L₁-L₁ angeordnet sind. Die Ventilschäfte 112a und 112b sitzen gegen den Ventilsitzen 124, welche in einer Presspassung in die geöffneten Enden der Einlass- und Auslassöffnungen 46, 44 eingesetzt sein können oder in diese gegossen sein können. Mit Bezug wiederum auf die 6 bis 8 sind die Ventilfedern 120, umfassend Spiralfedern um die Ventilschäfte 112a und 112b, unter Druck montiert und drücken. die Ventile 51, 53 gegen die Ventilsitze 124, was verursacht, dass die Einlass- und Auslassventile 51, 53 geschlossen werden, wenn die Ventilkipphebel 103a, 103b nicht betätigt werden.
Wie in den 6 bis 8 gezeigt ist, befindet sich der Kolben 70 in einem oberen Totpunkt, und die Ventilschäfte 112a, 112b sind derart gezeigt, dass sie an den Ventilsitzen 124 anstoßen, so dass die Einlassöffnung 46 und die Auslassöffnung 44 geschlossen sind. Der Getriebezug 15 arbeitet mit einem herkömmlichen Vier-Takt-Zyklus, umfassend die Schritte des Einlassens, des Verdichtens, der Leistung und des Auslassens. Wenn sich der Kolben 70 hin- und herbewegt, werden die Kurbelwelle 12 und das Antriebszahnrad 84 gedreht, treiben das Zwischenzahnrad 86 mit halber Geschwindigkeit an und das Nockenzahnrad 80 mit einer Geschwindigkeit, welche gleich der des Zwischenzahnrad 86 ist.
Mit Bezug auf die 8 dreht auf dem Einlasshub die Nockenprofiloberfläche 96 des Nockenzahnrads 80 den Nockenstößelarm 102a, die Ventilkipphebelwelle 107a und den Ventilkipphebel 103a. Die Drehung des Ventilkipphebels 103a drückt den Ventilschaft 112a und öffnet das Einlassventil 51, was ermöglicht, dass ein Benzin/Luft-Gemisch aus dem Vergaser in den Brennraum 71 (welcher in der 4 gezeigt ist) durch die Einlassöffnung 46 strömt. Auf dem Verdichtungs- und dem Leistungshub werden die Nockenstößelarme 102a, 102b nicht durch die Nockenprofiloberfläche 96 des Nockenzahnrads 80 gedreht, und die Ventilfedern 120 drücken die Ventilkipphebel 103a, 103b, so dass die Einlass- und Auslassventile 51, 53 geschlossen sind. Auf dem Leistungshub dreht die Nockenprofiloberfläche 96 des Nockenzahnrads 80 den Nockenstößelarm 102b, die Ventilkipphebelwelle 107b und den Ventilkipphebel 103b. Die Drehung des Ventilkipphebels 103b drückt den Ventilschaft 112 und öffnet das Auslassventil 53, wobei Abgas aus dem Brennraum 71 durch die Auslassöffnung 44 entlüftet wird.
Mit Bezug auf die 9 und 10 ist eine dritte Ausführung der vorliegenden Erfindung gezeigt. Die Nockenstößelarme 104 erstrecken sich ausgehend von den Ventilkipphebeln 105 in einer senkrechten Beziehung zu dem Nockenzahnrad 80 und greifen an der Nockenprofiloberfläche 96 des Nockenzahnrads 80 an. Die Nockenstößelarme 104 sind steif an ein Paar von Ventilkipphebeln 105 angeschlossen, welche an ein Paar von Ventilschäften 112 angeschlossen sind, und die Ventilkipphebel 105 können drehbar an den Motorblock auf dieselbe Art und Weise wie in der ersten Ausführung, die in den 1 bis 5 gezeigt ist, montiert sein. Wenn das Nockenzahnrad 80 angetrieben wird, drückt die Nockenprofiloberfläche 96 des Nockenzahnrades 80 periodisch die Nockenstößelarme 104 radial nach innen, was verursacht, dass sich die Ventilkipphebel 80 drehen. In der ersten Ausführung, welche in den 1 bis 5 gezeigt ist, und in der dritten Ausführung, welche in den 9 und 10 gezeigt ist, betätigt die Drehung von jeweils den Ventilkipphebeln 101 oder 105 die Einlass- und Auslassventile auf eine entgegengesetzte Art und Weise gegenüber der zweiten Ausführung.
Während die vorliegende Erfindung derart beschrieben worden ist, dass sie vorzuziehende Ausführungen aufweist, kann die vorliegende Erfindung weiter innerhalb des Schutzumfangs dieser Offenbarung modifiziert werden. Diese Anmeldung soll daher solche Abwandlungen von der vorliegenden Offenbarung abdecken, welche in die bekannte oder übliche Praxis in dem Stand der Technik fallen, zu welchem die vorliegende Erfindung gehört, ohne von dem Schutzumfang von Anspruch 1 abzuweichen.

Claims

Ein Motor mit obenliegender Nockenwelle, umfassend: einen Aufbau aus einer Kurbelwelle (12), einer Verbindungsstange (72) und einem Kolben (70), wobei sich der Kolben innerhalb eines Zylinderblockes (32), welcher an einem Zylinderkopf (36) angeschlossen ist, hin und her bewegt, gekennzeichnet durch: ein innen profiliertes Nockenzahnrad (80), welches durch die gesagte Kurbelwelle angetrieben wird und drehbar in dem gesagten Zylinderkopf getragen wird, wobei das gesagte Nockenzahnrad Zähne (94) entlang seines äußeren Umfanges aufweist und ferner eine Nockenprofiloberfläche (96), welche entlang eines inneren Umfangs desselben angeordnet ist; eine Antriebsverbindung (82) zwischen der gesagten Kurbelwelle und dem gesagten Nockenzahnrad; und ein Paar von Ventilkipphebeln (101, 103, 105), welche drehbar in dem gesagten Zylinderblock zum Betätigen eines Paares von Ventilen (51, 53) montiert sind, wobei jeder der gesagten Ventilkipphebel einen Nockenstößel (100, 102, 104) in einem Eingriff mit der gesagten Nockenprofiloberfläche (96) umfasst.
Der Motor aus Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich der gesagte Kolben (70) entlang einer ersten Achse (L₁ - L₁) hin und her bewegt, und das gesagte Nockenzahnrad (80) für eine Drehung über einer zweiten Achse (L₂ - L₂), welche senkrecht zu der ersten Achse ist, montiert ist.
Der Motor aus Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die gesagte Antriebsverbindung (82) umfasst: ein Antriebszahnrad (84), welches auf der gesagten Kurbelwelle (12) montiert ist; und ein Zwischenrad (86), welches mit dem gesagten Antriebszahnrad und dem gesagten innen profilierten Nockenzahnrad (80) kämmt.
Der Motor aus Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das gesagte Zwischenrad (86) den doppelten Durchmesser des gesagten Antriebszahnrades (84) aufweist, und die gesagte Kurbelwelle das gesagte Nockenzahnrad (80) mit der halben Geschwindigkeit der gesagten Kurbelwelle antreibt.
Der Motor aus Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die gesagten Nockenstößel (100, 102, 104) gegen die gesagte Nockenprofiloberfläche (96) an jeweiligen Positionen angreifen, von denen jede mit einem maximalen Abstand zu der gesagten Kurbelwelle (12) angeordnet sind.
Der Motor aus Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Nockenstößel Nockenstößelarme (102, 104) aufweisen, welche sich von den gesagten Ventilkipphebeln (101, 103) aus erstrecken, und das gesagte Nockenzahnrad (80) dicht neben den gesagten Nockenstößelarmen angeordnet ist.
Der Motor aus Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die gesagten Nockenstößelarme (102) in einem überlappenden, sich kreuzenden Verhältnis angeordnet sind.
Der Motor aus Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die gesagten Nockenstößelarme (102) im wesentlichen parallel zu einer seitlichen Innenfläche des gesagten Nockenzahnrades (80) sind.
Der Motor aus Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die gesagten Nockenstößelarme (104) sich ausgehend von den gesagten Ventilkipphebeln (103) senkrecht zu dem gesagten Nockenzahnrad (80) erstrecken.
Der Motor gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche 3 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das gesagte Zwischenrad (86) eine Ölpumpe und einen Fliehkraftregler (130) antreibt.
Der Motor gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das gesagte Nockenzahnrad (80) seitlich benachbart zu einer Seite des gesagten Kopfes (36) angeordnet ist.