STAND DER TECHNIK
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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Mehrventilmotor
gemäss dem Oberbegriff des Hauptanspruchs.
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Ein Mehrventilmotor dieser Art ist beschrieben in AUTOMOTIVE
ENGINEERING, Vol. 97, No. 5, Ausgabe Mai 1989, S. 105-109,
Warrendale, PA, USA, in einem Artikel von J. Yamaguchi mit
dem Titel "Five-Valves-per-Cylinder Turbo Engine for New
Micro Car" (Turbomotor mit fünf Ventilen pro Zylinder für
neues Rollermobil). Der Motor ist mit drei Einlassventilen
versehen, von denen das mittlere weiter weg von der
Bohrungsmittelachse des zugehörigen Zylinders angeordnet ist
als die schräg hierzu angeordneten seitlichen Ventile.
Hydraulische Ventileinstellvorrichtungen zur Lagerung der
diese Ventile betätigenden Kipphebel sind in Reihe weiter
entfernt von der Bohrungsmittelachse als die Ventile
vorgesehen.
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Unter dem Titel "Valvetrain Friction Reduced" (Verringerte
Ventiltriebreibung) beschreibt J. Yamaguchi n AUTOMOTIVE
ENGINEERING, Vol. 96, No. 12, Ausgabe Dezember 1988, S. 81,
82, Warrendale, PA, USA, einen Motor, in dem die
hydraulischen Ventileinstellvorrichtungen näher an der
Bohrungsmittelachse des zugehörigen Zylinders angeordnet sind als die
Ventile.
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Wie aus dem Japanischen Patent-Mitteilungsblatt Nr. 62-78453
hervorgeht, ist ein herkömmlicher Mehrventilmotor im
allgemeinen pro Zylinder mit einem aus drei Einlass- und zwei
Auslassventilen bestehenden Ventilsatz versehen, um den
Ansaug- und Ausstosswirkungsgrad zu verbessern.
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In einem derartigen Motor sind die drei Einlassventile so
vorgesehen, dass ihre Schäfte nach aussen zu einer Seite der
Zylinderbohrung geneigt und zueinander parallel, die Schäfte
der beiden Auslassventile dagegen nach aussen zur
gegenüberliegenden Seite der Zylinderbohrung geneigt sind. Die
Unterseiten der Ein- und Auslassventile sind winklig zueinander
angeordnet und bilden einen dachförmigen Verbrennungsraum
mit hohem Wirkungsgrad.
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Die Einlassventile werden über Kipphebel von einer
Einlass- und die Auslassventile über Kipphebel von einer
Auslassnockenwelle getrieben bzw. betätigt. Im Einzelnen sind die
Ein- und Auslasskipphebelwellen in der Zylinderachsrichtung
weiter vom Mittelpunkt der Zylinderbohrung entfernt als die
Ein- und Auslassventile angeordnet. Ein Ende eines jeden
Kipphebels ist schwingend auf der Kipphebelwelle gelagert
und das jeweils andere Ende auf einem Endabschnitt eines
vorderen Schafts der Ein- und Auslassventile. Ein Nocken der
Nockenwelle auf der Oberseite des Kipphebels steht in
Kontakt mit dem mittleren Teil des Kipphebels. Damit schwenkt
der Kipphebel der Drehung der Nockenwelle folgend und leitet
so die Senkrechtbewegung der Ein- und Auslassventile ein.
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Um einen spielfreien Betrieb der Ein- und Auslassventile
sicherzustellen, hatten die Erfinder die Idee, in dem
vorbeschriebenen Mehrventilmotor andersartige als die
herkömmlichen Kipphebel einzusetzen. Der diesbezügliche Kipphebel ist
so gestaltet, dass eines seiner Enden auf einem
Lagerabschnitt einer hydraulischen Ventileinstellvorrichtung
aufliegt und das jeweils andere Ende auf den Endbereichen der
Ein- und Auslassventilschäfte angeordnet ist. In diesem
Mechanismus greift der Nocken der Nockenwelle auf der
Oberseite des Kipphebels von oben im wesentlichen mittig am
Kipphebel an, der damit auf dem Trag- oder Lagerbereich der
hydraulischen Ventileinstellvorrichtung als Achse der
Drehbewegung der Nockenwelle folgend eine Schwenkbewegung
ausführt und damit die Senkrechtbewegung der Ein- und
Auslassventile einleitet.
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Der Nachteil bei diesem Mechanismus ist jedoch darin zu
sehen, dass die drei Einlassventile auf einer Seite der
Bohrung eines jeden Zylinders angeordnet sind und damit die
baulichen Abmessungen des Motors wesentlich grösser werden,
wenn keine konstruktive Änderung bei den Kipphebeln und
hydraulischen Ventileinstellvorrichtungen vorgenommen wird.
Bei einem grösseren Motor lässt sich die ursprüngliche
Zielsetzung, nämlich den Ansaug- und Ausstoss- sowie
Verbrennungswirkungsgrad zu verbessern, nicht realisieren.
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Generell umfasst die hydraulische Ventileinstellvorrichtung
ein zylindrisches Gehäuse mit einem Boden, in dem eine
Innenhülse gleitend angeordnet ist. In dieser hydraulischen
Ventileinstellvorrichtung ist weiter ein Trag- oder
Lagerbereich mit einem Drehzapfen zur Aufnahme des Kipphebels auf
einem Kopfabschnitt der Innenhülse vorgesehen. In eine
zwischen Gehäuse und Innenhülse ausgebildete Hydraulikkammer
wird hoher hydraulischer Druck eingeleitet, der die
Innenhülse aus dem Gehäuse herausdrückt. Damit kann die zwischen
Kipphebel und Lagerbereich wirkende Kraft, nämlich die
Stütz- oder Auflagerkraft, auf einem höheren Wert gehalten
werden, so dass eine Reduzierung der Zwischenräume zwischen
Kipphebel und Nockenwelle sowie zwischen Kipphebel und Ein-
/Auslassventil auf Null erfolgt.
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Bei der vorbeschriebenen hydraulischen
Ventileinstellvorrichtung vollführt die Innenhülse wiederkehrende Hin- und
Herbewegungen im Gehäuse. Schneidet also im Zuge dieser
Hin- und Herbewegung eine gegebene Kraft, d.h. eine Querkraft,
die Stütz- oder Auflagerkraft, so wird die Innenhülse durch
ihre Kippschwenkbewegung während ihres Hin- und Hergehens
mit Schwingung beaufschlagt. Dies hat zur Folge, dass die
Gleitkontaktfläche der Innenhülse einem übermässigen
Verschleiss ausgesetzt ist, durch den sich Probleme wie
Ölaustritte aus der Hydraulikkammer ergeben. Dies führt zu einer
geringeren Haltbarkeit und Zuverlässigkeit der hydraulischen
Ventileinstellvorrichtung.
ZUSAMMENFASSENDE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Mehrventilmotor mit
einer Zylinderreihe, Ein- und Auslassnockenwellen sowie auf
hydraulischen Ventileinstellvorrichtungen angeordneten
Kipphebeln, welcher Mehrventilmotor umfasst eine erste
Ventilgruppe mit einem mittleren Ventil und zwei seitlichen
Ventilen in der Form entweder von durch die Einlassnockenwelle
über Kipphebel betätigten Einlass- oder von durch die
Auslassnockenwelle über Kipphebel betätigten Auslassventilen;
und eine zweite Ventilgruppe mit den jeweils anderen
Ein- oder Auslassventilen, wobei jedes Ventil der ersten
Ventilgruppe
so angeordnet ist, dass sein Schaft nach aussen zu
einer Seite der Zylinderreihe geneigt ist, und jedes Ventil
der zweiten Ventilgruppe in der Weise, dass sein Schaft eine
Neigung nach aussen zur entgegengesetzten Seite der
Zylinderreihe aufweist.
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Eine Aufgabe der Erfindung besteht in der Schaffung des
vorbeschriebenen Mehrventilmotors, bei dem der Maximalwert der
auf den Zylinderkopf zur Aufnahme der hydraulischen
Ventileinstellvorrichtung einwirkenden Stütz- bzw. Auflagerkraft
reduziert ist.
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Diese Aufgabe wird nach den kennzeichnenden Merkmalen der
Erfindung dadurch gelöst, dass eine erste hydraulische
Ventileinstellvorrichtung zur Aufnahme eines ersten Kipphebels
zum Betätigen des mittleren Ventils näher an der
Bohrungsmittelachse des jeweils zugeordneten Zylinders liegt als
dieses mittlere Ventil, dass zweite und dritte hydraulische
Ventileinstellvorrichtungen zur Aufnahme zweiter und dritter
Kipphebel zum Betätigen der seitlichen Ventile weiter von
der Bohrungsmittelachse entfernt sind als diese seitlichen
Ventile, wodurch die erste hydraulische
Ventileinstellvorrichtung und das entsprechende Ventil gegenüber den anderen
hydraulischen Ventileinstellvorrichtungen/Ventilen der
ersten Gruppe verkehrt und damit in der Längsachse des Motors
gesehen die hydraulischen Ventileinstellvorrichtungen im
Zickzack angeordnet sind, und dass ein Ölkanal zur Zuleitung
von Öl aus einem Hauptkanal zunächst zur ersten
hydraulischen Ventileinstellvorrichtung für das mittlere Ventil und
erst dann zu den zweiten und dritten hydraulischen
Ventileinstellvorrichtungen der seitlichen Ventile vorgesehen ist.
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Die Unteransprüche 2 bis 8 beschreiben bevorzugte
Ausführungsformen des Mehrventilmotors gemäss Anspruch 1.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Die Figuren 1 bis 8 zeigen bevorzugte Ausführungsformen
eines erfindungsgemässen Mehrventilmotors.
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Es bedeutet:
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Figur 1 eine Schnittansicht auf Linie I-I in Figur 4;
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Figur 2 eine Schnittansicht auf Linie II-II in Figur 4;
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Figur 3 eine Schnittansicht auf Linie III-III in Figur 4;
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Figur 4 eine perspektivische Draufsicht auf einen
Umfangsbereich eines Zylinders;
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Figur 5 eine im grösseren Maßstab und im Senkrechtschnitt
gezeichnete Seitenansicht einer hydraulischen
Ventilteinstellvorrichtung;
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Figur 6 eine aus den Schnittansichten auf Linie I-I in Figur
7 und Linie I-I in Figur 8 zusammengesetzte Schnittansicht;
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Figur 7 eine Draufsicht auf einen Zylinderkopf;
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Figur 8 eine Draufsicht auf ein Nockengehäuse;
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Figur 9 eine Zeichnung zur Veranschaulichung der Stütz- bzw.
Auflagerkraft; und
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Figur 10 ein Diagramm auf der Basis eines Testergebnisses,
das die Änderung der Stütz- bzw. Auflagerkraft zeigt.
EINZELBESCHREIBUNG BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Es folgt eine Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen der
vorliegenden Erfindung mit Bezug auf die beiliegenden
Zeichnungen.
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Die Figuren 1 bis 4 zeigen einen Vierzylinder-Reihenmotor in
Mehrventilausführung mit drei Ein- und zwei Auslassventilen.
Die Zeichnungen stellen zwar jeweils nur einen Zylinder dar,
doch sind die nicht dargestellten anderen Zylinder in genau
gleicher Weise aufgebaut.
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Gemäss den Zeichnungen 1 bis 4 sind vorgesehen ein
Zylinderblock 10, ein auf diesem Zylinderblock 10 angeordneter
Zylinderkopf 12 und ein Nockengehäuse 14 auf dem Zylinderkopf
12. Der Zylinderblock 10 weist einen Zylinder 16 mit einem
darin gleitend angeordneten Kolben 18 auf, wobei der
Zylinderkopf 12 einen dachförmigen Verbrennungsraum 20 mit einem
Paar schräger Wände 20a, 20b umfasst.
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Drei unabhängige Einlasskanäle 24A, 24B, 24C sind auf der
linken Seite des Zylinders 16 im Bereich des Zylinderkopfes
12 zum Einleiten von Frischluft in den Motor vorgesehen, die
am stromaufwärtigen Ende zusammenlaufen und einen einzelnen
Einlasskanal 24 bilden. Die stromabwärtigen Enden der
unabhängigen Einlasskanäle 24A, 24B, 24C münden in die
Schrägwand 20a auf der linken Seite des Verbrennungsraums 20. Die
Öffnungen der unabhängigen Einlasskanäle 24A, 24C auf beiden
Seiten sind in der Längsachse des Motors (senkrecht in Figur
4) fluchtend und auch näher zur Mittelachse der Bohrung des
Zylinders 16 angeordnet als die Öffnung des mittleren
unabhängigen Einlasskanals 24B.
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Auf der rechten Seite des Zylinders 16 befinden sich im
Bereich des Zylinderkopfs 12 zwei voneinander unabhängige
Auslasskanäle 26A, 26B, die Abgase aus dem Zylinder 16 nach
aussen führen. Diese Kanäle 26A, 26B laufen an ihrem
stromabwärtigen Ende zu einem einzelnen Auslasskanal 28 zusammen.
Die stromaufwärtigen Enden dieser unabhängigen Auslasskanäle
26A, 26B münden in die Schrägwand 20b auf der rechten Seite
des Verbrennungsraums 20 und sind in der Längsachse des
Motors fluchtend ausgerichtet.
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Der Zylinderkopf 12 umfasst ein mittig angeordnetes
Einlassventil 30B zum Öffnen oder Schliessen der Öffnung des
unabhängigen Einlasskanals 24B sowie zwei seitliche
Einlassentile 30A, 30C zum Öffnen bzw. Schliessen der Öffnungen der
unabhängigen Einlasskanäle 24A, 24C. Das mittlere
Einlassventil 30B und die beiden seitlichen Einlassventile 30A, 30C
bilden eine erste Ventilgruppe. Jedes Einlassventil 30A,
30B, 30C weist im Bereich einer jeden Öffnung einen
konischen Kopf 30a sowie einen von diesem Ventilkopf 30a nach
oben verlaufenden Ventilschaft 30b auf. Diese Ventilschäfte
30b sind gleitend im Zylinderkopf 12 angeordnet und
ermöglichen so eine Senkrechtbewegung eines jeden der
Einlassventile 30A, 30B, 30C. Im vorliegenden Falle sind die drei
Einlassventile 30A, 30B, 30C parallel zueinander und so
angeordnet, dass jeder Ventilschaft 30b zur linken Seite der
Bohrung des Zylinders 16 geneigt ist.
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Tellerförmige Federsitze 32A, 32B, 32C sind jeweils an einem
Ende der Ventilschäfte 30b der Einlassventile 30A, 30B, 30C
vorgesehen und es sind Ventilfedern 34A, 34B, 34C zwischen
diese Sitze und den Zylinderkopf 12 eingepasst. Die
Ventilfedern 34A, 34B, 34C drücken aufgrund der durch sie
ausgeübten Kraft jedes der Einlassventile 30A, 30B, 30C nach oben,
d.h. in Ventilschliessrichtung.
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Der Zylinderkopf 12 ist versehen mit zwei Auslassventilen
36A, 36B, die eine zweite Ventilgruppe zum Öffnen oder
Schliessen der Öffnungen der unabhängigen Auslasskanäle 26A
bzw. 26B bilden. Diese Auslassventile 36A, 36B sind so
angeordnet, dass jeder ihrer Schäfte 36b zur rechten Seite der
Bohrung des Zylinders 16 geneigt ist und dass die Schäfte
parallel zueinander sind.
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Die Auslassventile 36A, 36B sind in gleicher Weise wie die
Einlassventile 30A, 309B, 30C senkrecht bewegbar. Weiter
werden sie durch Federsitze 38A, 38B und Ventilfedern 40A,
40B in ihre Schließstellung gepresst.
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Es folgt eine Beschreibung des Antriebsmechanismus für die
Einlassventile 30A, 30B, 30C sowie die Auslassventile 36A,
36B. Eine Einlassnockenwelle 42 und eine Auslassnockenwelle
44, die sich in der Längsachse des Motors erstrecken, sind
auf der linken bzw. rechten Seite des Nockengehäuses 14
angeordnet. Diese Nockenwellen 42, 44 werden über eine
Motorausgangswelle (in den Zeichnungen nicht dargestellt)
betätigt. Die Einlassnockenwelle 42 dreht im und die
Auslassnockenwelle 44 entgegen dem Uhrzeigersinne in Figur 1. Die
Einlassnockenwelle 42 ist mit drei einstückig ausgebildeten
Einlassnocken entsprechend einem jeden der Einlassventile
30A, 30B, 30C und die Auslassnockenwelle 44 mit zwei
einstückig ausgebildeten Auslassnocken 44a entsprechend einem
jeden der Auslassventile 36A, 36B versehen.
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Die Einlassventile 30A, 30B, 30C werden von der
Einlassnockenwelle 42 über Kipphebel 46A, 46B, 46C betätigt. Auf
dem Zylinderkopf 12 befinden sich hydraulische
Ventileinstellvorrichtungen 48A, 48B, 48C jeweils mit einem
Drehzapfen 48a als Lagerung. Ein Ende eines jeden Kipphebels 46A,
46B, 46C wird vom Drehzapfen 48a jeder hydraulischen
Ventileinstellvorrichtung 48A, 48B, 48C aufgenommen, das jeweils
andere Ende vom Endbereich des Ventilschafts 30B eines jeden
der Einlassventile 30A, 30B, 30C. Im grossen und ganzen in
der Mitte der Kipphebel 46A, 46B, 46C befinden sich Rollen
46a mit je einer in Längsrichtung des Motors verlaufenden
Drehachse. Jede Rolle 46a gelangt in Kontakt mit dem
Einlassnocken 42a. Bei Drehung der Einlassnockenwelle 42 leiten
die Rollen 46a eine Senkrechtbewegung entsprechend dem
jeweiligen Hub der Einlassnocken 42a ein. Durch diese
Vertikalbewegung der Rollen 46a wird bewirkt, dass die Kipphebel
46A, 46B, 46C an ihren lagerseitigen Enden verkippt werden.
Damit beginnen die anderen Enden der Kipphebel 46A, 46B, 46C
senkrecht zu schwenken. Dies hat zur Folge, dass im
Zusammenwirken mit dieser Vertikalbewegung der anderen Enden die
Einlassventile 30A, 30B, 30C jede Öffnung der unabhängigen
Einlasskanäle 24A, 24B, 24C öffnen oder schliessen.
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Die Auslassventile 36A, 36B werden durch die
Auslassnockenwelle 44 mittels der Kipphebel 50A, 50B betätigt. Genau wie
bei den Einlassventilen 30A, 30B, 30C umfasst auch dieser
Antriebsmechanismus hydraulische Ventileinstellvorrichtungen
74, 75 zur Lagerung bzw. Aufnahme der Kipphebel 50A, 50B.
Bei Drehung der Auslassnockenwelle 44 leiten die Rollen 50a
der Kipphebel 50A, 50B eine Senkrechtbewegung entsprechend
dem jeweiligen Hub der Auslassnocken 44a ein. Durch diese
Vertikalbewegung der Rollen 50a wird bewirkt, dass die
Kipphebel 50A, 50B an ihren lagerseitigen Enden verkippt werden.
Damit beginnen die anderen Enden der Kipphebel 50A, 50B
senkrecht zu schwenken. Dies hat zur Folge, dass im
Zusammenwirken mit dieser Vertikalbewegung der anderen Enden die
Auslassventile 36A, 36B jede Öffnung der unabhängigen
Einlasskanäle 26A, 26B öffnen oder schliessen.
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Wenngleich in dieser Ausführungsform die drei Einlassventile
30A, 30B, 30C die erste und die beiden Auslassventie 36A,
36B die zweite Ventilgruppe bilden, kann in anderen
Ausführungsformen die erste Gruppe auch aus drei Auslass- und die
zweite Gruppe aus zwei Einlassventilen bestehen.
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Es folgt eine Beschreibung der hydraulischen
Ventileinstellvorrichtungen 48A, 48B, 48C mit Bezug auf Figur 5
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Figur 5 zeigt ein zylindrisches Gehäuse 48b mit einem Boden
und eine gleitend in diesem Gehäuse 48b angeordnete
Innenhülse 48c. Zwischen diesem Gehäuse 48b und der Innenhülse
48c wird eine Hydraulikkammer 48d gebildet. Ein Ölkanal 48f
ist im Gehäuse 48b und in der Innenhülse 48c vorgesehen,
wobei das eine Ende des Ölkanals 45f mit der Hydraulikkammer
48d und das andere Ende mit einem in einer Aussenwand des
Gehäuses 48b ausgebildeten Öleinlass 48e in Verbindung
steht. Ein Rückschlagventil 48g sitzt an einem Ende des
Ölkanals 48f, um den Hydraulikdruck in der Hydraulikkammer 48d
auf einem höheren Wert zu halten. Ein Ölauslasskanal 48h ist
in der Innenhülse 48c vorgesehen. Ein Ende dieses
Ölauslasskanals 48h ist mit dem Ölkanal 48f verbunden, während das
andere Ende zur Öldruckentlastung auf die Mitte des
Drehzapfens 48a mündet.
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Es folgt eine Beschreibung der Funktionsweise der
hydraulischen Ventileinstellvorrichtungen 48A, 48B, 48C.
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Wird einem jeden der Drehzapfen 48a infolge Spiels in den
Ventilsystemen von den Kipphebelns 46A, 46B, 46C eine
verminderte Stütz- oder Auflagerkraft beaufschlagt, so sinkt
der Öldruck in der Hydraulikkammer 48d ab mit dem Ergebnis,
dass das Rückschlagventil 48g öffnet. Mit dem Öffnen des
Rückschlagventils 48g gelangt Öl durch den Ölkanal 48f vom
Öleinlass 48e in die Hydraulikkammer 48d. Durch Expansion in
der Hydraulikkammer 48d wird die Innenhülse 48c aus dem
Gehäuse 48b heraus nach oben verschoben mit dem Ergebnis, dass
jedes Spiel zwischen jedem der Kipphebel 46A, 46B, 46C und
der Eingangsnockenwelle 42 sowie jedem der Kipphebel 46A,
46B, 46C und den Einlassventilen 30A, 30B, 30C
ausgeschaltet
wird. Damit wird den Drehzapfen 48a von jedem Kipphebel
46A, 46B, 46C eine höhere Auflagerkraft beaufschlagt und der
Öldruck in der Hydraulikkammer 48d erhöht, so dass das
Rückschlagventil 48g schliesst. Damit ist die Position der
Innenhülse 48c im Gehäuse 48b fixiert und wird jeder Kipphebel
46A, 46B, 46C von den Drehzapfen 48a aufgenommen und
abgestützt.
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In ihrer konstruktiven Gestaltung und Funktionsweise
entsprechen die hydraulischen Ventileinstellvorrichtungen 52A,
52B genau den Ventilstellern 48A, 48B, 48C, so dass von
einer weitergehenden Beschreibung derselben abgesehen wird.
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Mit Bezug auf Figur 1 bis 4 wird nunmehr das lagemässige
Verhältnis der hydraulischen Ventileinstellvorrichtungen
48A, 48B, 48C, 52A und 52B beschrieben.
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Was zunächst die Einlaßseite anbetrifft, so ist die erste
hydraulische Ventileinstellvorrichtung 48B für das mittlere
Einlassventil 30B näher an der Bohrungsmittelachse des
Zylinders 16 angeordnet als das mittlere Einlassventil 30B,
d.h. auf der Nacheilseite in Drehrichtung der
Einlassnockenwelle 42. Diese erste hydraulische Ventileinstellvorrichtung
ist unter einem vorgegebenen Winkel nach links zum
Drehzapfen 48a schräggestellt. Anders ausgedrückt ist die erste
hydraulische Ventileinstellvorrichtung 48B parallel zur
Richtung der Stütz- bzw. Auflagerkraft des Kipphebels 46B
geneigt.
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Die zweiten und dritten hyraulischen
Ventileinstellvorrichtungen 48A, 48C für die seitlichen Einlassventile 30A, 30C
sind weiter entfernt von der Bohrungsmittelachse des
Zylinders
16 angeordnet als die seitlichen Einlassventile 30A,
30C, d.h. auf der Voreilseite in Drehrichtung der
Einlassnockenwelle 42.
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Damit sind die zweiten und dritten hydraulischen
Ventileinstellvorrichtungen 48A und 48C und die erste hydraulische
Ventileinstellvorrichtung 48B auf der Einlaßseite über die
Einlassventile 30A, 30B, 30C hinweg zickzackartig in der
Längsachse des Motors verlaufend angeordnet.
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Was die Auslaßseite betrifft, so sind die hydraulischen
Ventileinstellvorrichtungen 52A, 52B für die Auslassventile
36A, 36B weiter von der Bohrungsmittelachse des Zylinders 16
entfernt angeordnet als die Auslassventile 36A, 36B, d.h.
auf der Voreilseite in Drehrichtung der Auslassnockenwelle
44.
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Der Zylinderkopf 12 umfasst einen mit dem Öleinlass 48e der
ersten hydraulischen Ventileinstellvorrichtung 48B für das
mittlere Einlassventil 30B in Verbindung stehenden ersten
Ölzulaufkanal 54, einen mit den Öleinlässen 48e der zweiten
und dritten hydraulischen Ventileinstellvorrichtungen 48A,
48C für die seitlichen Einlassventile 30A, 30C in
Verbindung stehenden zweiten Ölzulaufkanal 56, und einen mit den
Öleinlässen 48e der hydraulischen
Ventileinstellvorrichtungen 52A, 52B für die Auslassventile 36A, 36B in Verbindung
stehenden dritten Ölzulaufkanal 58.
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Die konstruktive Gesaltung eines Ölkanals für die Zuleitung
von Öl zu den ersten bis dritten Ölzulaufkanälen 54, 56, 58
wird nachfolgend beschrieben mit Bezug auf Figur 6 bis 8.
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Wie aus diesen Zeichnungen hervorgeht, umfasst ein erster
Kanal 60 die Kanalabschnitte 60a, 60b, 60c. Ein Ende des
Kanalabschnitts 60a ist mit der längsgerichteten Mitte eines
Hauptölkanals (in den Zeichnungen nicht dargestellt)
verbunden, der in Längsrichtung durch den Zylinderblock 10
verläuft, während das andere Ende wie aus Figur 6 ersichtlich
durch den Zylinderblock 10 nach oben bis zur Innenseite des
Zylinderkopfes 12 geführt ist. Der Kanalabschnitt 60b
verläuft im Zylinderkopf 12 nach hinten (in Figur 6 zur rechten
Seite) bis zum rückwärtigen Teil des Zylinderkopfes 12. Der
Kanalabschnitt 60c erstreckt sich nach oben durch den
Zylinderkopf 12 im hinteren Teil desselben bis zur Innenseite des
Nockengehäuses 14.
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Ein mit dem ersten Kanal 60 verbundener zweiter Kanal 62 um
fasst die Kanalabschnitte 62a, 62b. Ein Ende des Abschnitts
62a ist innerhalb des Nockengehäuses 14 mit dem ersten Kanal
60 verbunden, während das zweite Ende diagonal nach oben zur
Vorderseite verläuft, um wie aus Figur 8 ersichtlich die
quergerichte Mitte des Nockengehäuses 14 zu erreichen. Der
Kanalabschnitt 62b erstreckt sich von der quergerichteten
Mitte des Nockengehäuses 14 aus in Querrrichtung. Linke und
rechte Endbereiche des Kanalabschnitts 62b sind mit
Lageröldurchlässen verbunden, wobei diese ihrerseits mit
Lagerkrägen (in den Zeichnungen nicht dargestellt) der Ein- und
Auslassnockenwellen 42, 44 in Verbindung stehen.
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Ein mit dem zweiten Kanal 62 verbundener dritten Kanal 64
ist über das eine seiner Enden mit dem Kanalabschnitt 62b
des zweiten Kanals 62 innerhalb des Nockengehäuses
verbunden, während das andere Ende nach unten durch das
Nockengehäuse 14 zum Inneren des Zylinderkopfes 12 geht, um sodann
mit dem ersten Ölzulaufkanal 54 verbunden zu werden. Linke
und rechte Zweigkanäle 66, 68 stehen mit dem dritten Kanal
64A und dem zweiten bzw. dritten Ölzulaufkanal 56, 58 in
Verbindung.
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Bei diesem System wird von einer Ölpumpe des Motors (nicht
dargestellt) unter hohen Druck gesetztes Öl zum Hauptölkanal
und anschliessend über den ersten Kanal 60 und den zweiten
Kanal 62 dem dritten Kanal 64 zugeführt, aus dem es sodann
in den ersten Ölzulaufkanal 54 gelangt, um schliesslich aus
diesem zur ersten hydraulischen Ventileinstellvorrichtung
48B für das mittlere Einlassventil 30B verbracht zu werden.
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Das restliche Öl im dritten Kanal 64 strömt über die linken
und rechten Zweigkanäle 66, 68 in die zweiten und dritten
Ölzulaufkanäle 56, 58 und von hier zu den zweiten und
dritten hydraulischen Ventilstellern 48A, 48C für die seitlich
angeordneten Einlassventile 30A, 30C sowie die hydraulischen
Ventileinstellvorrichtungen 52A, 52B für die Auslassventile
36A, 36B. Ein Teil des dem zweiten Kanal 62 zugeführten Öls
fliesst durch den Lagerölzulaufkanal zu den Lagerkrägen der
Ein- und Auslassnockenwellen 42, 44.
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Die vorgenannten ersten bis dritten Kanäle 60, 62, 64, die
linken und rechten Zweigkanäle 66, 68 sowie die ersten bis
dritten Ölzulaufkanäle 54, 56, 58 bilden einen Ölkanal 70,
der das Öl aus dem Hauptölkanal zur ersten hydraulischen
Ventileinstellvorrichtung 48B für das mittlere Einlassventil
30B und anschliessend zu den zweiten und dritten
hydraulischen Ventilstellern 48A, 48C für die seitlich angeordneten
Einlassventile 30A, 30C leitet.
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Ein Zündkerzenloch 72 verläuft durch den Zylinderkopf 12 und
das Nockengehäuse 14 im oberen Teil des Verbrennungsraums
20. In dieses Loch 72 ist eine Zündkerze 74 so eingesetzt,
dass ihr Unterbrecherkontakt 74a der Innenseite des
Verbrennungsraums 74 zugewandt ist. Kerzenloch 72 und Zündkerze 74
sind parallel zu den Ventilschäften eines jeden der
Auslassventile 36A, 36B angeordnet, wobei der Unterbrecherkontakt
74 in der Bohrungsmittelachse des Zylinder 16 im Inneren des
Verbrennungsraums 20 liegt. Eine im Zylinderkopf 12 im
oberen Teil des Einlasskanals angeordnete Einspritzdüse 76
spritzt Kraftstoff in einen eingeleiteten Frischluftstrom.
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Die drei Kipphebel 46A, 46B, 46C sind gleichartig aufgebaut.
In diesem Zusammenhang könnte man überlegen, die
Mittelpunkte der Rollen 46a für die drei Kipphebel 46A, 46B, 46C
einander anzugleichen, doch wurde in dieser Ausführungsform von
einer solchen Möglichkeit abgesehen, um abmessungsgrössere
Kipphebel 46A, 46B, 46C zu vermeiden.
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Gemäss der vorstehenden Einzelbeschreibung der bevorzugten
Ausführungsformen sind die Einlassventile 30A, 30B, 30C so
ausgerichtet, dass jeder Ventilschaft 30b nach aussen zur
linken Seite der Bohrung des Zylinders 16 geneigt ist, bei
den Auslassventilen 36A, 36E dagegen jeder Ventilschaft 36b
nach aussen zur rechten Seite dieser Zylinderbohrung. Damit
lassen sich die Unterseiten der Ventilköpfe 30a, 36a der
Ein- und Auslassventile winklig so anordnen, dass ein
dachförmiger Verbrennungsraum 20 mit hohem Wirkungsgrad
geschaffen wird.
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Die Einlassventile 30A, 30B, 30C sind so angeordnet, dass
ihre Ventilschäfte 30b parallel zueinander liegen, was
gleichermassen für die Ventilschäfte 36b der Auslassventile 36A,
36B gilt. Damit bilden die beiden Schrägwandungen 20a, 20b
des Verbrennungsraums 20 eine einzelne zusammenhängende
Ebene. Da also der Verbrennungsraum 20 in einer günstigen Form
ausgebildet werden kann, ist die Entstehung einer Quenchzone
ausgeschlossen und die Erzeugung von HC usw. eingeschränkt,
was das Emissionsverhalten des Motors verbessert.
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In dieser Ausführungsform sind die ersten hydraulischen
Ventileinstellvorrichtungen 48A, 48B, 48C für die
Einlassventile 30A, 30B, 30C zickzackförmig angeordnet, so dass also
der Kipphebel 46B und der erste hysdraulische Ventilsteller
48B für das mittlere Einlassventil 30B näher an der
Bohrungsmittelachse des Zylinders 16 angeordnet werden kann als
das mittlere Einlassventil 30B. Demgegenüber liegen die
Kipphebel 46A, 46C sowie die zweiten und dritten
hydraulischen Ventilsteller 46A, 46C für die seitlich angeordneten
Einlassventile 30A, 30C weiter von der Bohrungsmittelachse
des Zylinders 16 weg als diese seitlichen Einlassventile
selbst. Dieses lagemässige Verhältnis ermöglicht eine
kürzere Baulänge des Motors und damit einen Motor in
Kompaktausführung.
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Es folgt eine Erläuterung der Kraftübertragung auf den
Kipphebel 46 der Einlaßseite mit Bezug auf Figur 9:
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Auf den Kipphebel 46 wirkt eine Kontaktkraft des Nocken 42a,
die sodann in eine auf einen Endabschnitt des Ventilschafts
30b des Einlassventils 30 und eine auf den Lagerbereich 48a
der hydraulischen Ventileinstellvorrichtung 48, d.h. in eine
Stütz- oder Auflagerkraft F, aufgeteilt wird. Bei
Berücksichtigung eines Hebelverhältnisses R (das ausweist, zu
welchem Zeitpunkt des Hubs das Einlassventil 30 im Vergleich
zum Anhebungsgrad des Nockens 42a eine Bewegung erfährt)
wird die Stützkraft F mit zunehmendem Hebelverhältnis R
grösser in dem Falle, wo die Kontaktkraft des Nockens 42a
konsistent bleibt. Im Einzelnen lässt sich dieses
Hebelverhältnis bestimmen anhand der Gleichung R = L/Q, wobei R
ermittelt wird durch Division von L (Abstand zwischen einem
Kontaktpunkt des Kipphebels 46 mit dem Lagerbereich 48a und
einem Kontaktpunkt des Kipphebels 46 mit dem Endabschnitt
des Ventilschafts 30b) durch Q (Abstand zwischen einem
Kontaktpunkt des Kipphebels 46 mit dem Lagerbereich 48a und
einem Kontaktpunkt des Kipphebels 46 mit dem Nocken 42a).
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Es erfolgt ein Vergleich zwischen dem Fall, wo die
Drehrichtung des Nocken 42a entsprechend der durchgezogenen Linie
eingestellt ist (mit Anordnung der hydraulischen
Ventileinstellvorrichtung 48 auf der Nacheilseite der Drehrichtung
der Nockenwelle 42) und dem Fall, wo die Drehrichtung des
Nocken 42a dem gestrichelten Pfeil entspricht (mit Anordnung
des hydraulischen Ventilstellers 48 auf der Voreilseite der
Drehrichtung der Nockenwelle 42). Das Ergebnis dieses
Vergleichs zeigt die Figur 10. Die Differenz in der
Drehrichtung des Nocken 42a ergibt die Differenz der Änderung des
Hebelverhältnisses R zwischen diesen beiden Fällen. Figur 10
zeigt, dass bei Anordnung des hydraulischen Ventilstellers
48 auf der Voreilseite (gestrichelte Linie) der Drehrichtung
der Nockenwelle 42 die maximale Grösse der Stützkraft F
kleiner wird als bei Anordnung dieser
Ventileinstellvorrichtung 48 auf der Nacheilseite (durchgezogene Kurve) und dass
weiter der Maximalpunkt der Stütz- oder Auflagerkraft F auf
die Öffnungsseite des Einlassventils 30 gelegt werden kann.
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Wie an anderer Stelle bereits beschrieben, sind in dieser
Ausführungsform die zweiten und dritten hydraulischen
Ventilsteller 48A, 48C für die seitlich angeordneten
Einlassventile 30A, 30C auf der Voreilseite der Drehrichtung der
Einlassnockenwelle 42 angeordnet mit dem Ergebnis, dass das
Hebelverhältnis R der Kipphebel 48A, 48C kleiner und damit
die Stützkraft dieser zweiten und dritten
Ventileinstellvorrichtungen 48A, 48C eingeschränkt wird. Dementsprechend
lassen sich Haltbarkeit und Zuverlässigkeit dieser zweiten
und dritten hydaulischen Ventilsteller 48A, 48C verbessern
und wird für den Motor ein grösserer Drehzahlbereich
möglich. Da der Maximalpunkt der Stützkraft F auf der
Öffnungsseite des Ventils liegt, lässt sich weiter ein Springen der
seitlich angeordneten Einlassventile 30A, 30C nach dem
Schliessen verhindern, so dass der Zeitpunkt für die
Beendigung
des Einlass- oder Ansaugvorgangs über den gesamten
Motordrehzahlbereich hinweg genau eingehalten werden kann.
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Die erste hydraulische Ventileintellvorrichtung 48B für das
mittlere Einlassventil 30B befindet sich zwar auf der
Nacheilseite der Drehrichtung der Nockenwellle 42, doch wird auf
deren Innenhülse 48c keinerlei Seitenkraft ausgeübt, da
dieser erste hydraulische Ventilsteller 48B von der Mittelachse
der Bohrung des Zylinders 16 aus unter einem vorgegebenen
Winkel so geneigt ist, dass er zum Richtungsverlauf der
Stützkraft parallel liegt. Dies hat zur Foge, dass die
Innenhülse 48c glatt und absolut schwingungsfrei unter
Einschluss ihrer Kipp- bzw. Schwenkbewegung hin und her geht.
Damit ist die Innenhülse 48c gleitkontaktseitig frei von
übermässigem Verschleiss mit dem Ergebnis, dass Haltbarkeit
und Zuverlässigkeit des ersten hydraulischen Ventilstellers
48B verbessert und der Drehzahlbereich des Motors
vergrössert werden kann.
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Da die erste hydraulische Ventileinstellvorrichtung 48B für
das mittlere Einlassventil 30B auf der Nacheilseite der
Drehrichtung der Nockenwelle 42 angeordnet ist, wird die
Stütz- bzw. Auflagerkraft F grösser. Es wird über den ersten
Ölzulaufkanal 54 des unabhängigen Ölkanals aber Öl aus dem
Hauptölkanal zunächst diesem ersten hydraulischen
Ventilsteller 48B vor den anderen, d.h. den ersten und zweiten
Ventileinstellvorrichtungen 48A, 48C, zugeführt, so dass
eine glatte Hin- und Herbewegung der Innenhülse 48c
sichergestellt wird. Auf diese Weise ergibt sich eine weitere
Verbesserung der Haltbarkeit und Zuverlässigkeit des ersten
hydraulischen Ventilstellers 48B.
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Wenngleich im Motor der vorliegenden Ausführungsform die
erste hydraulische Ventileinstellvorrichtung 48B geneigt
angeordnet ist, wird das Kerzenloch 72 parallel zu den
Auslassventilen 36A, 36B schräggestellt, um störende
Beeinflussungen des ersten Ventilstellers 48B auszuschliessen. Dies
ermöglicht die raumsparende Kompaktausführung des Motors.
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Der Unterbrecherkontakt 74a der Zündkerze 74 befindet sich
bei dem erfindungsgemässen Motor in der Bohrungsmittelachse
des Zylinders 16 im Verbrennungsraum 20. Damit wird eine
konsistente Flammenfortpflanzung in radialer Richtung der
Zylinderbohrung sichergestellt und der maximale Vorteil
eines dachförmigen Verbrennungsraums, d.h. ein verbesserter
Verbrennungswirkungsgrad, zuverlässig erreicht.