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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Brennkraftmaschine gemäß dem
Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Neuerdings sind Maschinen mit 5 Ventilen, die 3 Einlaßventile und 2 Auslaßventile pro
Zylinderkopf aufweisen, verstärkt verwendet worden, um die Beladungseffektivität und
demzufolge die Leistung der Maschine zu erhöhen. Andererseits entstehen
Schwierigkeiten bei der Verteilung einer solchen erhöhten Anzahl von Einlaß- und Auslaßventilen
oberhalb der Brennkammer jedes Zylinders einer solchen Maschine. In Bezug auf das
Design des Zylinderkopfes einer solchen Maschine sollte dafür gesorgt werden, die
Höhe der Maschine so niedrig wie möglich zu halten, allerdings eine ausreichende
Kühlfähigkeit der Kühlmantelanordnung, die sich um den Zylinderkopf herum erstreckt,
sicherzustellen. In Anbetracht des Ventilbetätigungsmechanismus für eine solche Maschine
weist jedes Einlaß- oder Auslaßventil einen Ventilstößel an dem oberen Ende des
Ventilschafts jedes der Ventile auf, die durch Erhebungen einer zugeordneten Nockenwelle
gedrückt werden, und eine vorspannende Ventilfeder ist zwischen einer
Ventilhalteklemme, die auf dem oberen Bereich jedes Ventilschafts gesichert ist, und einem
Ventilfedersitz, der auf dem Innenwandbereich des Zylinderkopfs für jedes der Einlaß- und
Auslaßventile vorgesehen ist, installiert.
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Maschinen, wie beispielsweise eine Maschine mit 5 Ventilen, die eine größere Anzahl
von Einlaßventilen als Auslaßventile für jeden Zylinder aufweisen, verwenden häufig
Auslaßventile, die, aufgrund deren geringerer Anzahl in Bezug auf die Einlaßventile, so
aufgebaut sind, daß sie im Durchmesser größer sind, um die notwendigen Querschnitte
der Auslaßdurchgangswege sicherzustellen. Demgemäß übersteigt die Masse eines
solchen Auslaßventils diejenige des Einlaßventils, und Auslaßventile, die schwerer als
Einlaßventile sind, sind in vielen Fällen eingesetzt worden. Weiterhin ist die
Ventilanhebung der Auslaßventile so eingestellt worden, daß sie größer als diejenige der
Einlaßventile ist. Unter Anbetracht der vorstehend angeführten Bedingungen erfordert
die vorspannende Ventilfeder für das Auslaßventil einen größeren Durchmesser und
eine größere Federkonstante, um das schwerere Auslaßventil in seine Schließposition
ohne irgendeine Fehlfunktion zu drücken, und die Länge der Ventilfeder muß größer sein
als diejenige der Einlaßventilfedern, um zu ermöglichen, daß die Ventilanhebung der
Auslaßventile erhöht werden kann. Die erhöhte Länge trägt zu einer beträchtlichen
Erhöhung der Gesamthöhe der Maschine bei.
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In jedem Fall ist es erwünscht, die Höhe der Maschine, soweit dies möglich ist, zu
reduzieren. In Anbetracht der vorstehend erwähnten Erfordernisse erfordert eine
eingeschränkte Maschinenhöhe, daß der Ventilfedersitz des Auslaßventils erniedrigt wird, um
die notwendige Ventilanhebung beizubehalten. Allerdings verbraucht ein erniedrigter
Ventilfedersitz normalerweise einen gewissen Raum, der für die Kühlanordnung des
Zylinderkopfs erforderlich ist, insbesondere für den Kühlmantel an der Auslaßseite nahe
dem Auslaßdurchgangsweg für das Abgas. Demzufolge resultiert eine Erniedrigung der
Position des Ventilfedersitzes auf der Auslaßseite in einem kleineren Kühlmantel an
diesem Bereich und einer reduzierten Kühleffektivität. Andererseits würde die
Ventilanhebung des Auslaßventils unzureichend sein.
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Weiterhin führt auf der Einlaßventilseite die erhöhte Anzahl davon zu einem sehr engen
Raum, der nur zwischen den benachbarten Einlaßventilen verfügbar ist, und der
Abstand zwischen diesen wird beträchtlich klein, was zu Problemen beim Sicherstellen des
Raums zum Aufnehmen der Ventilstößel der Einlaßventile führt.
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Neben den vorstehend angeführten Problemen sollte, insbesondere für Maschinen vom
V-Typ, der Nockenwellenantriebsmechanismus, der ein Zwischenzahnrad, ein
Zwischenkettenrad, oder eine Zwischenriemenscheibe umfaßt (in Abhängigkeit von dem
Typ einer Übertragung, die zum Antrieb der Nockenwelle von der Kurbelwelle aus
verwendet wird) nicht unnötig den Raum innenseitig der V-Bank zum Anordnen und Warten
von Hilfseinrichtungen, die darin angeordnet sind, einschränken. Demgemäß sollten
Komponenten der Nockenwellenantriebsübertragung oder Gehäuse dafür nicht in den
Raum zwischen den zwei Reihen bzw. Bänken einer Brennkraftmaschine vom V-Typ
vorstehen.
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Die US 4615 309 stellt eine Brennkraftmaschine des Typs dar, wie er zu Beginn
erwähnt ist, der drei Einlaßventile und zwei Auslaßventile aufweist, die durch eine Auslaß
Nockenwelle und eine Einlaß-Nockenwelle jeweils betätigt werden. Ventilstößel sind
gleitbar in dem Zylinderkopf aufgenommen und Ventilfedern sind zum Vorspannen der
Ventile zu deren Schließposition hin vorgesehen. Die Ventilfederhalter sind an einem
unteren Ende der Ventilstößel angeordnet, wobei die Federn außenseitig der
Ventilstößel an dem unteren Ende davon zurückgehalten sind. Um einen ausreichenden Hub der
Ventile zu ermöglichen, sind die Ventilsitze ziemlich niedrig angeordnet, so daß dabei
Probleme mit dem Kühlmantel vorhanden sind, da der verfügbare Raum für den
Kühlmantel beträchtlich reduziert wird.
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Demgemäß ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Brennkraftmaschine
zu schaffen, die einen verbesserten Ventilbetätigungsmechanismus besitzt, der
ermöglicht, die Gesamthöhe der Maschine in Bezug auf die Auslaßventile einzuschränken und
Schwierigkeiten beim Anordnen der Ventilstößel für die Einlaßventile zu eliminieren,
gleichzeitig einen geeigneten Raum für die Kühlmäntel auf der Auslaßseite des
Zylinderkopfs sicherzustellen oder zu vergrößern, um so eine hohe Kühleffektivität
sicherzustellen und eine ausreichende Ventilanhebung der Auslaßventile zu garantieren.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die
Ventilfederhalter der Auslaßventile zusammen mit dem oberen Ende der zugehörigen Auslaß
ventilfedern innerhalb der Auslaßventilstößel jeweils aufgenommen sind und der
Abstand zwischen den Auslaß-Federsitzen und den Auslaßöffnungen, ausgebildet in einer
unteren Oberfläche des Zylinderkopfes, größer ist als der Abstand zwischen den Einlaß-
Federsitzen und den jeweiligen Einlaßöffnungen.
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Demgemäß wird der Raum, der für den Kühlmantel verfügbar ist, auf der Auslaßseite
des Zylinderkopfs beträchtlich verglichen zu der Einlaßseite vergrößert. Eine hohe
Kühleffektivität für die Auslaßventile, die höheren Temperaturbelastungen unterworfen sind,
wird dadurch sichergestellt. Weiterhin ermöglicht die Becherstruktur der
Auslaß-Ventilfederanordnung mit den Auslaß-Ventilfederhaltern und dem oberen Ende der
zugeordneten Auslaßventilfeder, die innenseitig des Auslaßventilstößels aufgenommen ist,
ausreichende Ventilanhebungen für die Auslaßventile ohne Erhöhung des
Gesamtgewichts des Zylinderkopfs.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung werden die
Außendurchmesser der Ventilfedern der Einlaßventile so eingestellt, daß sie im
wesentlichen dem Außendurchmesser der zugeordneten Einlaßventilstößeln entsprechen, was
dazu führt, daß das obere Ende jeder ein Einlaßventil drückenden Feder im
wesentlichen nahe zu dem unteren Ende des zugeordneten Einlaßventilstößels positioniert ist,
was irgendeine weitere radiale Beabstandung vermeidet, die diejenige übersteigt, die
durch den Durchmesser der Einlaßventilfedern bestimmt, daß er erforderlich ist. Im
Sinne dieser Vorschrift einer Einstellung der Außendurchmesser der Einlaßventilfeder und
des Einlaßventilstößels so, daß sie im wesentlichen gleich zueinander sind, deckt
sowohl eine Einstellung beider Durchmesser auf Größen, bei denen sich beide Teile
gegenseitig beeinflussen werden, als auch um beide Durchmesser auf Größen zu setzen,
wo in einer Preßpassung ein Eingriff keinen Spalt beläßt, der für relative Bewegungen
zwischen dem oberen Ende der Ventilfeder und des Ventilstößeis ausreichend ist, in
einem Fall, wo die das Ventil vorspannende Feder so aufgebaut ist, daß sie schützend in
den Einlaßventilstößel eingesetzt wird, der durch den zugeordneten Ventilfederhalter
zurückgehalten wird.
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Demgemäß weist der Ventilbetätigungsrnechanismus eine sogenannte
Doppelstapelstruktur für die Einlaßventilseite auf, bei der das obere Ende der vorspannenden
Ventilfeder für jedes Einiaßventil angrenzend an das untere Ende des zugeordneten
Ventilstößels positioniert ist. An der Auslaßseite wird eine sogenannte Becherstruktur für die
Auslaßventile eingesetzt, bei der der obere Endbereich der Auslaßventilfeder jeweils in
den Auslaßventilstößel eingesetzt wird. Demzufolge können die Einlaßventilstößel,
vorzugsweise drei Stößel pro Zylinder, ohne irgendwelche Schwierigkeiten in Anbetracht
deren engen Nachbarschaft, angeordnet werden, wobei die Gesamthöhe der Maschine
aufgrund der kompakten Auslaßventilstruktur begrenzt werden kann.
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Gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann die
Einstellung des Abstands zwischen der Einlaß- und Auslaß-Nockenwelle und jedes der
Federsitze für die Einlaß- und das Auslaßventile gleich zueinander unter Einsatz der
sogenannten Doppelstapelstruktur (Einlaßseite) und einer Becherstruktur (Auslaßseite) die
Länge der Ventilfeder für jedes der Auslaßventile relativ länger aufgebaut werden, was
zu einer erhöhten Ventilanhebung und einer Verbesserung der Auslaßeffektivität,
obwohl die Anzahl der Auslaßventile geringer als die Anzahl der Einlaßventile ist, führt,
und die Gesamthöhe der Maschine kann begrenzt werden.
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Durch die seitliche Versetzung eines Zwischenkettenrads
(Nockenwellenantriebszahnrad oder Kettenrad oder Riemenscheibe eines Antriebszugs) kann der Abstand
zwischen einer V-Bank eines solchen Typs einer Maschine vergrößert werden und die
Räume zum Anordnen und Warten der Hilfseinrichtungen werden ausreichend erhalten. In
dem letzteren Fall kann der Nockenbetätigungsmechanisrnus gemäß der vorliegenden
Erfindung solche über Zahnradzüge, Zeitsteuerriemen oder Zeitsteuerketten umfassen.
Deshalb ist das Nockenwellenantriebsrad an der Auslaß und Einlaß-Nockenwelle
jeweils fest befestigt, wobei es auch ein Nockenzahnrad, ein Nockenkettenrad oder eine
Nockenriemenscheibe besitzt, und zwar in Abhängigkeit von dem Typ der Übertragung,
der ausgewählt ist. Dementsprechend kann das Zwischenkettenrad, das die
Drehbewegung der Kurbelwelle auf die Nockenwelle überträgt, aus einem Zwischenzahnrad,
einem Zwischenkettenrad oder einer Zwischenriemenscheibe aufgebaut sein, die an den
Typ des Antriebszugs angepaßt sind. Vorzugsweise ist das Zwischenkettenrad seitlich
versetzt von einer Mittelebene angeordnet, die die Achsen der Zylinder einer
Zylinderbank und die Kurbeiwellenachse enthält, und zwar zu der Auslaßseite hin. Ähnlich ist
der Abstand der Achse der Auslaß-Nockenwelle größer als der Abstand der Achse der
Einlaß-Nockenwelle von dieser Ebene. Auf diese Art und Weise kann eine Behinderung
des inneren V-Raums zwischen den Zylinderbänken einer Maschine vom V-Typ durch
einen Gehäusebereich verhindert werden und ein Aufnehmen ebenso wie ein
Unterbringen von Hilfseinrichtungen, wie beispielsweise eine Drehstromlichtmaschine, kann
erleichtert werden.
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Weiterhin umfassen die Verfahren zum Antreiben der Nockenwelle mit dem
Zwischenkettenrad ein solches, bei dem das Zwischenzahnrad in Eingriff mit sowohl dem
Einlaßals auch Auslaß-Nockenzahnrad steht, ein solches, bei dem das Zwischenkettenrad mit
beiden oder einem der Einlaß- und Auslaß-Nockenkettenräder über eine Kette
verbunden ist, ein solches, bei dem die Zwischenriemenscheibe mit beiden oder einem der
Einlaß- und Auslaß-Nockenriemenscheiben über einen Antriebsriemen verbunden ist,
und verschiedene andere Arten.
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Andere bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind in den weiteren
Unteransprüchen angegeben.
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Nachfolgend wird die vorliegende Erfindung in größerem Detail unter Bezugnahme auf
eine Ausführungsform davon in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen
beschrieben, wobei:
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Figur 1 zeigt eine schematische Vorderansicht einer Vier-Takt-Maschine vom V-Typ
gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
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Figur 2 zeigt eine geschnittene Vorderansicht der rechten Seite des
Zylinderkopfbereichs der Maschine, die in Figur 1 dargestellt ist,
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Figur 3 zeigt eine Draufsicht des oberen Kopfs des Zylinderkopfs der Maschine;
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Figur 4 zeigt eine Vorderansicht der Maschine ähnlich zu Figur 1 einer anderen
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, und
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Figur 5 zeigt eine Vorderansicht einer Maschine ähnlich zu denjenigen der Figuren 1
und 4 mit einem unterschiedlichen Typ eines Nockenwellenantriebssystems.
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Nachfolgend wird eine Vier-Takt-Brennkraftmaschine vom V-Typ, die fünf Ventile für
jeden Zylinder aufweist, insbesondere der Zylinderkopfbereich davon, bei dem eine
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung angewandt wird, unter Bezugnahme auf die
beigefügten Zeichnungen erläutert. Nachfolgend wird die Basisstruktur der Maschine
unter Bezugnahme auf Figur 1 erläutert.
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In Figur 1, die schematisch eine Vorderansicht der Maschine 1 darstellt, ist ein
Zylinderblock 2 dargestellt, der mit einem Kurbelgehäuse 3 an seiner unteren Endfläche
verbunden ist und ein Paar eines linken und rechten Zylinderkopfs 4 aufweist, die Kopfdeckel 5
besitzen, die auf ihren oberen Flächen aufgesetzt und befestigt sind. Der Zylinderblock
2 definiert eine Vielzahl von Zylindern oder Laufbüchsen 6, die in einer V-Form, aus
Sicht der Kurbelwellenrichtung, angeordnet sind, wie dies in Figur 1 dargestellt ist. Ein
Kolben ist in jeden Zylinder 6 eingesetzt und ist über eine Pleuelstange 8 mit der
Kurbelwelle 9, wie gewöhnlich, verbunden.
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Der Zylinderkopf 4 jeder Zylinderbank der Maschine vom V-Typ ist eine
spiegelsymmetrische Struktur, die aus einem oberen Kopf 11 und einem unteren Kopf 10 jeweils
zusammengesetzt ist. Der untere Kopf 10 definiert Verbrennungsräume 12, die wiederum
eine Brennkammer für jeden Zylinder 6 bilden, der durch die vordere Fläche des
jeweiligen Kolbens 7, der gleitbar darin aufgenommen ist, definiert ist.
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Wie in Figur 2 dargestellt ist, weist der Brennraum 12 des jeweiligen Zylinders 6 drei
Einlaßöffnungen 12a, 12b und 12c ebenso wie zwei Auslaßöffnungen 12d und 12e, die
entlang des Umfangs des Brennraums 12 angeordnet sind, auf, wobei deren
Mittenbereich mit einer Einsetzöffnung 12i ausgebildet ist, die dazu geeignet ist, eine
gewöhnliche Zündkerze darin aufzunehmen. Die Auslaßöffnungen 12d und 12e sind zu der
Außenwand 10b des Zylinderkopfs 4 herausgeführt, die sich entlang des Seitenumfangs
der V-förmigen Zylinderbank mittels der Auslaßkanäle 13d und 13e erstrecken. Die
Einlaßöffnungen 12a, 12b und 12c sind zu einer Wand 10a des Zylinderkopfs 4, die an der
Innenseite der V-förmigen Zylinderbank angeordnet sind, mittels Einlaßkanälen 13a,
13b, 13c herausgeführt, die sich miteinander über einen Verlängerungsbereich 11c
verbinden, der sich durch den oberen Kopf 11 hindurch und nach oben davon erstreckt.
Der Verbindungsbereich 13f ist so geformt, daß er elliptisch ist, wobei der
Hauptdurchmesser parallel zu der Kurbelwellenachse orientiert ist. Eine Befestigungsöffnung 11d
zum Aufnehmen eines l(raftstoffeinspritzventils 30 ist so vorgesehen, daß es sich durch
einen Bereich des zentralen Einlaßkanals 13b erstreckt. Ein Schiebeventil 39 zum
Öffnen und Schließen des Verbindungsbereichs 13f ist in dem Verlängerungsbereich 11c
der Einlaßkanäle angeordnet und ein Luftstutzen 40 ist mit diesem
Verlängerungsbereich 11c verbunden. Um zu verhindern, daß Staub oder dergleichen in den Luftstutzen
40 eintritt, ist ein Deckel 41 vorgesehen.
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Wie in Figur 2 gezeigt ist, ist ein Kühlmantel zum Zirkulieren von Kühlwasser von dem
Zylinderblock durch den Zylinderkopf so dargestellt, daß er in dem unteren Kopf 10
vorgesehen ist. Der Kühlwassermantel und die innere Struktur des Zylinderkopfs sind so
aufgebaut, um die Brennkammer 12 abzudecken. Dieser Kühlwassermantel ist aus
einem Wassermantel 31a an der Einlaßseite, die von dem Bereich der Einlaßkanäle 13a,
13b und 13c zu der Seite der Innenwand 10a des unteren Kopfs 10 reicht, einem
anderen Kühlmantel 31b, der an der Auslaßseite angeordnet ist, die von dem Bereich der
Auslaßkanäle 13d und 13e zu der äußeren Seitenwand 10b des unteren Kopfs 10
reicht, und aus einem zentralen Kühlmantel 31c, der sich im wesentlichen zwischen den
Einlaßkanälen 13a, 13b, 13c und den Auslaßkanälen 13d und 13e erstreckt,
zusammengesetzt. Der Aufbau und die Anordnung der unterschiedlichen Abschnitte 31a, 31b, 31c
der Wassermantelanordnung sind deutlich in Figur 2 dargestellt.
Verbindungsöffnungen 31e sind so gebohrt, daß sie mit oberen Bereichen sowohl des
zentralen Kühlmantels 31c als auch des Einlaßventilmantels 31a in Verbindung stehen
und sich seitlich versetzt von den Einlaßkanälen 13a und 13c jeweils erstrecken.
Gemäß dieser Struktur strömt das Kühlwasser des Kühlkreislaufs von dem
Kühlwassermantel des Zylinderblocks 2 (nicht dargestellt) in den Kühlmantel 31b an der
Auslaßseite des Zylinderkopfs 4 und darauffolgend strömt es durch den zentralen Mantel 31c und
in den Kühlmantel 31a, der an der Einlaßseite des Zylinderkopfs 4 angeordnet ist. Von
dem einlaßseitigen Mantel 31a wird das Wasser so zirkuliert, daß es über den
Entleerungsauslaß 31d ausgelassen wird. Zu Beginn jeder Kühlmittelzirkulation wird
irgendwelche Luft, die an dem Oberseitenbereich des zentralen Mantels 31c vorhanden ist, in
den Kühlmantel 31a an der Einlaßseite über die Verbindungsöffnungen 31e abgelassen.
Das Einlaß- und Auslaßventil 14, 15 weisen jeweils einen Ventilschaft 14b, 15b mit
Ventilplatten 14a, 15a an deren unterem Endbereich auf, die dazu geeignet sind, die
Einlaßöffnungen 12a, 12b, 12c und die Auslaßöffnungen 12d und 12e jeweils zu öffnen oder
zu schließen. Der obere Endbereich der Ventilschäfte 14b, 15b des Einlaß- und Auslaß
ventils 14,15 ist in Führungsöffnungen 11a, 11b angeordnet, die in dem oberen Kopf 11
festgelegt sind. Diese Führungsöffnungen 11a und 11b, wie dies in größerem Detail in
Figur 3 dargestellt ist, sind in einer einheitlichen Struktur gebildet, was jeweils eine
radial verbundene Doppelstruktur (Auslaßseite) oder Dreifachstruktur (Einlaßseite)
einrichtet. Demgemäß sind die Durchmesser dieser Führungsöffnungen 11a, 11b ausreichend
groß, um irgendeinen Grenzwandbereich zwischen benachbarten Führungsöffnungen
11a, 11b auf der Einlaß- oder Auslaßseite zu eliminieren. Weiterhin bilden
eingegossene Einlaß- und Auslaßeinsätze 16,17 Laufbüchsen für die Führungsöffnungen 11a, 11b
als eine Verstärkungsstruktur, die vorzugsweise aus einem Material hergestellt ist, das
von demjenigen Material des Zylinderkopfs unterschiedlich ist, um eine erhöhte
Festigkeit der Einsätze 16, 17 zu schaffen. Auf diese Art und Weise bilden der Einlaß- und
Auslaßeinsatz 16 und 17 Gleitöffnungen, um gleitbar die Einlaß- und Auslaßstößel 18,
19 jeweils aufzunehmen, bei denen es sich um eine mit einem Boden versehene
Zylinderform handelt, bei der das obere Ende jedes Ventilschafts 14b, 15b mit dem jeweiligen
innenseitigen Bodenbereich des Einlaß- und Auslaßstößels 18,19 über ein Kissen
jeweils in Eingriff steht. Nahe dem oberen Ende jedes Ventilschafts 14b und 15b ist ein
Federhalter 20, 21 installiert, der dazu geeignet ist, die drückenden Federn 22, 23 des
Einlaß- und Auslaßventils 14, 15 jeweils zurückzuhalten. Beide Ventildrückfedern 22
und 23 des Einlaß- und Auslaßventils 14, 15 jeweils sind von einer konzentrischen
Doppelstruktur und erstrecken sich zwischen den Haltern 20 und 21 und den zugeordneten
Ventilsitzen 12g und 12h, die auf dem unteren Kopf 10 des Zylinderkopfs 4 jeweils
gebildet sind. Mittels der Ventilfedern 22 und 23 werden das Einlaß- und Auslaßventil 14,15
in einer Richtung zum Schließen der Einlaß- und Auslaßöffnung gedrückt gehalten. Die
Einlaßventile 14 und die Auslaßventile 15 jeder Reihe der Maschine vom V-Typ werden
durch eine Einlaß-Nockenwelle 24 und eine Auslaß-Nockenwelle 25 jeweils betätigt, die
einen sich drehenden Kontakt mit jedem Einlaßstößel 18 und jedem Auslaßstößel 19
einrichten. Lagerbereiche, die auf dem oberen Kopf 11 gebildet sind, und
Nockenkappen, die durch Schrauben befestigt sind, bilden Lager für beide Nockenwellen 24, 25.
Das Einlaßventil 14 und das Auslaßventil 15 werden nach unten durch Herunterdrücken
des Einlaßstößels 18 und des Auslaßstößels 19 durch die entsprechenden
Nockenerhebungen der Nockenwellen 24 und 25 jeweils bewegt.
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Wie in Figur 2 angezeigt ist, ist der äußere Durchmesser der Ventilfeder 22 des
Einlaßventils so eingestellt, daß er im wesentlichen dem Außendurchmesser des
zugeordneten Einlaßstößels 18 und demjenigen des Ventilfederhalters 20 entspricht, wobei die
Position davon so eingestellt ist, daß sie angrenzend an das untere Ende des
Einlaßventilstößels 18 angeordnet ist, so daß das obere Ende der Einlaßventilfeder 22 im
wesentlichen an dem unteren Ende des Einlaßstößels 18 positioniert ist. Der Federsitz 12g der
Einlaßventilfeder 22 ist an einer entsprechend geeigneten Position der inneren Struktur
des unteren Kopfs 10 des Zylinderkopfs 4 vorgesehen. Aufgrund der vorstehend
erwähnten Anordnung weist der Ventilbetätigungsmechanismus an der Einlaßventilseite
eine Struktur auf, beider die Ventilfeder 22 des Einlaßventils 14 eine doppelt gestapelte
Anordnung auf dem Einlaßstößel 18 darstellt.
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Auf diese Art und Weise kann eine Vergrößerung des Durchmessers des Einlaßstößels
18 jedes der Einlaßventile 14 vermieden werden und deshalb können die Einlaßstößel
18 innerhalb des verfügbaren Raums dicht angrenzend zueinander ohne irgendwelche
Probleme angeordnet werden.
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Weiter sind, wie ähnlich aus Figur 2 ersichtlich ist, der äußere Durchmesser der
Ventilfeder 23 jedes der Auslaßventile 15 und der entsprechende äußere Durchmesser des
zugeordneten Ventilfederhalters 21 so eingestellt, daß sie etwas kleiner als der innere
Durchmesser des Auslaßstößels 17 sind, der, wie der Einlaßstößel 18, von einer nach
unten offenen, mit einem Boden versehene, zylindrische Struktur ist. Weiterhin sind die
Höhenpositionen des Ventilfederhalters 21 des Auslaßventils 15 und des Federsitzes
12h auf einer Innenwand des unteren Kopfs 10 des Zylinderkopfs 4 derart eingestellt,
daß ein oberer Endbereich der Ventilfeder 23, der das jeweilige Auslaßventil 14 in seine
geschlossene Position vorspannt, in den Auslaßstößel 17 vorsteht. Demgemäß ist das
Ventilbetätigungssystem an der Auslaßnockenwellenseite von einer sogenannten
Becherstruktur, bei der der obere Bereich der Ventilfeder 23 des Auslaßventils durch den
dazugehörigen Auslaßstößel 19 abgedeckt ist, der einen Aufnahmeraum für das obere
Ende der Ventilfeder 23 bildet.
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Wie aus Figur 2 ersichtlich ist, ist der Abstand 1-2 von der Achse der
Auslaß-Nockenwelle 25 zu dem Federsitz 12h der Auslaßventilfeder 23 so eingestellt, daß er kleiner als
der Abstand L1 von der Einlaß-Nockenwelle 24 zu dem zugeordneten Ventilsitz 12g der
Einlaßventilfeder 22 ist. Demzufolge ist der Abstand L2' zwischen dem
Auslaßventilfedersitz 12h und dem Ventilsitz so, daß er größer als der entsprechende Abstand L1' auf
der Einlaßseite ist, während der Abstand jeder Achse der Einlaß- und
Auslaß-Nockenwelle 24, 25 zu dem zugeordneten Ventilsitz gleich zueinander ist.
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Aufgrund dieses dimensionsmäßigen Layouts ist es möglich, den auslaßseitigen
Kühlmantel 31b größer aufzubauen, während gleichzeitig die Gesamthöhe der Maschine
innerhalb annehmbarer Grenzen gehalten wird. Demgemäß kann die Kühleffektivität
verbessert werden, wenn der Kühlmantel an der Auslaßseite des Zylinderkopfs
vergrößert werden kann, um eine größere Kühlkapazität als herkömmlich zu erhalten.
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Weiterhin übersteigt in dieser Ausführungsform der vorliegenden Erfindung die Anzahl
der Einlaßventile 14 (drei) diejenige der Auslaßventile 15 (zwei), was zu einem erhöhten
Durchmesser des Auslaßventils (15) führt, um den notwendigen Querschnitt des
Auslaßöffnungsbereichs sicherzustellen. Weiterhin ist auch die Ventilanhebung der
Auslaßventile 15 so eingestellt, daß sie größer als diejenigen der Einlaßventile 14 ist. In
Anbetracht dieses dimensionsmäßigen Aspekts (was zu einem erhöhten Gewicht der
Auslaßventile verglichen mit den Einlaßventilen führt) müssen stärkere Auslaßventilfedern 23
verwendet werden, was eine größere Federkonstante und eine größere Länge der
Auslaßventilfeder 23 verglichen mit der Einlaßventilfeder 22 mit sich bringt. Gemäß der
vorliegenden Erfindung wird die Sorge in Bezug auf eine höhere Position der
Auslaß-Nokkenwelle 25 und demzufolge einer größeren Gesamtmaschinenhöhe aufgrund der
Struktur der Anordnung des Auslaßstößels 19 und der Auslaßventilfeder 23 durch die
obere Ventilfederaufnahmestruktur für das Auslaßventil 16 überwunden. Auch kann die
Alternative vermieden werden, nämlich um in herkömmlicher Weise eine vergrößerte
Höhe der Maschine durch Erniedrigen der Ventilsitze der Auslaßventile einzugrenzen,
um einen ausreichenden Raum zu schaffen, um die stärkeren Ventilfedern
aufzunehmen, was zu einer nachteiligen Konsequenz einer unzureichenden Kühleffektivität für
die Auslaßseite des Zylinderkopfs führen würde, da die Größe des Wasserkühlmantels
31b an der Auslaßseite verringert werden würde. Ein relativ hoher Bereich des
Ventilsitzes 12h für die Auslaßventilfeder 23 kann mittels eines Einsetzens einer sogenannten
Becherstruktur für die Auslaßventilseite zum Ermöglichen, daß der Abstand L2 zwischen
der Achse der Auslaß-Nockenwelle 25 und dem zugeordneten Ventilfedersitz 12h der
Auslaßventile 15 reduziert wird, sichergestellt werden, allerdings der Abstand L2' auf
der Auslaßseite zwischen der Auslaßöffnung 12e, 12d und dem Ventilfedersitz 12h
erhöht wird, was die Aufgaben einer niedrigen Maschinenhöhe und einer unbeeinflußten
Kühleffektivität erfüllt.
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An der Einlaßseite wird vorzugsweise der Ventilfederhalter 20 nahe zu dem unteren
Randbereich des zugeordneten Ventilstößels 18 angeordnet, um den notwendigen
Durchmesser der drei eng benachbarten Ventilstößel 18 für die drei Einlaßventile 14 in
dieser Ausführungsform beizubehalten, so daß er so niedrig wie möglich ist, so daß
ohne irgendwelche Schwierigkeiten angeordnet werden können, was einen ausreichenden
Raum für den Einsatz 16 in dem Zylinderkopf ohne Schwächen des eingreifenden
Bereichs zwischen den Bohrungen, die durch den Einsatz 16 ausgekleidet sind,
ermöglicht. Insbesondere wird, wenn der Zylinderkopf aus einer leichten Metall-Legierung
hergestellt ist, wie beispielsweise einer Aluminium-Legierung, dieses Problem wichtig.
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Auch kann der Abstand LI zwischen der Achse der Einlaß-Nockenwelle 24 und dem
zugeordneten Einlaßventilfedersitz 12g den entsprechenden Abstand L2 auf der
Auslaßseite übersteigen, wobei ein solches Design, das die Beseitigung der Einlaßventilfedern
22 erleichtert, nicht obligatorisch ist, sondern beide Abstände L1 und L2 auf der
Einlaßund Auslaßseite könnten gleich zueinander sein. In dem letzteren Fall kann die Länge
der Ventilfedern 23 für das Auslaßventil 15 weiterhin erhöht werden und die
Kühlfähigkeiten des auslaßseitigen Kühlmantels 31b können durch Erhöhen der Größe davon
verbessert werden.
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Wie aus der Ausführungsform der Figuren 1-3 ersichtlich ist, soweit diese bisher
erläutert sind, weist der Kühlmantel, der in dem Zylinderkopf 4 gebildet ist, zwei Seitenmäntel
31a, 31b an der Einlaß- und Auslaßseite des unteren Kopfs 10 des Zylinderkopfs 4
ebenso wie einen zentralen Kühlmantel 31c auf. Weiterhin ist gemäß einer
Ausführungsform, wo der Abstand L2' an der Auslaßseite den Abstand L1' an der Einlaßseite
übersteigt, der Auslaßfedersitz 12h, der durch einen integralen Wandbereich des
unteren Kopfs 10 des Zylinderkopfs 4 gebildet ist, weiter von einer unteren Oberfläche loa
des Zylinderkopfs 4 entfernt, der sich mit dem Zylinderblock 2 trifft. Demzufolge kann ein
größeres Volumen für den Kühlmantel 31b auf der Auslaßseite der Zylinderseite 4
sichergestellt werden. Abhängig von dem weiteren Design des Zylinderkopfs kann das
Volumen des auslaßseitigen Kühlmantels 31b noch denjenigen des einlaßseitigen
Kühlmantels 31a übersteigen. Nichtsdestotrotz liegt die Drehachse der Einlaß- und Auslaß
Nockenwelle 24, 25 auf ungefähr demselben Abstand oberhalb der unteren Oberfläche
10c des Zylinderkopfs 4.
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In Anbetracht der Probleme eines Anordnens einer Vielzahl von Einlaßventilen (oder
Auslaßventilen) eng benachbart zueinander, um die Beladungseffektivität der Maschine
zu erhöhen, zum Beispiel unter Verwendung von drei Einlaßventilen (und zwei
Auslaßventilen), oder einer weiter erhöhten Anzahl von Einlaß- oder Auslaßventilen, ist
es insbesondere wichtig, daß die Lagerstruktur für eine hin- und herbewegbare
Halterung der Ventile (die Stößel 18, 19 an den oberen Enden der Ventilschäfte des
Einlaßund Auslaßventils 14, 15 aufweisen) Einsätze oder Laufbuchsen 16, 17 umfaßt, die
vorzugsweise als integrale Struktur in einer Öffnung des Zylinderkopfs aufgenommen sind,
wobei die Einsätze 16, 17 für eine hin- und herbewegbare Halterung der zugeordneten
Stößel 18, 19 des Einlaß- und Auslaßventils 14, 15 nicht nur eine Vielzahl von
Bohrungen aufweisen, die durch die zugeordneten Stößel des Einlaß- und Auslaßventils 14, 15
eingegriffen sind, sondern sie sind auch aus einem Material hergestellt, das von
demjenigen des gegossenen Zylinderkopfs 4 unterschiedlich ist. Auf diese Art und Weise wird
eine sehr feste und verstärkte Tragestruktur für die Ventilstößel 18, 19 erhalten und
Mehrfachventile können auf der Einlaß- oder Auslaßseite eingesetzt werden, ohne daß
sie Probleme eines Sicherstellens einer ausreichenden Festigkeit des Materials
zwischen benachbarten Ventilstößeln an der Einlaß- oder der Auslaßseite darstellen. Auf
diese Art und Weise kann eine verbesserte Zylinderkopfanordnung erhalten werden, die
die Verwendung von Vielfachstößeln erleichtert, die dicht zueinander positioniert sind,
allerdings durch eine verstärkte Aufnahmestruktur getragen sind.
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Schließlich wird, um sich den Figuren 4 und 5 zuzuwenden, ein anderes, bevorzugtes
Merkmal des Ventilbetätigungsmechanismus erläutert, das darauf zielt, daß vermieden
wird, daß der innere Raum zwischen der V-Bank durch das Gehäuse des Zylinderkopfs
für jede Reihe aus Zylindern behindert wird. Genauer gesagt ist, wie in den Figuren 4
und 5 angezeigt ist, die eine Vorderansicht einer Vier-Takt-Maschine vom V-Typ ähnlich
zu derjenigen der Figur 1 darstellt, angezeigt, daß der Abstand A einer Achse 24a der
Einlaß-Nockenwelle 24 von einer Mittelebene C, die die Achse der Zylinder der
Zylinderbank ebenso wie die Achse einer Kurbelwelle 9 enthält, so ist, daß sie kleiner als der
Abstand B der Achse 25a der Auslaß-Nockenwelle 25 von dieser Ebene (c) ist. Ähnlich
ist ein Zwischenkettenrad des Nockenwellenantriebssystems, wie beispielsweise das
Zwischenzahnrad 35, dazu geeignet, um mit einem Paar Nockenzahnräder 24b, 25b
einzugreifen, die an der jeweiligen Einlaß- und Auslaß-Nockenwelle 24, 25 drehbar
durch den Zylinderkopf seitlich versetzt und um einen Betrag D von der Mittelebene C
gehalten ist, um zu vermeiden, daß Gehäusebereiche des Zylinderkopfs in den V-Raum,
der dazu geeignet ist, Hilfsaggregate anzuordnen, wie beispielsweise eine
Drehstromlichtmaschine
54 darin, vorstehen. Auf diese Art und Weise kann eine kompakte
Maschinenstruktur erhalten werden, wobei die Einlaß-Nockenwelle nach innen dicht zu
dem V-Raum der Maschine angeordnet ist, während die Auslaß-Nockenwelle 25 entlang
der Außenseite des Zylinderkopfs 4 entgegengesetzt zu der Mittelebene C angeordnet
ist.
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In der Ausführungsform gemäß Figur 4 weist das Ventilantriebssystem eine
Zahnradantriebsanordnung auf, um sowohl das Einlaß- als auch das Auslaßnockenzahnrad 24b,
25b von dem Zwischenzahnrad 35 anzutreiben, das auf der Zwischenzahnradwelle 35a
angeordnet ist, die wiederum von einer anderen Zahnradantriebsstruktur angetrieben
wird, die ein Nockenwellenabtriebszahnrad umfaßt. Natürlich können der
Ventilbetätigungsmechanismus und die Nockenwellenantriebskette nicht nur Zahnradzüge
umfassen, sondern können auch durch Zeitsteuerriemen oder Zeitsteuerketten durchgeführt
werden, die zugeordnete Übertragungselemente vorsehen, wie beispielsweise
Nockenkettenräder oder Nockenriemenscheiben, auf den Nockenwellen, und ein
Zwischenkettenrad oder eine Zwischenriemenscheibe anstelle des Zwischenzahnrads 35
verwenden.
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Die Ausführungsform gemäß der Figur 5 entspricht in Bezug auf die asymmetrische
Anordnung der Nockenwellen 24, 25 an beiden Seiten der zentralen Ebene C ebenso wie
in Anbetracht der entsprechenden Versetzung in der Größe D der
Zwischenriemenscheibe 42 derjenigen der vorhergehenden Ausführungsform der Figur 4. In dem Fall
der Figur 5 werden Zeitsteuerriemen oder Zeitsteuerketten dazu verwendet, um die
Nokkenwelle 24, 25 über jeweilige Nockenkettenräder oder Nockenriemenscheiben 24b,
25b von dem Zwischenkettenrad oder der -riemenscheibe 42b anzutreiben, um einen
Nockenwellenantriebszug einzurichten, der über die Zwischenwelle 35a mit einem
anderen Antriebszug verbunden ist, der von der Kurbelwelle 9 in einer herkömmlichen Art
und Weise angetrieben ist.
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Mittels der vorstehend erwähnten Struktur des Aufnahmeraums innerhalb der V-Form
der Maschine zum Warten oder Anordnen von Hilfsaggregaten, wie beispielsweise die
Drehstromlichtmaschine 54, kann sichergestellt werden, daß dies auch dazu beiträgt,
die Maschinenhöhe zu begrenzen.