DE60119993T2

DE60119993T2 - Ventilsteuervorrichtung

Info

Publication number: DE60119993T2
Application number: DE60119993T
Authority: DE
Inventors: Edward Charles Mill Valley Mendler
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2000-09-29
Filing date: 2001-09-14
Publication date: 2007-01-04
Anticipated expiration: 2021-09-15
Also published as: DE60119993D1; US20040237918A1; EP1409852B1; EP1409852A4; US7146949B2; WO2002029214A1; EP1409852A1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Steuern von Ventilen und insbesondere ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Einstellen der Zeitsteuerung von Verbrennungsmotor-Tellerventilen.
Für eine gewisse Zeit war bekannt, dass Drosselverluste signifikant zu einem schlechten Motorwirkungsgrad bei geringen Leistungspegeln beitragen. 1958 veröffentlichte die Society of Automotive Engineers (SAE) "Determination of True Engine Friction", SAE Trans., Band 66, S. 649–661, das Drossel- und aerodynamische Pumpverluste behandelt. Drosselverluste bleiben bei Personenkraftwagen mit Fremdzündung ein signifikantes Problem, da die Drosselung das Hauptverfahren zum Regeln der Motorausgangsleistung bleibt.
Der deutsche Automobilhersteller BMW kündigte an, dass er einen Fremdzündungsmotor ohne Drosselung und mit einer Ausgangsleistung, die durch eine einstellbare Ventilsteuervorrichtung gesteuert wird, entwickelt hat, welche in Automotive Engineering International, S. 106, Mai 2001, beschrieben ist. Laut BMW ist der Motor der erste Fremdzündungs-Kraftfahrzeugmotor ohne Drossel, der jemals zum Verkauf angeboten wurde. Die Motorleistung wird durch Einstellen des Hubs und der Zeitsteuerung der Einlassventile gesteuert. Ein Problem bei dem BMW-Mechanismus besteht darin, dass die Einlassventile den Luftstrom an den Einlasskanälen einschränken (z.B. drosseln) und folglich Pumpverluste nur teilweise relativ zu herkömmlichen gedrosselten Motoren verringert werden. Ein weiteres signifikantes Problem bei dem BMW-Mechanismus ist jenes der Kosten. Wie verlautet, erhöht das System die Motorkosten um etwa 15 Prozent. Ein weiteres Problem bei dem Mechanismus besteht darin, dass er die Motorhöhe vergrößert und nicht leicht in einem breiten Bereich von Kraftfahrzeugfabrikaten und -modellen untergebracht werden kann.
R. J. Saunders, T. H. Ma und andere zeigen einen Otto-Atkinson-Taktmotor im SAE-Dokument 910451 (veröffentlicht 1991) und im IMechE-Dokument 925107 (veröffentlicht 1992), der eine einstellbare Ventilzeitsteuerung verwendet, um die Motorleistung zu steuern. Insbesondere weist jeder Zylinder zwei Einlassventile auf, wobei die Zeitsteuerung von einem der zwei Ventile eine einstellbare Phasenzeitsteuerung aufweist, um die Zeit zu steuern, zu der der Zylinder abgedichtet und die Kompression begonnen wird. Bei leichten Leistungspegeln wird das phasenverschobene Einlassventil spät geschlossen, was bewirkt, dass viel der Einlassluft vor dem Beginn der Ladungskompression innerhalb des Zylinders durch den Kolben in den Einlasskrümmer zurückgeschoben wird. Das späte Schließen des Einlassventils ist zum Steuern der Motorleistung und zum fast vollständigen Beseitigen der Drossel- und aerodynamischen Pumpverluste wirksam. weitere Beispiele von verwandten Ventilantriebsanordnungen sind in US-A-5 235 946 und DE 41 04 872 A zu finden.
Im Hinblick auf den von Saunders et al. gezeigten Ventilsteuermechanismus weist jeder Zylinder zwei Auslassventile und ein erstes Einlassventil, das durch eine erste Nockenwelle angetrieben wird, ein zweites Einlassventil, das durch eine zweite Nockenwelle angetrieben wird, und eine Phaseneinstellvorrichtung zum Einstellen der Phasenbeziehung zwischen der ersten und der zweiten Nockenwelle auf. Die Auslassventile und das zweite Einlassventil weisen Stößel vom umgekehrten Bechertyp auf, die durch die jeweiligen Nockenwellen angetrieben werden. Das erste Einlassventil wird durch einen Kipphebelarm angetrieben, der von der ersten Nockenwelle zum ersten Einlassventil über den Zylinderkopf reicht, wobei sich die erste Nockenwelle direkt über den Auslassventilen befindet. Die Nockenwellenlager für die erste Nockenwelle befinden sich zwischen den benachbarten Auslassventilen von jedem Zylinder und die Einlasskipphebelarm-Nockennasen liegen für benachbarte Zylinder unmittelbar benachbart zueinander, wobei insgesamt vier Nockennasen zwischen einigen Nockenlagern vorgesehen sind. Ein signifikantes Problem bei dem Ventileinstellmechanismus besteht darin, dass die Kipphebelarme lang und massiv sind, was sich auf die mechanische Reibung und die Motordrehzahl am oberen Ende nachteilig auswirkt. Ein weiteres Problem besteht darin, dass die Nockenwelle für eine Biegung anfällig ist, was aufgrund der großen Nockennasenanzahl zwischen den Nockenwellenlagern zu einem Ventiltriebverschleiß führt, und ferner wobei die Kipphebelnockennasen mit der höchsten Last auf der halben Spanne zwischen den Lagern angeordnet sind. Ein weiteres Problem bei dem von Saunders offenbarten System besteht darin, dass das Ventilspiel aufgrund der massiven Kipphebel in Kombination mit den zusammengesetzten mehrteiligen Kipphebelhalterungen eine häufige Wartung erfordert. Im Gegensatz dazu erzeugen Kraftfahrzeughersteller nun Ventiltriebe, die für 100000 Meilen keine Wartung erfordern. Ein weiteres Problem bei dem von Saunders offenbarten System ist jenes der Kosten aufgrund der Kipphebelhalterungsanordnungen und aufgrund der Schwierigkeit beim Herstellen einer Ausrichtung von Zylinder zu Zylinder.
Eine Hauptbegrenzung der Ausgangsleistung von modernen Fremdzündungsmotoren ist jenes des begrenzten Raums, der für die Einlass- und Auslasskanäle zur Verfügung steht, was zu kleinen und nicht-stromlinienförmigen Kanälen führt, was zu einem begrenzten Luftstrom. in die Zylinder und einem begrenzten Auslassstrom aus den Zylindern führt. Außerdem erfordern Zylinderköpfe mit hoher Ausgangsleistung einen Wassermantel mit größerer Kühlkapazität über der Brennkammer, was zusätzlichen Raum erfordert. Das Vergrößern der äußeren Größe des Zylinderkopfs verbessert die Kanalgröße unmittelbar über den Ventilen, wo die Strömung am stärksten eingeschränkt ist, nicht signifikant und wirkt sich auf das Zylinderkopfgewicht und die Gesamtgröße nachteilig aus, wobei eine geringe Größe für die Unterbringung des Motors im Motorraum des Fahrzeugs wichtig ist. Im Allgemeinen verhindern Raumbegrenzungen innerhalb des Zylinderkopfs die Verwendung von Einlass- und Auslasskanälen mit optimaler Größe, Form und Anordnung und verhindern auch die gleichzeitige optimale Anordnung des Wassermantels, des Zündkerzenrohrs, der Ventilfedern, der Stößel und/oder Kipphebel, der Nockenwellen, der Nockenwellenlagerkappen, der Lagerkappenbefestigungsvorrichtungen, der Kopfschrauben und anderer Zylinderkopfteile.
Das Problem der mit Kompromissen behafteten Zylinderkopfkonstruktion, das sich aus Raumeinschränkungen ergibt, wird bei Motoren mit zwei Einlassventilen pro Zylinder verschlimmert, wobei eines der zwei Einlassventile eine einstellbare Phase oder eine einstellbare Zeitsteuerung aufweist, um die Motorleistung zu steuern. Als ein Beispiel der nachteiligen Wirkung des begrenzten Raums innerhalb des Zylinderkopfs steht in dem von Saunders et al. beschriebenen System kein Raum zwischen den Einlasskipphebelarmen für eine einzelne Kipphebelwellenhalterung zur Verfügung und folglich sind zwei Kipphebelwellenhalterungen erforderlich, wobei die zwei Kipphebelwellenhalterungen teurer sind. Außerdem belegen die zwei Kipphebelwellenhalterungen den Raum innerhalb der Auslassventile, was die Verwendung von inneren Auslasskipphebeln, die sich zwischen den Auslass- und Einlassventilen befinden, ausschließt und/oder kompliziert macht. Außerdem steht kein Raum zwischen den Kipphebeln für ein Nockenwellenlager zur Verfügung und folglich ist die Nockenwelle zu wenig abgestützt. Ferner sind die Zylinderkopfschrauben ungefähr in einer Linie mit der Auslassnockenwelle angeordnet und durch die Einlasskipphebel weitgehend verdeckt.
Folglich umfassen die Ziele der vorliegenden Erfindung die annähernde Beseitigung der Drossel- und aerodynamischen Pumpverluste, große Einlass- und Auslasskanäle mit starker Strömung, einen Wassermantel mit hoher Kühlkapazität, keine oder fast keine Zunahme der mechanischen Reibung, eine hohe maximale Motordrehzahl, keine oder fast keine Zunahme der Motorgröße, eine hohe Haltbarkeit und eine seltene erforderliche Wartung und geringe Kosten.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird der Luftstrom in einen und aus einem Motor durch zwei Einlassventile und ein oder mehrere Auslassventile pro Zylinder gesteuert, wobei die Zeitsteuerung der zwei Einlassventile phasenverschoben ist, um die Menge an im Zylinder eingeschlossener Luft zu steuern. Eine erste Nockenwelle betreibt die Auslassventile und eines der Einlassventile pro Zylinder und eine zweite Nockenwelle betreibt das zweite Einlassventil pro Zylinder. Die Phasenbeziehung zwischen der ersten und der zweiten Nockenwelle ist durch einen Phasenschieber zum Einstellen der Menge an im Zylinder eingeschlossener Luft einstellbar. gemäß der vorliegenden Erfindung werden sowohl das erste Einlassventil als auch die Auslassventile durch Kipphebelarme und eine zentral angeordnete erste Nockenwelle betätigt. Die einzelnen Kipphebelarme sind kurz und leichgewichtig, was eine geringe mechanische Reibung und eine hohe maximale Drehzahlfähigkeit vorsieht. Die erste Nockenwelle ist ferner über den Kipphebeln angeordnet, was einen Raum für das Zündkerzenrohr innerhalb eines schmalen Ventilöffnungswinkels vorsieht. Ein schmaler Ventilöffnungswinkel wird auch verwendet, um die Kipphebellänge weiter zu minimieren, um die Kipphebelmasse und -reibung zu minimieren und die Motordrehzahlfähigkeit am oberen Ende zu maximieren. Gemäß dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung werden die zwei Auslassventile durch einen einzelnen an einer Welle montierten Auslasskipphebel betätigt und das erste Einlassventil wird durch einen an einer Welle montierten Kipphebel betätigt, wobei die Einlass- und Auslasskipphebel an derselben Welle montiert sind, wobei sich die Welle im Allgemeinen auf der Kolbenseite der ersten Nockenwelle befindet, was eine sehr kompakte Unterbringung vorsieht und auch die verwendung eines schmalen ventilöffnungswinkels und von kurzen Kipphebeln ermöglicht. Die vorliegende Erfindung stellt eine Phasenverschiebung zwischen benachbarten Einlassventilen für fast eine Beseitigung der Drossel- und aerodynamischen Pumpverluste bereit und stellt auch eine hohe maximale Betriebsdrehzahl und einen großzügigen reichlichen Raum für stromlinienförmige Einlass- und Auslasskanäle bereit, was ermöglicht, dass hohe Moorleistungspegel erreicht werden. Die vorliegende Erfindung ist auch kompakt und kann bei einer großen Reihe von Kraftfahrzeugfabrikaten und -modellen integriert werden.
Gemäß dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung befinden sich die Nockenwellenlager zwischen den Zylindern, wodurch ein Raum innerhalb des Zylinderkopfs für die Einlass- als auch die Auslasskipphebelarme geschaffen wird und eine starre Abstützung der ersten Nockenwelle mit einer minimalen Anzahl von Lagern vorgesehen wird. Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung befindet sich ein Nockenlager zwischen jedem Paar von benachbarten ersten Einlassventilkipphebeln für eine starre Abstützung der Nockenwelle im Allgemeinen und der ersten Einlassventilnockennasen insbesondere. Vorzugsweise gleitet eine einzelne Kipphebelwelle in ein Loch im Zylinderkopf, um alle Kipphebel, die zur ersten Nockenwelle gehören, starr abzustützen. Die vorliegende Erfindung ist widerstandsfähig und erfordert keine häufigere Wartung als Motoren der derzeitigen Produktion mit an der Welle montierten Kipphebeln aufgrund der starren Abstützung und der genauen Ausrichtung der Nockenwellen und Kipphebel und aufgrund der kurzen und leichtgewichtigen Einlass- und Auslasskipphebel.
Gemäß der vorliegenden Erfindung befindet sich die Drehachse der ersten Nockenwelle zwischen den Einlass- und Auslassventilen und die Zylinderkopfschrauben-Werkzeugwegachse verläuft frei und unbehindert von den ersten Nockenwellenlagern, wobei sich die ersten Nockenwellelager ungefähr in derselben axialen Ebene wie die Zylinderkopf-Befestigungsvorrichtungsanordnungsachse befinden, wodurch ein kompakter und leichtgewichtiger Zylinderkopf bereitgestellt wird, der ferner störungsfreie erste Nockenwellenlager aufweist. Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung können die Zylinderkopfsschrauben Stutzen sein, wobei der mittlere Schraubenkopf den Zylinderkopf am Motorblock festlegt und die Außengewinde verwendet werden, um die Nockenlagerkappen am Zylinderkopf zu befestigen, wodurch ein kompakter und leichtgewichtiger Zylinderkopf bereitgestellt wird.
Die vorliegende Erfindung stellt leichtgewichtige Kipphebelarme bereit, die in der Lage sind, bei hohen Motordrehzahlen und mit geringen zugehörigen Reibungsniveaus zu arbeiten. Die vorliegende Erfindung gefährdet die Systemlebensdauer oder die Wartungsanforderungen nicht und von signifikanter Bedeutung hat die vorliegende Erfindung dieselben Wartungsanforderungen wie Motoren der modernen Produktion mit an der Welle montierten Ventilkipphebeln. Die vorliegende Erfindung stellt eine robuste Lagerabstützung für die Nockenwellen bereit und die ersten Nockenwellenlager sind von den Zylinderkopfschrauben frei und unbehindert. Außerdem ermöglicht die vorliegende Erfindung die Anwendung eines schmalen Ventilöffnungswinkels, der für moderne Motoren mit hohem Kompressionsverhältnis und für Motoren mit variablem Kompressionsverhältnis der zukünftigen Produktion vorteilhaft ist. Das Zündkerzenrohr stellt einen direkten Zugang zur Zündkerze bereit, was von wesentlicher Bedeutung ist und mit einem schmalen Ventilöffnungswinkel schwierig zu erreichen ist. Ein sehr signifikanter Vorteil der vorliegenden Erfindung ist jener der geringen Kosten. Die Zylinderkopfteile für die Ventilsteuervorrichtung der vorliegenden Erfindung sind kostengünstig herzustellen und die Teile können mit niedrigen Kosten zum Zylinderkopf zusammengesetzt werden. Die vorliegende Erfindung stellt eine hohe Motorleistung und geringe Reibungsniveaus zusätzlich zu einer Phasenverschiebung der zwei Einlassventile pro Zylinder für eine Motorleistungssteuerung mit erheblich verringerten Drosselverlusten bereit.
KÜRZBESCHREIBUNG DER FIGUREN
1 ist eine Vorderansichtsschnittdarstellung der vorliegenden Erfindung mit einem an der Welle montierter ersten Einlasskipphebel, einem an der Welle montierten Auslasskipphebel und einer ersten Nockenwelle, die zentral zwischen den Kipphebeln angeordnet ist.
2 ist eine Draufsichtdarstellung auf die Ventilsteuervorrichtung und den Zylinderkopf, die in 1 gezeigt sind, für einen 4-Zylinder-Reihenmotor.
3 ist ähnlich zu 2, zeigt jedoch der Deutlichkeit halber die erste und die zweite Nockenwelle und nicht die Ventile und die Kipphebel.
4 ist ähnlich zu 1, zeigt jedoch Rollenschlepphebel für die Auslassventile und Zylinderkopfbefestigungsvorrichtungen, die zu den Nockenwellenlagerkappen-Befestigungsvorrichtungen im Allgemeinen konzentrisch sind.
5 ist eine Draufsichtdarstellung auf eine Kipphebelanordnung für einen Motor mit 3 Ventilen pro Zylinder mit einem an der Welle montierten Auslassventilkipphebel.
6 ist eine Draufsichtdarstellung auf eine Kipphebelanordnung für einen Motor mit 3 Ventilen pro Zylinder, die einen Auslass-Schlepphebel aufweist.
7 ist eine Vorderansichtsdarstellung einer Ventilsteuervorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung mit Einlass- und Auslasskipphebeln, die über der ersten Nockenwelle montiert sind.
8 ist eine Vorderansichtsdarstellung einer Ventilsteuervorrichtung mit einer über die volle Länge durchgehende Kipphebelwelle, einem schmalen Ventilöffnungswinkel und einem einzelnen Einlasskipphebel.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
1, 2 und 3 dienen der Darstellung eines Teils einer Ventilsteuervorrichtung 2 gemäß der vorliegenden Erfindung. Die Ventilsteuervorrichtung 2 ist in einem Zylinderkopf 4 montiert, wobei der Zylinderkopf 4 an einem Moorblock oder Zylindergehäuse 6 befestigt ist, der eine Oberseitenfläche 7, einen ersten Zylinder 8 und einen Kolben 10, der im Zylinder 8 für eine Hin- und Herbewegung verschiebbar montiert ist, aufweist. Die Hin- und Herbewegung des Kolbens 10 legt eine Kolbenwirkungslinie fest, wobei die Kolbenwirkungslinie und die Oberseitenfläche 7 im bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung im Allgemeinen senkrecht sind.
Der Zylinderkopf 4 weist ein erstes Einlassventil 12, ein zweites Einlassventil 14 und mindestens einen Einlasskanal 16 für die Strömung von Luft oder eines anderen Fluids in den Zylinderkopf 4 und in den ersten Zylinder 8 auf. Der Zylinderkopf 4 weist ferner mindestens ein und vorzugsweise zwei Auslassventile 18 und mindestens einen Auslasskanal 20 für die Strömung von Abgas oder eines anderen Fluids aus dem erster Zylinder 8 und aus dem Zylinderkopf 4 auf.
Der Zylinderkopf 4 umfasst ferner einen oder mehrere Auslasskipphebel 30 und eine erste Nockenwelle 24, wobei die Nockenwelle 24 mit mindestens einem ersten Nocken 26 und einem zweiten Nocken 28 ausgebildet ist, die entlang ihrer Länge beabstandet sind. Vorzugsweise ist der Auslasskipphebel 30 an einer Kipphebelwelle 32 drehbar montiert und liegt am ersten Nocken 26 und an den zweiten Auslassventilen 18 an, wobei die Drehung der Nockenwelle 24 und des ersten Nockens 26 bewirkt, dass sich der Auslasskipphebel 30 dreht, was bewirkt, dass sich die Auslassventile 18 in Richtung des Kolbens 10 verschieben, was bewirkt, dass sich der Auslasskanal 20 öffnet, was die Ausströmung von Abgas aus dem ersten Zylinder 8 ermöglicht. Der Zylinderkopf 4 umfasst ferner eine Rückstellfeder 34 für jedes Auslasventil 18 zum Schließen aller Auslassventile 18 bei einer weiteren Drehung der ersten Nockenwelle 24 und des ersten Nockens 26.
Der Zylinderkopf 4 umfasst ferner einen ersten Einlasskipphebel 36, der vorzugsweise an der Kipphebelwelle 32 montiert ist. Der erste Einlasskipphebel 36 liegt am zweiten Nocken 28 und am ersten Einlassventil 12 an, wobei die Drehung der Nockenwelle 24 und des zweiten Nockens 28 bewirkt, dass sich der erste Einlasskipphebel 36 dreht, was bewirkt, dass sich das erste Einlassventil 12 in Richtung des Kolbens 10 verschiebt, was bewirkt, dass sich der Einlasskanal 16 öffnet, was die Einströmung von Luft in den ersten Zylinder 8 ermöglicht. Der Zylinderkopf 4 umfasst ferner eine weitere Rückstellfeder 34 zum Schließen der Einlassventile 12 bei einer weiteren Drehung der ersten Nockenwelle 24 und des zweiten Nockens 28.
Der Zylinderkopf 4 umfasst ferner eine zweite Nockenwelle 38, wobei die zweite Nockenwelle 38 einen dritten Nocken 40 aufweist, und einen zweiten Einlasskipphebel 42. Der zweite Einlasskipphebel 42 ist vorzugsweise drehbar an einem Sockel 44 montiert und liegt am dritten Nocken 40 und am zweiten Einlassventil 14 an, wobei die Drehung der zweiten Nockenwelle 38 und des dritten Nockens 40 bewirkt, dass sich die zweiten Einlasskipphebel 42 drehen, was bewirkt, dass sich die zweiten Einlassventile 14 in Richtung des Kolbens 10 verschieben, was bewirkt, dass sich der Einlasskanal 16 öffnet, was das Einströmen von Luft oder eines anderen Fluids in den ersten Zylinder 8 ermöglicht. Der Zylinderkopf 4 umfasst ferner eine weitere Rückstellfeder 34 für das zweite Einlassventil 14 zum Schließen der Einlassventile 14 bei einer weiteren Drehung der ersten Nockenwelle 38 und des dritten Nockens 40.
Gemäß dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird die Menge an Einlassluft, die im Zylinder 8 eingeschlossen wird, durch Einstellen der Phasenbeziehung der zweiten Nockenwellen 38 relativ zur Kurbelwelle der Hubkolbenmaschine und/oder relativ zur erste Nockenwelle 24 eingestellt, um die Ausgangsleistung des Motors einzustellen, wobei es ferner selbstverständlich ist, dass Kraftstoff mit der Luft vermischt werden kann, bevor die Luft in den Zylinder 8 eintritt oder nachdem die Luft in den Zylinder 8 eintritt. Nimmt man nun auf 1 und 3 Bezug, so weist der Zylinderkopf 4 einen Phasenschieber 62 zum Einstellen der Phasenbeziehung der zweiten Nockenwelle 38 relativ zur Kurbelwelle des Motors und/oder der ersten Nockenwelle 24 auf.
Die erfindungsgemäße Ventilsteuervorrichtung kann für Hubkolbenmaschinen verwendet werden, bei denen die Steuerung der Strömung in einen und/oder aus einem Zylinder erwünscht ist, wie z.B. in einem Kompressor oder Verbrennungsmotor. Die beabsichtigte Hauptanwendung der vorliegenden Erfindung ist die Tellerventilsteuerung bei einem Fremdzündungs-Verbrennungsmotor mit mindestens einem Zylinder 8, wobei der Zylinder im Motorblock oder Zylindergehäuse 6 montiert ist, und mit einem Kolben 10, der für eine Hin- und Herbewegung im Zylinder montiert ist, und einer Kurbelwelle 45 und einer Pleuelstange 46, die den Kolben 10 mit der Kurbelwelle 45 verbindet. Die vorliegende Erfindung kann bei Reihenmotoren wie z.B. I-2-, I-3-, I-4-, I-5- und I-6-Motoren sowie V-Motoren wie z.B. V6- und V8-Motoren sowie anderen Motor- und Nicht-Motor-Anwendungen verwendet werden. Der Zylinderkopf 4 umfasst ein erstes Einlassventil 12 und ein zweites Einlassventil 14, die zum Zylinder 8 gehören, für die Steuerung der Strömung von Luft, von mit Kraftstoff vermischter Luft oder eines anderen Fluids in den Zylinder 8 und (ein) Auslassventil(e) 18 zur Steuerung der Strömung von Abgasprodukten oder eines anderen Fluids aus dem Zylinder 8. Das erste Einlassventil 12 weist eine Einlassventil-Wirkungslinie 48 auf und das Auslassventil 18 weist eine Auslassventil-Wirkungslinie 50 auf. Der Ventilöffnungswinkel 22 ist der Schnittwinkel zwischen der Einlassventil-Wirkungslinie 48 und der Auslassventil-Wirkungslinie 50. Der Ventilöffnungswinkel 22 legt auch einen Quadranten innerhalb des Zylinderkopfs fest, in dem der Ort der Teile als entweder innerhalb des Ventilöffnungswinkels oder außerhalb des Ventilöffnungswinkels festgelegt werden kann. Die erste Nockenwelle 24 öffnet vorzugsweise alle Auslassventile 18 pro Zylinder und öffnet die ersten Einlassventile 12 pro Zylinder, wobei die erste Nockenwelle 24 eine erste Nockenwellendrehachse 52 aufweist. Die zweite Nockenwelle 38 öffnet das zweite Einlassventil 14.
Beim bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung umfasst die zweite Nockenwelle 38 eine Antriebsriemenscheibe 60 (in 3 gezeigt) und einen Phasenschieber 62 zum Einstellen der Phasenbeziehung zwischen der Antriebsriemenscheibe 60 und der zweiten Nockenwelle 38. Ein Abtriebszahnrad 64 ist an der ersten Nockenwelle 24 befestigt und ein Antriebszahnrad 66 ist an der Antriebsriemenscheibe 60 befestigt, wobei die Zahnräder 64 und 66 in Eingriff stehen. Die Antriebsriemenscheibe 60 wird vorzugsweise durch eine Kette oder einen Riemen 68 (in 1 gezeigt) angetrieben, wobei der Riemen 68 durch einen Kurbelzahnkranz oder eine Riemenscheibe 70 angetrieben wird, der/die an der Kurbelwelle 71 oder an einer anderen Welle montiert ist, die sich mit einem konstanten Übersetzungsverhältnis relativ zur Kurbelwelle dreht. Folglich treibt der Riemen 68 die Riemenscheibe 60 an, die das Antriebszahnrad 66 dreht, wobei das Antriebszahnrad 66 wiederum das Abtriebszahnrad 64 antreibt und die erste Nockenwelle 24 dreht. Die Riemenscheibe 60 dreht die zweite Nockenwelle 38 unter Wirkung des Phasenschiebers 62. Fachleute werden erkennen, dass andere Funktionsmittel verwendet werden können, um die erste Nockenwelle 24 und die zweite Nockenwelle 38 anzutreiben und die Phasenbeziehung zwischen der ersten Nockenwelle 24 und der zweiten Nockenwelle 38 einzustellen.
Mit allgemeinen Worten ist ein erstes Antriebsmittel zum Antreiben der ersten Nockenwelle 24 vorgesehen, wobei das erste Antriebsmittel durch die Kurbelwelle, wahlweise durch Zahnriemen und/oder (eine) Zahnkette(n) angetrieben wird, und ein zweites Antriebsmittel ist zum Antreiben der zweiten Nockenwelle 38 vorgesehen, wobei das zweite Antriebsmittel einen Phasenschieber zum Einstellen der Phasenbeziehung der zweiten Nockenwelle 38 zur ersten Nockenwelle 24 umfasst, um die Phasenbeziehung der Öffnung des ersten Einlassventils 12 relativ zur Öffnung des zweiten Einlassventils 14 einzustellen, um die Fluidströmung durch den Einlasskanal 16 in die Hubkolbenmaschine zu steuern.
Das erste Einlassventil 12 gehört zum ersten Einlasskipphebel 36, der eine erste Einlasskipphebelhalterung 33 aufweist, und der erste Einlasskipphebel 36 wird durch die erste Nockenwelle 24 angetrieben. Der Zylinderkopf 4 weist ferner einen oder mehrere Auslasskipphebel 30 auf, wobei jeder der Auslasskipphebel eine Auslasskipphebelhalterung 35 für eine drehbare Abstützung des Kipphebels im Zylinderkopf aufweist. Die Auslasskipphebelhalterung 35 und die erste Einlasskipphebelhalterung 33 können separate Halterungen oder eine kombinierte Halterung wie z.B. eine gemeinsame Wellenhalterung (gezeigt) sein, wobei die Kipphebelwelle 32 den Auslasskipphebel 30 und den ersten Einlasskipphebel 36 abstützt. Die erste Nockenwellendrehachse 52 befindet sich innerhalb des Ventilöffnungswinkels 22, wodurch ein kurzer Einlasskipphebel 36 und ein kurzer Auslasskipphebel 30 bereitgestellt werden, wodurch Einlass- und Auslasskipphebel mit geringer Trägheit und mit einem geringen Reibungsniveau und der Fähigkeit hoher Betriebsgeschwindigkeiten bereitgestellt werden. Die Phase zwischen dem ersten Einlassventil 12 und dem zweiten Einlassventil 14 wird zum Steuern der Fluidströmung in die Hubkolbenmaschine eingestellt.
Vorzugsweise befindet sich die Auslasskipphebelhalterung 35 zwischen dem Ventilöffnungswinkel 22 und die erste Einlassventil-Kipphebelhalterung 33 befindet sich zwischen dem Ventilöffnungswinkel 22 und die erste Nockenwelle 24 befindet sich im Allgemeinen auf der vom Kolben 10 entfernten Seite des Auslasskipphebels 30, wodurch ein Raum für ein Zündkerzenrohr 56 zwischen dem Einlass- und dem Auslassventil geschaffen wird, während auch ein schmaler Ventilöffnungswinkel 22 und ein leichtgewichtiger Auslasskipphebel 30 bereitgestellt werden, wobei der erste Einlasskipphebel 36 eine hohe Betriebsgeschwindigkeit und eine kompakte Zylinderkopfgröße vorsieht. Außerdem befindet sich die erste Nockenwelle 24 vorzugsweise im Allgemeinen auf der abliegenden Seite des Auslasskipphebels 30 und im Allgemeinen auf der vom Kolben 10 entfernten Seite des ersten Einlasskipphebels 36 zur Anordnung der Kipphebeldrehpunkte in einem größeren Abstand von ihren zugehörigen Ventilen, um das Scheuern zwischen den Kipphebeln und den Ventilschäften zu minimieren, und genauer befinden sich die Nockenstößel (wahlweise Rollenstößel, gezeigt) der Einlass- und Auslasskipphebel vorzugsweise zwischen den Ventilenden und den Kipphebeldrehpunkten. Vorzugsweise befindet sich das Zündkerzenrohr 56 zwischen der ersten Nockenwelle 24 und den Rückstellfedern 34, die zu den Einlassventilen 12 und 14 gehören.
Vorzugsweise umfasst der Zylinderkopf 4 zwei Auslassventile 18 pro Zylinder 8 und der Auslasskipphebel 30 umfasst einen einzelnen Auslasskipphebel zur Betätigung der zwei Auslassventile pro Zylinder, wodurch ein Raum innerhalb des Zylinderkopfs für die erste Einlassventil- Kipphebelhalterung 33 und das Zündkerzenrohr 56 innerhalb eines kleinen Ventilöffnungswinkels 22 geschaffen wird.
Die Kipphebelwelle 32 oder eine andere Art von Kipphebelwelle kann zum Abstützen der Auslasskipphebel und/oder des ersten Einlasskipphebels 36 verwendet werden. Alternativ können die Kipphebel eine Sockelhalterung mit einer Anordnung ähnlich zur Sockelhalterung 44 aufweisen oder die Kipphebel können eine andere Art von funktionaler Kipphebelhalterung sein. Wie vorher beschrieben, kann die erste Einlasskipphebelhalterung 33 eine Halterung vom Wellentyp (gezeigt) sein und die Auslasskipphebelhalterung 35 kann auch eine Halterung vom Wellentyp (gezeigt) sein und die Auslasskipphebel 30 und der erste Einlasskipphebel 36 können beide an der Kipphebelwelle 32 montiert sein. Mit NImmt man nun auf 1 und 2 Bezug, so weist gemäß dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung der Zylinderkopf 4 eine einzelne Kipphebelwelle 32 zum Abstützen aller Auslasskipphebel und aller ersten Einlassventilkipphebel 36 für zwei oder mehr Zylinder in einer Linie auf. Die Kipphebelhalterungswelle weist vorzugsweise einen Gleitsitz im Zylinderkopf 4 zur Montage der Kipphebel von mindestens zwei der Zylinder an der Kipphebelwelle 32 auf. Die einzelne Kipphebelwellenbohrung kann mit niedrigen Kosten gebohrt werden und die einzelne Kipphebelwelle sieht eine Montage und Präzisionsausrichtung der Kipphebel von einem Zylinder zum nächsten mit niedrigen Kosten vor. Die einzelne Kipphebelwelle für mehrere Zylinder belegt ferner einen kleinen Raum, da abnehmbare Kappen nicht erforderlich sind, um die Kipphebelwelle von Zylinder zu Zylinder zu befestigen. Der geringe Raumbedarf für die erfindungsgemäße Kipphebelwelle ist zum Verfügbarmachen von Raum für andere Zylinderkopfteile wie z.B. die Ventilfedern wertvoll, was wiederum ermöglicht, dass ein schmälerer Ventilöffnungswinkel verwendet werden kann.
Nimmt man nun auf 1 und 2 Bezug, so weist die zweite Nockenwelle 38 eine zweite Nockenwellendrehachse 54 auf, wobei die zweite Nockenwellendrehachse 54 vorzugsweise außerhalb des Ventilöffnungswinkels 22 liegt, wodurch ein Raum innerhalb des Zylinderkopfs 4 für die erste Einlassventil-Kipphebelhalterung 33 und die eine oder die mehreren Auslasskipphebelhalterungen 35 geschaffen wird.
Das Zündkerzenrohr 56, der (die) Auslasskipphebelhalterung(en) 35 und die erste Einlasskipphebelhalterung 33 liegen vorzugsweise innerhalb des Ventilöffnungswinkels 22 und vorzugsweise weist der Ventilöffnungswinkel 22 einen Wert von weniger als 32 Grad auf, wodurch leichtgewichtige Auslass- und Einlasskipphebel mit geringer Reibung und der Fähigkeit hoher Betriebsgeschwindigkeiten bereitgestellt werden.
Das erste Einlassventil 12 weist eine Einlassventil-Gesamtlänge 12L auf und der erste Einlassventilkipphebel 36 weist eine erste Kipphebellänge 36L, gemessen vom Ventil 12 zum Nockenkontaktpunkt des ersten Einlasskipphebels 36 mit der ersten Einlassnockenwelle 24, auf. Vorzugsweise ist die Kipphebellänge 36L nicht mehr als 90 Prozent so lang wie die erste Einlassventillänge 12L, um einen leichtgewichtigen Einlasskipphebel mit geringer Reibung und hoher Betriebsgeschwindigkeit bereitzustellen. Der erste Einlassventilkipphebel 36 weist einen ersten Kontaktpunkt mit der ersten Nockenwelle 24 und einen zweiten Kontaktpunkt mit dem ersten Einlassventil 12 auf. Vorzugsweise liegt der erste Kontaktpunkt im Allgemeinen zwischen dem zweiten Kontaktpunkt und der Drehachse des ersten Einlassventilkipphebels 36, um einen leichtgewichtigen Kipphebel und eine Kipphebelhalterungsstelle, die vom Zündkerzenrohr beabstandet ist, bereitzustellen und bedeutenderweise auch um einen langen Abstand zwischen der Kipphebeldrehachse und dem Einlassventil 12 bereitzustellen, um den Verschleiß zwischen dem Kipphebel und dem Ventil zu minimieren, wobei es selbstverständlich ist, dass das Ende des Kipphebels wahlweise eine Rolle umfassen kann. Fachleute werden erkennen, dass Rollen bevorzugt, aber für einen Kontakt zwischen den Kipphebeln und Nockennasen wahlfrei sind. In jedem Fall ist der Abstand vom zweiten Kontaktpunkt zur Drehachse des ersten Einlassventilkipphebels 36 vorzugsweise größer als 70 Prozent des Abstandes vom ersten Kontaktpunkt zum zweiten Kontaktpunkt. Nimmt man nun auf 4 Bezug, so ist eine erste imaginäre Linie zwischen dem ersten Kontaktpunkt und der Drehachse des ersten Einlassventilkipphebels 36 von einer zweiten imaginären Linie zwischen dem zweiten Kontaktpunkt und der Drehachse des ersten Einlassventilkipphebels 36 um einen Winkel 85 getrennt. Vorzugsweise ist der Winkel 85 geringer als 140 Grad und optimaler Weise geringer als 90 Grad, um einen starren Kipphebel und einen kompakten Zylinderkopf bereitzustellen.
Nimmt man nun auf 1 bis 3 Bezug, so umfasst der Motorblock 6 vorzugsweise eine Vielzahl von Zylindern in einer Reihe bzw. Linie, einschließlich eines ersten Zylinders 8 und wahlweise eines zweiten Zylinders 8b, eines dritten Zylinders 8c und eines vierten Zylinders 8d, und der Zylinderkopf 4 umfasst eine Vielzahl von ersten Nockenwellenlagern 72 zum Abstützen der ersten Nockenwelle 24. Mindestens eines der ersten Nockenwellenlager 72 befindet sich in einer Lagerebene 74, wobei die Lagerebene 74 zur ersten Nockenwellendrehachse 52 senkrecht ist und ungefähr zwischen dem ersten Zylinder 8 und dem zweiten Zylinder 8b verläuft (im Gegensatz zum Verlaufen durch die Mittellinie des Zylinders 8 oder 8b), wodurch ein Raum innerhalb des Zylinderkopfs für die erste Einlassventil-Kipphebelhalterung und eine oder mehrere Auslasskipphebelhalterungen geschaffen wird.
Vorzugsweise befindet sich der erste Einlasskipphebel 36 auf der vom zweiten Zylinder 8b entfernten Seite des ersten Zylinders 8, wodurch ein Raum für die Lager geschaffen wird und eine geringe Lagerzahl und ein Raum für die Kipphebel geschaffen werden. Vorzugsweise befindet sich auch ein erstes Nockenwellenlager 72 zwischen dem zweiten Zylinder 8b und dem dritten Zylinder 8c und der zweite Zylinder 8b weist einen ersten Einlasskipphebel 36 benachbart zum dritten Zylinder 8c auf und der dritte Zylinder 8c weist einen ersten Einlasskipphebel 36 benachbart zum zweiten Zylinder 8b auf, wodurch eine robuste Abstützung der Nockenwelle 24, eine geringe Lagerzahl, ein Raum für die Kipphebel und ein kompakter Zylinderkopf bereitgestellt werden. wahlweise können alle Einlasskipphebel dieselbe Form aufweisen, um die Kosten zu verringern, anstatt dass einige nach rechts liegen und einige nach links liegen, wobei die Lagerzahl und die Reibung jedoch ansteigen können.
Der Zylinderkopf 4 umfasst eine Vielzahl von zweiten Nockenwellenlagern 76 zum Abstützen der zweiten Nockenwelle 38. Vorzugsweise befindet sich mindestens eines der zweiten Nockenwellenlager 76 ungefähr in der Lagerebene 74 und mindestens zwei der zweiten Einlasskipphebel 42 überspannnen das zweite Nockenwellenlager 76, wodurch eine robuste Abstützung der Nockenwelle 38, ein kompakter Zylinderkopf mit einer niedrigen Lagerzahl und niedrige Reibungsniveaus bereitgestellt werden. Die Nockenwellenlager 72 und 76 können im Zylinderkopf 4 ausgebildet sein oder ein in den Zylinderkopf 4 eingesetztes Lager sein.
Der Zylinderkopf 4 kann in einer Reihe einen ersten Zylinder 8, einen zweiten Zylinder 8b und einen dritten Zylinder 8c aufweisen, wobei er ferner eine zweite Einlassnockenwelle 38 aufweist, die durch mindestens eines der zweiten Nockenwellenlager 76, die sich zwischen dem ersten Zylinder 8 und dem zweiten Zylinder 8b befinden, und durch ein weiteres zweites Nockenwellenlager 76, das sich auf der vom zweiten Zylinder 8b entfernten Seite des dritten Zylinders 8c befindet, abgestützt wird, und vorzugsweise wird die zweite Nockenwelle 38 durch nicht mehr als eines der zweiten Nockenwellenlager 76 pro Zylinder abgestützt, und beim bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird die zweite Nockenwelle 38 durch eine geringere Anzahl an Zapfenlagern als die Anzahl an Zylindern im Motorblock 6 abgestützt.
4 ist ähnlich zu 1, außer dass 4 einzelne Auslassventilkipphebel 78 für jedes Auslassventil 18 zeigt. Der Auslasskipphebel 78 kann ein an einem Sockel montierter Kipphebel vom Rollenschlepphebeltyp (gezeigt), ein an einer Welle montierter Kipphebel oder eine andere funktionale Art von Kipphebel sein. Nockenwellenlager für die erste Nockenwelle können wahlweise zwischen den zwei Auslasskipphebeln 78 des Zylinders 8 anstatt zwischen den Zylindern angeordnet sein. Das Zündkerzenrohr 56 befindet sich zwischen dem Einlassventil 12 und der ersten Nockenwellendrehachse 52, um einen kompakten Zylinderkopf vorzusehen. Vorzugsweise befindet sich die zweite Nockenwellendrehachse 54 außerhalb des Ventilöffnungswinkels 22, um einen Raum innerhalb des Zylinderkopfs für die erste Einlassventil-Kipphebelhalterung und die Auslasskipphebelhalterungen zu schaffen.
Nimmt man nun auf die 1 bis 3 Bezug, so ist die erste Nockenwelle 24 durch eine Vielzahl von ersten Nockenwellenlagern 72 im Zylinderkopf 4 und eine Vielzahl von Nockenwellenlagerkappen 78 abgestützt. Der Zylinderkopf 4 umfasst eine Vielzahl von Lagerkappen-Befestigungsvorrichtungen 80 zum abnehmbaren Befestigen von jeder Nockenwellenlagerkappe 78 am Zylinderkopf 4 und der Zylinderkopf 4 umfasst eine Vielzahl von Zylinderkopf-Befestigungsvorrichtungen 82 zum abnehmbaren Befestigen des Zylinderkopfs 4 am Motorblock oder Zylindergehäuse 6. Die Zylinderkopf-Befestigungsvorrichtungen 82 weisen einen Werkzeugwegfreiraum 84 für den Zugang zu den Befestigungsvorrichtungen zum Installieren und Entfernen der Befestigungsvorrichtungen 82 auf. Gemäß der vorliegenden Erfindung befindet sich mindestens eines der ersten Nockenwellenlager 72 in der ersten Lagerebene 74, wobei die Lagerebene 74 zur ersten Nockenwellendrehachse 52 senkrecht ist und ungefähr zwischen dem ersten Zylinder 8 und dem zweiten Zylinder 8b verläuft, und mindestens eine der Zylinderkopf-Befestigungsvorrichtungen 82 liegt ungefähr in der ersten Lagerebene 74, wobei die Zylinderkopf-Befestigungsvorrichtung 82 ferner auf derselben Seite der Zylinder 8 wie die Auslassventile 18 liegt, und der Werkzeugwegfreiraum 84 ist vom ersten Nockenwellenlager 72 frei und unbesetzt, wodurch ein Nockenwellenlager, das nicht störend im Werkzeugweg 84 liegt, für eine robuste und reibungsarme Abstützung der ersten Nockenwelle 24 bereitgestellt wird. Vorzugsweise liegt der Werkzeugweg 84 auf der vom Nockenwellenlager 72 entfernten Seite der benachbarten Nockenwellenlagerkappen-Befestigungsvorrichtung 80. Nimmt man nun auf 4 Bezug, so kann der Werkzeugweg 84 wahlweise zur Nockenwellenlagerkappen-Befestigungsvorrichtung 80 im Allgemeinen konzentrisch sein und die Befestigungsvorrichtungen 80 und 82 können wahlweise kombiniert werden.
Nimmt man nun auf die 1, 2 und 3 Bezug, so befindet sich vorzugsweise eine zweite der Zylinderkopf-Befestigungsvorrichtungen 82 unterhalb der zweiten Nockenwelle 38. Genauer ist ein weiterer Werkzeugweg 84 im Allgemeinen unter dem Nockenwellenlager 76, das die zweite Nockenwelle 38 abstützt, zentriert und die Nockenwellenlagerkappen-Befestigungsvorrichtungen 80 befinden sich auf beiden Seiten der zweiten Nockenwelle 38. Das Loch im Lager 76 ist aufgrund dessen annehmbar, dass die Nockenwellenlagerlast hauptsächlich auf der Seite der Nockenwellenlagerkappe 78 des Lagers 76 liegt. Wahlweise kann sich der Werkzeugweg 84 innerhalb oder außerhalb des Lagers 76 für die zweite Nockenwelle 38 befinden, wobei der Werkzeugweg vom Lager frei und unbesetzt ist (nicht dargestellt). 7 zeigt einen Stößel vom Bechertyp mit direktem Angriff, welcher eine zweite Nockenwelle aufweist, die sich über dem Ventil 12 befindet, wobei ein Raum außerhalb der zweiten Nockenwelle für den Werkzeugweg 84 geschaffen ist (nicht dargestellt).
Die Auslassventil-Wirkungslinie 50 und die Oberseite 7 sind durch einen Auslassventilwinkel 86 getrennt und die Einlassventil-Wirkungslinie 48 und die Oberseite 7 sind durch einen Einlassventilwinkel 88 getrennt. Der Auslassventilwinkel 86 wird von der Oberseite 7 zur Auslassventil-Wirkungslinie 50 gemessen, der Einlassventilwinkel 22 wird von der Auslassventil-Wirkungslinie 50 zur Einlassventil-Wirkungslinie 48 gemessen und der Einlassventilwinkel 88 wird von der Einlassventil-Wirkungslinie 48 zur Oberseite 7 gemessen, und der Auslassventilwinkel plus der Ventilöffnungswinkel plus der Einlassventilwinkel addieren sich zu 180 Grad. Der Ventilöffnungswinkel 22 kann wahlweise aus der Mitte geneigt sein, um einen Raum für Werkzeugwege 84 zu schaffen, die von der ersten Nockenwelle 24 und den zugehörigen. Lagern 72 frei und unbesetzt sind (gezeigt), und/oder um eine Achsenausrichtung für einen weiteren Werkzeugweg 84 zu schaffen, der im Allgemeinen auf einer Achse mit der zweiten Nockenwellenachse 54 liegt (gezeigt), und/oder für einen weiteren Werkzeugweg 84, der von der zweiten Nockenwelle 38 und den zugehörigen Lagern 76 frei und unbesetzt ist (nicht dargestellt). Vorzugsweise ist der Auslassventilwinkel 86 größer als der Einlassventilwinkel 88, wodurch ein Werkzeugweg 84 geschaffen wird, der von der Nockenwelle 24 frei und unbesetzt ist und vom Lager 72 frei und unbesetzt ist, das zur Nockenwelle 24 gehört, und vorzugsweise ein weiterer Werkzeugweg 84 geschaffen wird, der im Allgemeinen auf einer Achse mit der zweiten Nockenwellenachse 54 liegt.
Die erste Nockenwellendrehachse 52 und die zweite Nockenwellendrehachse 54 legen eine erste Nockenwellenebene 53 fest. Vorzugsweise ist das zweite Einlassventil 14 länger als das erste Einlassventil 12, wodurch die Ebene 53 der ersten Nockenwelle im Allgemeinen parallel zur Oberseite 7 angeordnet wird, wodurch eine maschinelle Bearbeitung und Montage mit niedrigeren Kosten bereitgestellt wird, und/oder um eine höhere Anordnung des Sockels 44, der zum Einlasskipphebel 42 gehört, für einer aufrechteren und stromlinienförmigeren Einlasskanal 16 vorzusehen.
Nimmt man nun auf die 5 und 6 Bezug, so kann ein einzelnes Auslassventil 90, um die Ausströmung von Abgas oder einem anderen Fluid aus dem Zylinder vorzusehen, anstelle der in 1 und 2 gezeigten zwei Auslassventile 18 verwendet werden. 5 zeigt einen an einer Welle montierten Auslasskipphebel 92, der zum Auslassventil 90 gehört, und 6 zeigt einen Auslass-Rollenschlepphebel 94, der zum Auslassventil 90 gehört. 6 zeigt auch einen an der Welle montierten Einlasskipphebel 96, der zum Einlassventil 12 gehört, wobei der Einlasskipphebel 96 an einer Kipphebelwelle 97 montiert ist. Gemäß der vorliegenden Erfindung hält das Zündkerzenrohr 56 die Kipphebelwelle 97 in Position.
7 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung mit einer ersten Nockenwelle 98, die im Allgemeinen unter einem Auslasskipphebel 100 und im Allgemeinen unter einem Einlasskipphebel 102 liegt, wobei der Einlasskipphebel 102 zum Einlassventil 12 gehört, wobei der Ventilöffnungswinkel 108 geringfügig größer ist als das in 1 gezeigte bevorzugte Ausführungsbeispiel. Das Einlassventil 14 wird durch einen Stößel 104 mit direktem Angriff und eine zweite Nockenwelle 106 betätigt. Das Einlassventil 14 kann alternativ durch einen Schlepphebel, wie in 1 gezeigt, einen an der Welle montierten Kipphebel oder einen anderen Kipphebel vom funktionalen Typ betätigt werden.
8 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung mit Stößeln 110 mit direktem Angriff, die zum Auslassventil 18 gehören. Nockenwellenlager können wahlweise zwischen den Stößeln 110 angeordnet sein. Das Einlassventil 12 gehört zu einem Einlasskipphebel 112. Vorzugsweise ist der Ventilöffnungswinkel 114 geringer als 32 Grad, um eine kurze Spannweite für den Einlasskipphebel 112 vorzusehen. Vorzugsweise stützt eine einzelne Kipphebelwelle 32b alle ersten Einlassventilkipphebel 112 für zwei oder mehr Zylinder in einer Linie ab. Die einzelne Kipphebelwellenbohrung kann mit niedrigen Kosten gebohrt werden und die einzelne Kipphebelwelle sieht eine Montage und Präzisionsausrichtung der Kipphebel von einem Zylinder zum nächsten mit geringen Kosten vor. Die einzelne Kipphebelwelle für mehrere Zylinder belegt ferner einen kleinen Raum, da abnehmbare Kappen nicht erforderlich sind, um die Kipphebelwelle von Zylinder zu Zylinder zu befestigen. Der geringe Raumbedarf für die erfindungsgemäße Kipphebelwelle ist zum Verfügbarmachen von Raum für andere Zylinderkopfteile wie z.B. die Ventilfedern und das Zündkerzenrohr wertvoll, was wiederum ermöglicht, dass ein schmälerer Ventilöffnungswinkel verwendet wird und kurze erste Einlasskipphebel aufgrund des schmalen Ventilöffnungswinkels verwendet werden.

Claims

Zylinderkopfanordnung für eine Hubkolbenmaschine mit: mindestens einem Zylinder (8), wobei der Zylinder in einem Zylindergehäuse angebracht ist, einem Kolben (10), der im Zylinder (8) hin- und herbeweglich angebracht ist, einer Kurbelwelle (71) und einer Pleuelstange, die den Kolben (10) mit der Kurbelwelle (71) verbindet, einem Zylinderkopf (4), der umfasst: – ein erstes und ein zweites Einlassventil (12, 14) für jeden der Zylinder (8) zur Steuerung eines Fluidstroms in jeden der Zylinder, und – ein oder mehrere Auslassventile (18) für jeden der Zylinder (8) zur Steuerung eines Fluidstroms aus den Zylindern, wobei das erste Einlassventil (12) eine Einlassventil-Wirkungslinie aufweist und die Auslassventile (18) eine Auslassventil-Wirkungslinie aufweisen, und wobei zwischen der Einlassventil-Wirkungslinie und der Auslassventil-Wirkungslinie ein Ventilöffnungswinkel (22) ausgebildet ist, einer ersten Nockenwelle (24) zum Öffnen aller Auslassventile (18) pro Zylinder (8) und zum Öffnen des ersten Einlassventils (12) pro Zylinder, wobei die erste Nockenwelle (24) eine erste Nockenwellendrehachse aufweist, einer zweiten Nockenwelle (38) zum Öffnen der zweiten Einlassventile (14) pro Zylinder (8) und einem ersten Einlasskipphebel (36) mit einer ersten Kipphebelhalterung (35), wobei der erste Einlasskipphebel durch die erste Nockenwelle (24) angetrieben wird, und mindestens einem Auslasskipphebel (30), wobei der bzw. jeder Auslasskipphebel eine Auslasskipphebelhalterung zur drehbaren Abstützung des Kipphebels (30) im Zylinderkopf (4) aufweist, wobei die erste Nockenwellendrehachse innerhalb des Ventilöffnungswinkels (22) liegt, wodurch ein kurzer Einlasskipphebel (36) und ein oder mehrere kurze Auslasskipphebel (30) vorgesehen werden, wobei die Zylinderkopfanordnung dadurch gekennzeichnet ist, dass: die Zylinderkopfanordnung einen Phasenschieber (62) zum Einstellen der Phasenbeziehung der zweiten Nockenwelle (38) zur ersten Nockenwelle (24) zum Einstellen der Phasenbeziehung der Öffnung des ersten Einlassventils relativ zur Öffnung des zweiten Einlassventils umfasst, um den Fluidstrom in die Hubkolbenmaschine zu steuern, das erste Einlassventil (12) eine Einlassventil-Gesamtlänge (12L) aufweist und der erste Einlasskipphebel (36) eine Kipphebellänge (36L) aufweist, wobei die Kipphebellänge (36L) vom ersten Einlassventil (12) zum Kontaktpunkt zwischen dem ersten Kipphebel (36) und der ersten Nockenwelle (24) gemessen wird, und wobei die Länge (36L) des ersten Kipphebels nicht mehr als 90 Prozent so lang ist wie die Länge (12L) des ersten Einlassventils.
Zylinderkopfanordnung nach Anspruch 1, wobei die Auslasskipphebelhalterung (33) zwischen dem Ventilöffnungswinkel (22) liegt und die erste Einlassventil-Kipphebelhalterung (36) zwischen dem Ventilöffnungswinkel (22) liegt und die erste Nockenwelle (24) im Allgemeinen auf der vom Kolben (10) enfernten Seite des einen oder der mehreren Auslasskipphebel (30) liegt.
Zylinderkopfanordnung nach Anspruch 1, wobei der Zylinderkopf (4) zwei Auslassventile (18) pro Zylinder (8) umfasst und der eine oder die mehreren Auslasskipphebel (30) einen einzelnen Auslasskipphebel zur Betätigung der zwei Auslassventile pro Zylinder aufweisen.
Zylinderkopfanordnung nach Anspruch 2, welche ferner eine erste Kipphebel-Halterungswelle (32) umfasst und wobei der eine oder die mehreren Auslasskipphebel (30) ferner an einer Welle angebracht sind und der erste Einlasskipphebel (36) ferner an einer Welle angebracht ist, wobei der eine oder die mehreren Auslasskipphebel und der erste Einlasskipphebel beide an der ersten Kipphebel-Halterungswelle (32) angebracht sind.
Zylinderkopfanordnung nach Anspruch 2, welche ferner eine Vielzahl von Zylindern (8) in Reihe und eine Vielzahl von ersten Nockenwellenlagern (72) zum Abstützen der ersten Nockenwelle (24) aufweist, wobei mindestens eines der ersten Nockenwellenlager (72) in einer Lagerebene liegt, wobei die Lagerebene zur ersten Nockenwellendrehachse senkrecht liegt und ungefähr zwischen den Zylindern verläuft.
Zylinderkopfanordnung nach Anspruch 1, welche ferner eine Vielzahl von Zylindern in Reihe und eine erste Kipphebel-Halterungswelle (32) aufweist, und wobei der eine oder die mehreren Auslasskipphebel (30) ferner an einer Welle angebracht sind und der erste Einlasskipphebel (36) ferner an einer Welle angebracht ist, wobei der eine oder die mehreren Auslasskipphebel und der erste Einlasskipphebel beide an der ersten Kipphebel-Halterungswelle (32) montiert sind, und wobei die erste Kipphebel-Halterungswelle einen Gleitsitz im Zylinderkopf (4) für die Montage der Kipphebel von mindestens zwei der Zylinder an der ersten Kipphebel-Halterungswelle aufweist.
Zylinderkopfanordnung nach Anspruch 1, wobei die zweite Nockenwelle (38) eine zweite Nockenwellendrehachse aufweist, wobei die zweite Nockenwellendrehachse außerhalb des Ventilöffnungswinkels (22) liegt.
Zylinderkopfanordnung nach Anspruch 1, welche ferner ein Zündkerzenrohr umfasst, wobei das Zündkerzenrohr, der eine oder die mehreren Auslasskipphebelhalterungen (33) und die erste Einlasskipphebelhalterung (35) innerhalb des Ventilöffnungswinkels (22) liegen, und wobei der Ventilöffnungswinkel einen Wert von weniger als 32 Grad aufweist.
Zylinderkopfanordnung nach Anspruch 1, welche ferner ein Zündkerzenrohr aufweist, wobei das Zündkerzenrohr zwischen den Einlassventilen (12, 14) und der ersten Nockenwellendrehachse liegt.
Zylinderkopfanordnung nach Anspruch 1, welche ferner ein Zündkerzenrohr und einzelne Auslassventil-Kipphebel (30) für jedes der Auslassventile (18) aufweist, und wobei die zweite Nockenwelle (38) eine zweite Nockenwellendrehachse aufweist, wobei die zweite Nockenwellendrehachse außerhalb des Ventilöffnungswinkels (22) liegt.
Zylinderkopfanordnung nach Anspruch 1, wobei der Zylinderkopf (4) ein Auslassventil (18) pro Zylinder und zwei Einlassventile (12, 14) pro Zylinder aufweist.
Zylinderkopfanordnung nach Anspruch 9, wobei das Zündkerzenrohr zwischen den Einlassventilen (12, 14) und der ersten Einlasskipphebelhalterung (35) angeordnet ist.
Zylinderkopfanordnung nach Anspruch 1, wobei die erste Nockenwelle (24) zwischen dem Ventilöffnungswinkel (22) liegt und die erste Nockenwelle im Allgemeinen zwischen dem Auslasskipphebel (30) und dem Kolben (10) liegt und die erste Einlassventil-Kipphebelhalterung (35) zwischen dem Ventilöffnungswinkel (22) liegt.
Zylinderkopfanordnung nach Anspruch 5, welche ferner ein oder mehrere zweite Nockenwellenlager (76) zum Abstützen der zweiten Nockenwelle (38) aufweist, wobei mindestens eines der zweiten Nockenwellenlager ungefähr in der Lagerebene liegt, und wobei mindestens zwei der zweiten Einlasskipphebel (36) das zweite Nockenwellenlager überspannen.
Zylinderkopfanordnung nach Anspruch 14, welche ferner mindestens einen ersten Zylinder, einen zweiten Zylinder und einen dritten Zylinder in Reihe aufweist, wobei die zweite Einlassnockenwelle (38) durch mindestens eines des (der) zweiten Kurbelwellenlager(s) (76), das (die) sich zwischen dem ersten Zylinder und dem zweiten Zylinder befindet (befinden), und durch ein zweites Nockenwellenlager, das sich auf der vom zweiten Zylinder entfernten Seite des dritten Zylinders befindet, abgestützt ist, und wobei die zweite Nockenwelle durch nicht mehr als eines der zweiten Nockenwellenlager pro Zylinder abgestützt ist.
Zylinderkopfanordnung nach Anspruch 1, welche ferner mindestens einen ersten Zylinder und einen zweiten Zylinder in Reihe aufweist, wobei der erste Einlasskipphebel (36) auf der vom zweiten Zylinder entfernten Seite des ersten Zylinders liegt, wodurch Raum für die Lager, eine kleine Anzahl an Lager und ein Raum für die Kipphebel vorgesehen werden.
Zylinderkopfanordnung nach Anspruch 16, welche ferner einen dritten Zylinder und einen vierten Zylinder in Reihe und ein erstes Nockenwellenlager (76), das sich zwischen dem zweiten Zylinder und dem dritten Zylinder befindet, aufweist, wobei der zweite Zylinder einen ersten Einlasskipphebel benachbart zum dritten Zylinder aufweist und der dritte Zylinder einen ersten Einlasskipphebel benachbart zum zweiten Zylinder aufweist.
Zylinderkopfanordnung nach Anspruch 1, welche ferner umfasst mindestens einen ersten Zylinder und einen zweiten Zylinder, wobei der erste Zylinder und der zweite Zylinder in Reihe miteinander und zueinander benachbart liegen, eine Vielzahl von ersten Nockenwellenlagern (72) zum Abstützen der ersten Nockenwelle (24) im Zylinderkopf (4), eine Vielzahl von ersten Nockenwellenlagerkappen und eine Vielzahl von Laserkappen-Befestigungsvorrichtungen zum abnehmbaren Befestigen von jeder der ersten Nockenwellenlaserkappen am Zylinderkopf und eine Vielzahl von Zylinderkopf-Befestigungsvorrichtungen zum abnehmbaren Befestigen des Zylinderkopfs am Zylindergehäuse, wobei die Zylinderkopf-Befestigungsvorrichtungen ferner einen Werkzeugwegspielraum zum Zugang zu den Befestigungsvorrichtungen für die Installation und Abnahme der Befestigungsvorrichtungen aufweisen, wobei ein erstes der ersten Nockenwellenlager (72) in einer ersten Laserebene liegt, wobei die Lagerebene zur ersten Nockenwellendrehachse senkrecht ist und ungefähr zwischen den ersten Zylindern und dem zweiten Zylinder verläuft, wobei mindestens eine der Zylinderkopf-Befestigungsvorrichtungen ungefähr in der ersten Lagerebene liegt, wobei die Zylinderkopf-Befestigungsvorrichtung ferner auf derselben Seite der Zylinder liegt wie die Auslassventile (18), und wobei der Werkzeugwegfreiraum vom ersten der ersten Nockenwellenlager (72) frei und unbesetzt ist.
Zylinderkopfanordnung nach Anspruch 18, wobei der Werkzeugweg zu einer der Nockerwellenlager-Befestigungsvorrichtungen konzentrisch ist.
Zylinderkopfanordnung nach Anspruch 18, wobei der Werkzeugweg auf der vom Nockenwellenlager entfernten Seite der Nockenwellenlager-Befestigungsvorrichtung liegt.
Zylinderkopfanordnung nach Anspruch 1, welche ferner aufweist mindestens einen ersten Zylinder und einen zweiten Zylinder, wobei der erste Zylinder und der zweite Zylinder in Reihe miteinander und benachbart zueinander liegen, eine Vielzahl von zweiten Nockenwellenlagern (76) zum Abstützen der zweiten Nockenwelle (38) im Zylinderkopf (4) und eine Vielzahl von Zylinderkopf-Befestigungsvorrichtungen zum abnehmbaren Befestigen des Zylinderkopfs am Zylindergehäuse, wobei der Zylinderkopf ferner eine Vielzahl von Werkzeugwegen zum Zugang zu den Zylinderkopf-Befestigungsvorrichtungen für die Installation und Abnahme der Befestigungsvorrichtungen aufweist, wobei mindestens einer der Werkzeugwege eines der zweiten Nockenwellenlager (76) schneidet, wodurch eine kompakte Zylinderkopfanordnung geschaffen wird.
Zylinderkopfanordnung nach Anspruch 1, welche ferner aufweist eine Vielzahl von ersten Nockenwellenlagern (72) und eine Vielzahl von Zylinderkopf-Befestigungsvorrichtungen zum abnehmbaren Befestigen des Zylinderkopfs (4) am Zylindergehäuse, wobei der Zylinderkopf ferner eine Vielzahl von Werkzeugwegen zum Zugang zu den Zylinderkopf-Befestigungsvorrichtungen für die Installation und Abnahme der Befestigungsvorrichtungen aufweist, und das Zylindergehäuse eine Oberseite, einen Auslassventilwinkel, gemessen von der Auslassventil-Wirkungslinie zur Oberseite, und einen Einlassventilwinkel, gemessen von der Einlassventil-Wirkungslinie zur Oberseite, aufweist, wobei der Auslassventilwinkel größer ist als der Einlassventilwinkel und mindestens eines des ersten Nockenwellenlagers (72) von den Werkzeugwegen frei und unbesetzt ist.
Zylinderkopfanordnung nach Anspruch 1, wobei das zweite Einlassventil (14) länger ist als das erste Einlassventil (12) und die erste Nockenwellendrehachse und die zweite Nockenwellendrehachse eine erste Nockenwellenebene festlegen, wobei die erste Nockenwellenebene zur Oberseite ungefähr parallel ist.
Zylinderkopfanordnung für eine Hubkolbenmaschine mit: mindestens einem Zylinder (8), wobei der Zylinder in einem Motorblock angebracht ist, einem Kolben (10), der für eine Hin- und Herbewegung im Zylinder (8) angebracht ist, einer Kurbelwelle (71) und einer Pleuelstange, die den Kolben mit der Kurbelwelle verbindet, einem Zylinderkopf (4) mit einem Zündkerzenrohr, einem ersten und einem zweiten Einlassventil (12, 14) für jeden der Zylinder (8) zur Steuerung eines Fluidstroms in jeden der Zylinder, einem oder mehreren Auslassventilen (18) für jeden der Zylinder (8) zur Steuerung des Fluidstroms aus den Zylindern, wobei das erste Einlassventil (12) eine Einlassventil-Wirkungslinie aufweist, und die Auslassventile (18) eine Auslassventil-Wirkungslinie aufweisen, und wobei zwischen der Einlassventil-Wirkungslinie und der Auslassventil-Wirkungslinie ein Ventilöffnungswinkel (22) ausgebildet ist, einer ersten Nockenwelle (24) zum Öffnen aller Auslassventile (18) pro Zylinder (8) und zum Öffnen der ersten Einlassventile (12) pro Zylinder, wobei die erste Nockenwelle (24) eine erste Nockenwellendrehachse aufweist, einer zweiten Nockenwelle (38) zum Öffnen der zweiten Einlassventile (14) pro Zylinder, einem ersten Antriebsmittel (60, 64) zum Antreiben der ersten Nockenwelle (24), einem zweiten Antriebsmittel (60, 66) zum Antreiben der zweiten Nockenwelle (38), einem ernsten Einlasskipphebel (36) mit einer ersten Einlasskipphebelhalterung (35), wobei der erste Einlasskipphebel durch die erste Nockenwelle (24) angetrieben wird und die erste Einlasshalterung (35) eine Drehwelle (32) aufweist, wobei das Zündkerzenrohr zwischen den ersten Einlassventilen (12, 14) und der Drehwelle (32) liegt, wobei die Zylinderkopfanordnung dadurch gekennzeichnet ist, dass: das zweite Antriebsmittel (60, 66) einen Phasenschieber (62) zum Einstellen der Phasenbeziehung der zweiten Nockenwelle (38) zur ersten Nockenwelle (24) zum Einstellen der Phasenbeziehung der Öffnung des ersten Einlassventils relativ zur Öffnung des zweiten Einlassventils aufweist, um den Fluidstrom in die Hubkolbenmaschine zu steuern, wobei die Länge des ersten Kipphebels nicht mehr als 90 Prozent so lang ist wie die Länge des ersten Einlassventils.
Zylinderkopfanordnung nach Anspruch 24, wobei das erste Einlassventil (12) eine Einlassventil-Gesamtlänge aufweist und der erste Einlasskipphebel eine Kipphebellänge, gemessen vom ersten Einlassventil (12) zum Kontaktpunkt des ersten Einlasskipphebels (36) mit der ersten Nockenwelle (24), aufweist.
Zylinderkopfanordnung nach Anspruch 24, wobei der erste Einlasskipphebel (36) eine Drehachse (32) und einen ersten Kontaktpunkt mit der ersten Nockenwelle (24) und einen zweiten Kontaktpunkt mit dem ersten Einlassventil (12) ausweist, wobei der erste Kontaktpunkt im Allgemeinen zwischen dem zweiten Kontaktpunkt und der Drehachse liegt.
Zylinderkopfanordnung nach Anspruch 26, wobei der Abstand vom zweiten Kontaktpunkt zur Drehachse größer ist als 70 Prozent des Abstandes vom ersten Kontaktpunkt zum zweiten Kontaktpunkt.
Zylinderkopfanordnung nach Anspruch 24, welche ferner aufweist eine erste Einlasskipphebel-Drehachse (32), einen ersten Kontaktpunkt zwischen dem ersten Einlasskipphebel und der ersten Nockenwelle (24), einen zweiten Kontaktpunkt zwischen dem ersten Einlassventil (12) und dem ersten Einlasskipphebel (36), eine erste imaginäre Linie zwischen dem ersten Kontaktpunkt und der Drehachse (32), eine zweite imaginäre Linie zwischen dem zweiten Kontaktpunkt und der Drehachse, und einen Schnittwinkel zwischen der ersten imaginären Linie und der zweiten imaginären Linie, wobei der Schnittwinkel geringer als 140 Grad ist.