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Die
vorliegende Erfindung betrifft einen Satz Zylinderköpfe für einen
Verbrennungsmotor, der durch desmodromische Ventile betätigt ist,
d. h. durch Ventile mit Zwangsbetätigung sowohl beim Öffnen wie
beim Schließen.
Die Zylinderköpfe
für Verbrennungsmotoren
in Übereinstimmung
mit der Erfindung sind insbesondere auf Motorradmotoren mit entweder
Luft- oder Flüssigkeitskühlung, mit
einer einzigen Nockenwelle und mit zwei, drei oder vier Ventilen
anwendbar.
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Außerdem betrifft
die vorliegende Erfindung Motorradmotoren, die mit dem Satz von
vorliegend erläuterten
Köpfen
ausgerüstet
sind. Sie betrifft insbesondere auch Motorradmotoren mit Zylindern,
die in V-Konfiguration unter 90 Grad angeordnet und mit Köpfen in Übereinstimmung
mit der vorliegenden Erfindung ausgerüstet sind.
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Das
US-Patent 4754728 offenbart einen Vierventil-Zylinderkopf für einen
Motorradmotor mit desmodromischer Ventilbetätigung, einer doppelten Nockenwelle
und einem Flüssigkeitskühlungssystem.
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Motoren
dieser Art besitzen hervorragende Leistungseigenschaften, sind jedoch
teuer in der Konstruktion, und zwar nicht nur auf Grund der doppelten
Nockenwelle, sondern auch auf Grund des desmodromischen Ventilgetriebes.
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Da
ein Motor jedoch nicht stets die maximale Leistung liefern muss,
die für
seine Zylinderkapazität möglich ist,
ist es häufig
bevorzugt, zwei oder drei Ventilköpfe zu verwenden, d. h., Zylinderköpfe mit
einem einzigen Einlassventil und einem einzigen Auslassventil oder
mit zwei Einlassventilen und einem einzigen Auslassventil.
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Die
Verwendung von vier desmodromisch betätigten Ventilen in luftgekühlten Zylinderköpfen erlaubt
keine angemessene Kühlung
auf Grund der geringen Größe der Durchlässe für die Kühlluft,
und auch in Bezug auf die Kraft, die durch diese Art eines Ventiltaktsystems
geliefert kann, und damit in Bezug auf die durch den Kopf entwickelte
Wärme.
Mit anderen Worten bedeutet die große Querschnittsfläche der
Einlass- und Auslassöffnungen,
dass ein desmodromischer Vierventilmotor in beträchtlichem Ausmaß belastet
werden kann, und wenn der Motor luftgekühlt ist, erreicht der Zylinderkopf
extrem hohe Temperaturen, die zu einer dauerhaften strukturellen Verformung
und zu einer unumkehrbaren Beschädigung
des Kopfs führen
können.
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Aus
diesem Grund kann die Verwendung von vier Ventilen mit desmodromischer
Betätigung
in luftgekühlten
Motoren nicht nur nutzlos, sondern auch schädlich sein. Die Leistungsniveaus,
die durch einen Motor mit dieser Art von Ventilkonfiguration erreicht
werden können,
führen
zu Temperaturen, die die üblichen
Konstruktionen, die für
luftgekühlte
Motoren eingesetzt werden, nicht aushalten können, wodurch ein Anlass für eine ungleichmäßige Verformung
und gegebenenfalls für
Bruch vorliegen kann.
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Auf
Grund der desmodromischen Ventilbetätigung und der Luftkühlung können die
Zylinderköpfe nicht
mehr als drei Ventile (zwei Einlassventile und ein (einziges) Auslassventil)
aufweisen, während
ein Flüssigkeitskühlungssystem
auf Grund seiner größeren Kühlfähigkeit
größeren Manövrierraum
zum Entwickeln der Leistungseigenschaften besitzt, und zwar auch
für Motoren
mit vier Ventilen (zwei Einlassventile und zwei Auslassventile).
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Die
flüssigkeitsgekühlte Version
eines Zylinderkopfs kann außerdem
mit drei Ventilen hergestellt werden, weil diese Konfiguration außerdem einen guten
Kompromiss zwischen Wirtschaftlichkeit und Konstruktion und die
Möglichkeit
bietet, Motorleistung zu entwickeln, die zusätzlich vergrößert werden kann
im Vergleich zu luftgekühlten
Versionen von drei Ventilzylinderköpfen, wodurch das Kraftniveau
bzw. Energieniveau nahezu erreicht werden kann, das mit einem Vierventilkopf
erzielbar ist.
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Der
Satz von Zylinderköpfen
für Verbrennungsmotoren
in Übereinstimmung
mit der vorliegenden Erfindung, der mit zwei, drei oder vier Ventilen bereitstellbar
ist, ermöglicht
eine flexible Anpassung der Motorleistung und damit des Wärmeniveaus
des Zylinderkopfs an die Kühlungsart,
d. h. Luft- oder Flüssigkeitskühlung.
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Insbesondere
bildet die Dreiventilversion in Übereinstimmung
mit der vorliegenden Erfindung, entweder mit Luft- oder Flüssigkeitskühlung, einen optimalen
Kompromiss zwischen der Kühlkapazität, der bereitstellbaren
Leistung und der Wirtschaftlichkeit der Konstruktion.
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Eines
der Probleme bei der Herstellung eines Zylinderkopfs in unterschiedlichen
Versionen, mit drei oder vier Ventilen, entweder mit Luft- oder
Flüssigkeitskühlung, besteht
in der Positionierung der jeweiligen Ansaug- und Abgassysteme und
der Teile benachbart zu dem Zylinderkopf selbst. Dies stellt ein besonders
kritisches Problem für
Motorradmotoren dar, bei denen die Zylinder "V"-Konfiguration
aufweisen, insbesondere denjenigen, bei denen das "V" einen Winkel von 90 Grad einschließt, weil
diese Arten eines Motors relativ groß sind, weshalb es schwierig ist,
den Motor und die Motorzusatzteile an den Motorradrahmen anzupassen.
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Die
unterschiedlichen internen Konfigurationen unterschiedlicher Kopfversionen
erfordern üblicherweise
ein unterschiedliches Positionieren der Einlass- und Auslass- (bzw.
Abgas-) kanäle
und unterschiedliche Verbindungen bzw. Anschlüsse für die jeweiligen Ansaug- und
Abgassysteme. Die Auslegung dieser Systeme und der Platz, den sie
einnehmen, muss deshalb modifiziert und angepasst werden, wenn eine
andere bzw. unterschiedliche Zylinderkopfversion hergestellt wird.
Dies ist nicht stets einfach oder sogar unmöglich und erfordert ein Modifizieren
der Teile benachbart zu dem Zylinderkopf und der Anschlüssen der
Ansaug- und Abgassysteme, und in einigen Fällen sogar eine vollständige Neuauslegung
dieser Teile.
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Eine
Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht deshalb darin, einen
Satz verbesserter Zylinderköpfe
für Verbrennungsmotoren
zu schaffen, bei denen die Positionen der Einlass- und Auslasskanäle und der
Verbindungen der Ansaug- und Abgassysteme stets identisch sind für Zwei-,
Drei- und Vierventilversionen, unabhängig davon, ob Luftkühlung oder Flüssigkeitskühlung vorliegt.
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Dies
erleichtert die Montage des Motors an dem Rahmen und bedeutet, dass
die Verbindungen bzw. Anschlüsse
mit den Ansaug- und
Abgassystemen nicht geändert
werden müssen,
wenn die Motorart geändert
wird, wodurch die Flexibilität
der Motorraderzeugung verbessert wird. Die Versionen mit zwei, drei
oder vier Ventilen und mit Flüssigkeits- oder
Luftkühlung
erlauben es, die Leistungspegel an die Art des erforderlichen Motors anzupassen:
An einen wirtschaftlicheren Motor oder einen kräftigeren Motor.
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In Übereinstimmung
mit einem Aspekt stellt die vorliegende Erfindung einen Satz von
Zylinderköpfe
für Verbrennungsmotoren
mit desmodromischer Ventilbetätigung
bereit, wie in dem nachfolgenden unhängigen Anspruch erläutert. Die
abhängigen Ansprüche erläutern bevorzugte,
vorteilhafte Ausführungsformen
der Erfindung.
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Bevorzugte
Ausführungsformen
der Erfindung werden nunmehr erläutert,
ohne dass der Umfang des erfindungsgemäßen Konzepts hierdurch beschränkt wäre, unter
Bezug auf die anliegenden Zeichnungen; in diesen zeigen:
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1 einen
Lateralschnitt eines flüssigkeitsgekühlten Dreiventil-Zylinderkopfs,
der Teil des Satzes von Köpfen
in Übereinstimmung
mit der vorliegenden Erfindung bildet;
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2 einen
Teilschnitt, wobei einige Teile weg geschnitten sind, eines Motorzylinderkopfs,
der in 1 gezeigt ist, unter Darstellung der Kipphebel zum
Schließen
der Ventile;
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3 einen
Teilschnitt, wobei einige Teile weg geschnitten sind, eines Motorzylinderkopfs,
der in den vorausgehenden Figuren dargestellt ist, unter Darstellung
der Kipphebel zum Öffnen
der Ventile;
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4 einen
Lateralschnitt eines luftgekühlten
Dreiventil-Zylinderkopfs,
der Teil des Satzes von Köpfen
in Übereinstimmung
mit der vorliegenden Erfindung bildet;
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5 eine
Teilansicht der Verbrennungskammer des in 4 gezeigten
Zylinderkopfs unter Darstellung der Konfiguration der Ventile;
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6 einen
Lateralschnitt eines flüssigkeitsgekühlten Vierventil-Zylinderkopfs,
der Teil des Satzes von Köpfen
in Übereinstimmung
mit der vorliegenden Erfindung bildet;
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7 einen
Teilschnitt der Verbrennungskammer des in 6 gezeigten
Zylinderkopfs unter Darstellung der Konfiguration der Ventile;
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8 einen
Teilschnitt, wobei einige Teile weg geschnitten sind, des in 6 und 7 gezeigten
Motorzylinderkopfs unter Darstellung der Kipphebel um Schließen der
Ventile;
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9 einen
Teilschnitt, wobei einige Teile weg geschnitten sind, des in 6 bis 8 gezeigten
Motorzylinderkopfs, wobei eine erste Ausführungsform der Kipphebel zum Öffnen der
Ventile gezeigt ist;
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10 einen
Teilschnitt, wobei einige Teile weg geschnitten sind, des in den
vorausgehenden Figuren dargestellten Motorzylinderkopfs, wobei eine zweite
Ausführungsform
der Kipphebel zum Öffnen der
Ventile gezeigt ist;
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11 einen
Lateralschnitt eines luftgekühlten
Zweiventil-Zylinderkopfs, der Teil des Satzes von Köpfen in Übereinstimmung
mit der vorliegenden Erfindung bildet;
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12 einen
Teilschnitt der Verbrennungskammer des in 11 gezeigten
Zylinderkopfs unter Darstellung der Konfiguration der Ventile;
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13 einen
Teilschnitt, wobei einige Teile weg geschnitten sind, des in 11 und 12 gezeigten
Motorzylinderkopfs unter Darstellung der Kipphebel zum Schließen der
Ventile; und
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14 einen
Teilschnitt, wobei einige Teile weg geschnitten sind, des in 11 bis 13 gezeigten
Motorzylinderkopfs unter Darstellung der Kipphebel zum Öffnen der
Ventile.
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Unter
Bezug auf die anliegenden Zeichnungen, die vorstehend aufgelistet
sind, bezeichnet die Bezugsziffer 1 insgesamt ei nen Zylinderkopf,
der Teil des Satzes der erfindungsgemäßen Köpfe bildet. Der Kopf 1 umfasst
einen Block 2, der die Verbrennungskammer eines Zylinders 3 bildet.
Der Block 2 umfasst einen Einlassventilaufbau 4a,
der ein oder zwei Einlassventile 4 umfasst, mit einem jeweiligen
Einlasskanal 5 und einem Auslassventilaufbau 6a,
der ein oder zwei Auslassventile 6 umfasst, mit einem jeweiligen
Auslasskanal 7. Wenn ein Aufbau 4a oder 6a zwei
Ventile aufweist, verlaufen die Ventile parallel zueinander.
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Der
Einlassventilaufbau 4a ist unter einem Winkel α zwischen
10 und 20 Grad in Bezug auf die Achse 3' des Zylinders angeordnet. In ähnlicher
Weise ist der Auslassventilaufbau 6a unter einem Winkel β zwischen
10 und 20 Grad zu der Achse 3' des Zylinders angeordnet. Insgesamt
schließen
die Einlass- und
Auslassventilaufbauten 4a, 6a miteinander einen Winkel
ein, der von 20 bis 40 Grad variieren kann. Bevorzugt kommen die
Einlass- und Auslassventilaufbauten 4a und 6a jeweils
unter einem Winkel von 12 Grad in Bezug auf die Achse 3' des Zylinders 3 zu liegen,
wodurch sie einen Winkel von 24 Grad in Bezug aufeinander einschließen.
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Diese
Winkel ermöglichen
es, einen optimalen Kompromiss zwischen einer kompakten Form der Verbrennungskammer,
dem Krümmungswinkel
der Einlass- und Auslasskanäle
nahe den Ventilen und den Abmessungen der Systeme zu schließen, die
mit dem Zylinderkopf verbunden sind.
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Die
Nockenwelle 8 ist im Wesentlichen entlang der Mittenlinie
auf halbem Weg zwischen den Ventilaufbauten 4a, 6a angeordnet
und umfasst zumindest zwei Nocken 9a, 9b zum Öffnen der
Einlass- und Auslassventilaufbauten, und zumindest zwei Nocken 10a, 10b zum
Schließen
der Einlass- und Auslassventilaufbauten 4a, 6a.
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Bevorzugt
wird jedes Einlassventil 4 und Auslassventil 6 durch
einzelne Betätigungsnocken 9a, 9b, 10a, 10b über einzelne
Kipphebel 11, 12 zum Öffnen und einzelne Kipphebel 13, 14 zum
Schließen geöffnet und
geschlossen.
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Mit
anderen Worten betätigt
jede Ventilöffnungs-
und -schließnocke 9a, 9b, 10a, 10b gerade eben
ein Ventil 4, 6 über einen einzigen Kipphebel 11, 12, 13, 14.
Dies verringert das Gewicht der hin und herlaufenden des Teile des
Ventilzeitsteuer- bzw. -taktsystems, wodurch der Motor höhere Drehzahlen pro
Minute erreichen kann.
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Mit
einzelnen Kipphebeln 11, 12 für den Ventilöffnungsvorgang
ermöglicht
die Mittenlinienpositionierung der Nockenwelle 8 außerdem die
Verwendung identischer Kipphebel 11, 12. Einzelne
Kipphebel 13, 14 zum Schließen der Ventile können ebenfalls
identisch sein.
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Weitere
vorteilhafte Merkmale des Ventilzeitsteuer- bzw. -taktsystems zur
Erzielung hoher Drehzahlen pro Minute und einer geringen Trägheit sind mit
der Positionierung der Nockenwelle 8 und der Kippachsen
der Kipphebel verbunden. Die Nockenwelle 8 ist in dem Kopf 3 mit
ihrer Achse 8' auf
einer Höhe
entsprechend den Enden der Stößel der
Ventile 4, 6 angeordnet. Die Kipphebel 11, 12, 13, 14 können deshalb
so kurz wie möglich
sein, wodurch ihr Gewicht und ihr Trägheitsmoment auf ein Minimum
verringert werden können.
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Die
Kippachse der Kipphebel 11, 12, 13, 14 liegt
näher an
der Nockenwelle 8 als den Enden der Stößel der Ventile 4, 6.
Der Hebelarm des Kipphebels 11, 12, 13, 14 auf
der Nockenseite ist deshalb kürzer als
der Hebelarm auf der Ventilseite. Das Verhältnis des Hebelarms auf der
Nockenseite zu dem Hebelarm auf der Ventilseite beträgt deshalb
0,5 bis 0,8 und bevorzugt 0,8 für
die Öffnungskipphebel
und 0,7 für
die Schließkipphebel.
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Dank
des günstigen
Hebelarmverhältnisses der
Kipphebel kann der Hub der Ventile 4, 6 größer gemacht
werden als der Hub der entsprechenden Nockenwellen und dies verringert
die Ventilträgheit ebenso
wie die Gesamtabmessungen der Zylinderköpfe.
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Die
Eigenschaften eines jeden der Zylinderköpfe, die in Übereinstimmung
mit der vorliegenden Erfindung ausgeführt sind, werden nunmehr erläutert.
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1 und 3 zeigen
die flüssigkeitsgekühlte Dreiventilversion
und die Durchlässe 15 für die Kühlflüssigkeit.
Der Einlasskanal 5 kommt unter einem Winkel γ in Bezug
auf die Zylinderachse 3' zu liegen,
und der Winkel γ liegt
zwischen 35 und 55 Grad und beträgt
bevorzugt 45 Grad.
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Es
wird bemerkt, dass die Differenz zwischen dem Winkel β des Einlassventils 6 und
dem Winkel γ des
Einlasskanals 5 zwischen 15 und 45 Grad liegt, d. h., es
handelt sich hier um eine geringe Differenz. Diese erlaubt eine
Verbindung mit einem großen
Winkel zwischen dem Einlasskanal und der Ventilstirnseite und verhindert,
dass das Ventil den Durchlass versperrt bzw. blockiert.
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Der
Winkel des Auslasskanals 7 ist größer als derjenige des Einlasskanals,
weil das Blockadeproblem weniger wahrschein lich auftritt, weil die
Austrittsgase unter relativ hohem Druck stehen. Der Abgaskanal bzw.
Auslasskanal kommt deshalb unter einem Winkel δ, der von 80 bis 100 Grad reicht,
zu der Zylinderachse 3',
und der Winkel δ beträgt bevorzugt 90
Grad.
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Die
Winkel α, β, γ, δ sind dieselben
für sämtliche
der Zylinderköpfe
in dem Satz in Übereinstimmung
mit der vorliegenden Erfindung, und zwar selbst in den Zwei- und
Vierventilversionen. Wie vorstehend angesprochen, sind die Verbindungen
bzw. Anschlüsse
für die
jeweiligen Ansaug- und Abgassysteme ebenfalls dieselben für sämtliche
Köpfe,
und zwar sowohl was die Position wie die Form betrifft.
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Dies
bedeutet für
die Drei- und Vierventilversion der Zylinderköpfe, dass der Einlasskanal 5 von den
beiden Ventilstirnseiten ausgeht und in einen einzigen Kanal einmündet, wie
bei den Zweiventilzylinderköpfen,
die eine einzige Ventilstirnseite haben. Der Auslasskanal in der
Vierventilversion geht ebenfalls von zwei Ventilstirnseiten aus
und mündet
in einen einzigen Kanal aus bzw. ein wie in den Zwei- und Dreiventilversionen,
wo er von einer einzigen Ventilstirnseite ausgeht.
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Die
vorstehend genannten Winkel γ und δ der Einlass-
und Auslasskanäle
sind besonders vorteilhaft für
eine V-förmige
Zylinderkonfiguration mit Ansaugung auf der Innenseite der Zylinder.
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Insbesondere
ist es vorteilhaft, dass die Einlasskanäle unter einem Winkel γ positioniert
sind, der gleich oder halb so groß wie der Winkel zwischen den Zylindern.
Mit einem bevorzugten Winkel von 90 Grad zwischen den Zylindern
beträgt
der Winkel γ des
Einlasskanals 45 Grad. Dieser Wert für den Winkel γ bildet einen
optimalen Kompromiss zwischen der Notwen digkeit zur Beschränkung der
Baugröße der Zylinderköpfe und
der Notwendigkeit, die Einlasskanäle so gerade wie möglich verlaufend
auszubilden.
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2 zeigt
einen Teilschnitt der beiden Kipphebel 13a, 13b zum
Schließen
der beiden Einlassventile und des Kipphebels 14 zum Schließen des Auslassventils.
Die drei Ventilschließhebel 13a, 13b, 14 sind
identisch, wodurch die Herstellungskosten verringert sind und die
Anzahl an Ersatzteilen verringert ist.
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3 zeigt
einen Teilschnitt der beiden Kipphebel 11a, 11b zum Öffnen der
beiden Einlassventile und des Kipphebels 12 zum Schließen des
Auslassventils. Die Ventilöffnungskipphebel 11a, 11b, 12 sind ebenfalls
identisch zueinander.
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Wie
in 2 und 3 gezeigt, umfasst die Nockenwelle 8 drei
Nocken 10a, 10b, 10c zum Schließen der
Ventile 4, 6, und drei Nocken 9a, 9b, 9c zum Öffnen der
Ventile 4, 6. Das heißt, jedes Ventil wird durch
eine einzige Nocke betätigt. 4 zeigt die
luftgekühlte
Dreiventilversion. Gezeigt sind außerdem die Luftdurchlässe zwischen
den Einlass- und Auslassventilen, die dazu beitragen, Wärme abzuleiten.
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5 zeigt
eine Vorderansicht, wobei einige Teile weg geschnitten sind, der
Verbrennungskammer unter Darstellung der Positionen der Ventile
und der beiden Zündkerzen 16.
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Auf
Grund der Mittenlinienposition bzw. -lage der Nockenwelle 8 ist
es nicht möglich,
eine einzige Zündkerze
einzusetzen, weshalb zwei Zündkerzen 16 ebenfalls
der Mittenlinie positioniert sind, in Richtung auf das Auslassventil
geneigt sowie derart, dass sie mit der Nockenwelle 8 nicht
in störenden Eingriff gelangen.
Die Zündkerzen 16 sind
in Richtung auf das Auslassventil 6 derart ausgerichtet,
dass die Verbrennung in dem heißeren
Teil der Verbrennungskammer als erstes beginnt, wodurch die Möglichkeit von
Klopfen beseitigt ist, von dem es bekannt ist, dass es in den heißeren Teilen
der Verbrennungskammer eher auftritt.
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Um
die typische Verbrennungsrauhigkeit des Doppelzündungssystems zu verringern,
und um die Gleichmäßigkeit
der Verbrennung zu fördern,
zünden die
beiden Zündkerzen 16 zu
unterschiedlichen Zeitpunkten mit einem kleinen Phasenwinkel relativ
zu dem Kurbelwinkel. Um die Erzeugung heißer Bereich in dem Zylinderkopf 2 und
der Kolbenkrone zu unterbinden, wechselt sich jede der Zündkerzen 16 in
kritischer Weise mit der anderen darin ab, welche zuerst zündet.
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Das
Doppelzündungssystem
mit unterschiedlichen Zündzeitpunkten
für die
beiden Zündkerzen
führt außerdem zu
einer leiseren Verbrennung, und Experimente haben ergeben, dass
das durch die Motoren erzeugte Geräusch, das in dieser Weise hervorgerufen
ist, 3 dB geringer ist als bei Motoren mit gleichzeitigem Zünden.
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Es
wird bemerkt, dass ein einziges Auslassventil mit einem einzigen
Auslasskanal 2 große
Vorteile bereitstellt.
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Der
erste Vorteil betrifft das effektive Kühlen selbst in luftgekühlten Versionen,
weil der einzige Kanal den Luftabschirmungseffekt in den Teilen
um den Auslasskanal herum und hinter diesen verringert.
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Der
zweite Vorteil besteht darin, dass der einzige Auslasskanal, der
im Wesentlichen zylindrische Form besitzt, die Abga se heißer hält, wenn
diese in Richtung auf das Auslass- bzw. Abgassystem strömen, weil
sein Verhältnis
der lateralen Oberfläche
zur Durchlassquerschnittsfläche
kleiner ist als bei Zweiventilkonfigurationen mit zwei Auslass-
bzw. Abgaskanälen.
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Die
Tatsache, daß die
Abgase heiß bleiben, während sie
zu dem Abgas- bzw. Auslaßsystem
strömen,
trägt dazu
bei, daß der
Katalysator sich schneller erwärmt,
so daß er
die Behandlung der verbrannten Gase früher starten kann, wodurch Umweltverschmutzung
verringert wird. Mit anderen Worten erreicht mit einer Konfiguration
dieser Art, die ein einziges Auslaßventil und einen einzigen
Auslaß-
bzw. Abgaskanal aufweist, der Katalysator seine Betriebstemperatur
schneller.
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Die 6 bis 10 zeigen
die flüssigkeitsgekühlte Vierventilversion.
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In
diesem Fall und wie vorstehend angesprochen, ist eine Konfiguration
gewählt
worden, bei der ausschließlich
durch Flüssigkeit
gekühlt
wird, weil dies eine wirksame Wärmeableitung
erlaubt Der Teil der Verbrennungskammer auf der Ansaugseite mit den
Einlassventilen und -kanälen
ist im Wesentlichen derselbe wie im Fall der Dreiventilversion des
Zylinderkopfs.
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Auf
der Auslassseite bzw. Abgasseite sind zwei Auslassventile 6 vorgesehen
und ihre jeweiligen Auslasskanäle
laufen unter Bildung eines einzigen Kanals zusammen. Abgesehen davon,
dass sie dieselben Positionen und dieselben Abgassystemanschlüsse wie
die anderen Zylinderköpfe
in dem erfindungsgemäßen Satz
aufweisen (d. h., diejenigen mit zwei oder drei Ventilen), erlaubt
dies, dass die Abgase auf höheren
Temperaturen als bei Versionen mit zwei getrennten Abgaskanälen gehalten werden,
was wiederum, wie vorstehend angeführt, den Vorteil hat, dass
der Katalysator rasch auf Betriebstemperatur gebracht wird.
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8 zeigt
eine Konfiguration mit einzelnen Schließkipphebeln 13a, 13b, 14a, 14b,
wobei jeder von ihnen ein einzelnes Ventil 4, 6 mittels
einer jeweiligen Nocke 10a, 10b, 10c, 10d schließt.
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9 und 10 zeigen
zwei unterschiedliche Ausführungsformen
der Konfigurationen der Öffnungskipphebel. 9 zeigt
eine Konfiguration mit jeweiligen bzw. einzelnen Öffnungskipphebeln 11a, 11b, 12a, 12b,
von denen jeder ein einzelnes bzw. einziges Ventil 4, 6 mittels
einer Nocke 9a, 9b, 9c, 9d öffnet.
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10 zeigt
eine Konfiguration mit zwei Kipphebeln 11 und 12,
von denen jeder gleichzeitig zwei Ventile 4, 6 über jeweilige
Nocken 9a, 9b öffnet.
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Obwohl
die zweite Ausführungsform
die Trägheit
des Ventilzeitsteuer- bzw. -taktgetriebes geringfügig vergrößert, ermöglicht sie
eine Platzverringerung für
die Öffnungsnocken,
weil zwei Nocken weniger vorhanden sind, was bedeutet, dass die
Nockenwelle 8 kürzer
ist bzw. ausgelegt werden kann.
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In
einer weiteren, nicht gezeigten Ausführungsform verschließen die
Ventilschließkipphebel 13, 14 außerdem gleichzeitig
zwei Ventile 4, 6, jeweils durch jeweilige Nocken 10a, 10b.
In dieser Ausführungsform
ist die Nockenwelle 8 sehr ähnlich zu derjenigen der Zweiventilversion
des Zylinderkopfs, der in 13 und 14 gezeigt
und nachfolgend erläutert
ist.
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Diese
Vierventilversion besitzt ebenfalls ein Doppelzündungssystem zur Vermeidung
eines störenden
Eingriffs zwischen der Nockenwelle 8 und den Zündkerzen 16.
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11 bis 14 zeigen
die luftgekühlte Zweiventilversion
des Zylinderkopfs.
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In
dieser Zweiventilversion, die aus der vorstehend erläuterten
luftgekühlten
Dreiventilversion abgeleitet ist, ist der Teil der Verbrennungskammer auf
der Auslassseite mit dem Ventil 6 und dem Auslasskanal 7 im
Wesentlichen derselbe wie auf der entsprechenden Seite des Zylinderkopfs
mit drei Ventilen. Auf der Ansaugseite befindet sich gerade eben
ein Einlassventil 4 und ein Einlasskanal 5. Auch in
dieser Version sind die Positionen und Verbindungen bzw. Anschlüsse für die Ansaug- und Auslass- bzw.
Abgassysteme dieselben wie in den anderen Zylinderköpfen gemäß diesem
Satz (mit drei oder vier Ventilen).
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Wie
in 13 und 14 gezeigt,
werden die Ventile 4, 6 durch jeweilige Kipphebel 11, 12, 13, 14 geöffnet und
geschlossen, und zwar betätigt
durch einzelne Nocken 9a, 9b, 10a, 10b.
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In
diesem Fall besitzt die Nockenwelle 8 lediglich vier Nocken
(zwei für
den Öffnungsvorgang und
zwei für
den Schließvorgang),
und diese baut deshalb relativ kurz. Aus diesem Grund kommt lediglich
eine einzige Zündkerze 16 zum
Einsatz, die in einer im Wesentlichen zentralen Position bzw. Lage angeordnet
ist.
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Die
Erfindung erzielt wesentliche Vorteile.
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Dank
ihrer modularen Struktur sind die Zylinderköpfe in dem erfindungsgemäßen Satz
wirtschaftlich herstellbar. Der Teil des Dreiventilkopfs auf der Auslassseite
ist tatsächlich
im Wesentlichen derselbe wie der entsprechende Teil des Zweiventilkopfs
in dem Satz, während
der Teil von ihm auf der Ansaugseite im Wesentlichen derselbe ist
wie der entsprechende Teil des Vierventilkopfs. Die Kipphebel, die die
Ventile betätigen,
sind dieselben in dem jeweiligen Öffnungskipphebelaufbau und
in dem Schließhebelaufbau.
Außerdem
können
die Öffnungs-
und Schließkipphebel
für die
verschiedenen Zylinderkopfversionen mit zwei, drei und vier Ventilen
dieselben sein.
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Das
Hebelverhältnis
der Kipphebel ist derart gewählt,
dass die Trägheit
des Ventilzeitsteuer- bzw. -taktgetriebes und die Gesamtabmessung
der Zylinderköpfe
verringert sind. Die Konstruktion mit einer einzigen Nockenwelle
erlaubt kompakte Köpfe
und geringe Herstellungskosten.
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Die
Struktur der erfindungsgemäßen Köpfe mit
Einlass- und Auslasskanälen
in derselben Position und mit denselben Anschlüssen bzw. Verbindungen mit
den jeweiligen Abgas- und Ansaugsystemen vereinfacht deutlich die
Konstruktion dieser Systeme und der Teile benachbart zu dem Motor
und sie ist besonders zweckdienlich für V-Motoren, insbesondere Motoren,
in denen die V-Konfiguration 90 Grad beträgt, weil dies die Montage des
Motors am Rahmen erleichtert.
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Die
Tatsache, dass ein einziger Abgaskanal bzw. Auslasskanal und in
den Zwei- und Dreiventilversionen ein einziges Auslassventil vorgesehen sind,
ist vorteilhaft zur Verringerung von Abgasemissionen, weil die Abgase
auf höherer
Temperatur gehalten werden, wodurch der Katalysator seine Betriebstemperatur
rascher erreichen kann.
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Das
Doppelzündungssystem
mit einem Zündvorgang
der Zündkerzen
zu unterschiedlichen Zeitpunkten in Bezug auf den Kurbelwinkel führt dazu,
dass der Motor leiser läuft
als Motoren mit gleichzeitig zündendem
System.
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- 1
- Motorzylinderkopf
- 2
- Zylinderkopfblock
- 3
- Zylinder
- 3'
- Zylinderachse
- 4
- Einlassventil
- 4a
- Einlassventilaufbau
- 5
- Einlasskanal
- 6
- Auslassventil
- 6a
- Auslassventilaufbau
- 7
- Auslasskanal
- 8
- Nockenwelle
- 8'
- Nockenwellenachse
- 9a,
9b, 9c, 9d
- Öffnungsnocken
(Ansaugen, Austragen bzw.
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- Abgas)
- 10a,
10b, 10c, 10d
- Schließnocken
(Ansaugen, Austragen bzw.
-
- Abgas)
- 11,
11a, 11b
- Kipphebel
zum Öffnen
des Einlassventils
- 12,
12a, 12b
- Kipphebel
zum Öffnen
des Auslassventils
- 13,
13a, 13b
- Kipphebel
zum Schließen des
Einlassventils
- 14,
14a, 14b
- Kipphebel
zum Schließen des
Auslassventils
- 15
- Kühlflüssigkeitsdurchlässe
- 16
- Zündkerzen