WO2005003523A1 - Brennkraftmaschine mit horizontellen ventilen - Google Patents

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gas exchange
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internal combustion
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Reinhard Könneker
Walter Buck
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Dr. Ing. H.C.F. Porsche Aktiengesellschaft
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    • F01L1/02—Valve drive
    • F01L1/026—Gear drive
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    • F01L1/12—Transmitting gear between valve drive and valve
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    • F01L1/181—Centre pivot rocking arms
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    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
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    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
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    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12—Improving ICE efficiencies

Definitions

  • the invention is based on an internal combustion engine according to the features of the preamble of patent claim 1.
  • valve train controls for four-stroke internal combustion engines are known from the prior art.
  • bottom-controlled motors English: side valve
  • the closing movement of the valves is aligned with the piston movement in the direction of the UT.
  • a downward-controlled engine has upright and side-to-side valves. It is rarely used in motor vehicles due to its unfavorable shape of the compression space.
  • top-controlled motors with hanging valves the closing movement of the valves is aligned with the piston movement in the TDC direction.
  • the installation space height for this engine type is due to the valves arranged in the cylinder head and their control means, such as, for. B. rocker arm or rocker arm, predetermined.
  • the object of the invention is to develop a valve train, in particular for a small engine, which contributes to a compact design of the engine, the installation space height in particular being reduced compared to the above-controlled engines.
  • the internal combustion engine according to the invention is characterized in that the lever arrangement for actuating the gas exchange valves is arranged to the side of the cylinder and that the longitudinal axis of the gas exchange valves is oriented essentially perpendicular to the cylinder axis.
  • the valve train according to the invention is particularly for the Suitable for use in a small motor, which is used, for example, in a hand-operated lawn mower motor.
  • the cam followers provided for controlling the gas exchange valves are designed as rocker arms, which are mounted centrally on an axis and are arranged laterally next to the cylinder head or cylinder chamber.
  • the camshaft mounted in the crankcase is driven directly by the crankshaft via a gear pair.
  • the air-cooled internal combustion engine has cooling fins arranged on the cylinder head housing both on the side and on the front. This takes into account in particular cooling of the components exposed to high temperatures on the cylinder head.
  • Fig. 1 shows a longitudinal section through an internal combustion engine
  • Fig. 2 shows a section along the line I - 1 in Fig. 1
  • Fig. 3 is a perspective view of the crank and valve train and
  • Fig. 4 shows the geometric relationships of the combustion chamber of the internal combustion engine.
  • the internal combustion engine which is designed as a four-stroke engine, has a two-part crankcase with a lower crankcase half 2a and an upper one Crankcase half 2b, which are correspondingly screwed together on their two flange surfaces along the section line I - 1 shown.
  • Both a crankshaft 4 and the camshaft 6 driven directly via the crankshaft are mounted in this parting plane.
  • the crankshaft 4 has a gearwheel 8 which meshes with a gearwheel 10 formed on the camshaft 6 with a gear ratio of 2: 1.
  • the crankshaft 4 has a crank pin 12 on which the large connecting rod eye 14 of a connecting rod 16 is mounted.
  • a piston pin 20 for a piston 22 is mounted in the small connecting rod eye 18.
  • the cylinder 26 or cylinder jacket as well as the cylinder head 32 receiving the two gas exchange valves 28 and 30 are formed in one piece from the upper crankcase half 2b.
  • the combustion chamber 34 of the internal combustion engine adjoining the cylinder chamber 24 is formed in the cylinder head 32.
  • the combustion chamber 34 or combustion chamber core is designed in the form of a double hump, the inlet and outlet channels 36 and 38 for the gas exchange valves 28, 30 opening laterally to the combustion chamber 34 in the cylinder head 32 (see FIG. 4).
  • the combustion chamber 34 is reduced in its extension transverse to the crankshaft axis with respect to the cylinder diameter, so that corresponding squeeze zones are formed which ensure intensive swirling and mixing of fuel and air.
  • a spark plug 40 is arranged in the cylinder head for igniting the fuel / air mixture.
  • a cylindrical bore 42 leading to the combustion chamber 34 is provided in the cylinder head 32, into which a cylinder head bushing 44 receiving the spark plug 40 is inserted and fastened to the cylinder 26 or cylinder head 32.
  • the gas exchange channels 36, 38 leading to the combustion chamber 34 are arranged on the same head side, that is to say the intake and exhaust streams are directed in opposite directions (so-called countercurrent cylinder head).
  • a rocker arm 46 and 48 is assigned to each valve, both of which are centered on one in the upper crankcase half 2b Axis 50 are rotatably mounted.
  • the two rocker arms 46 and 48 are supported at one end on the two cams 6a and 6b provided on the camshaft 6 and at their other end on the valve stem end of the two gas exchange valves 28 and 30.
  • a corresponding space 51 is provided in the upper crankcase half 2b on the side next to the cylinder 26. Because of this rocker arm arrangement, the longitudinal axis of the gas exchange valves 28, 30 is oriented essentially perpendicular to the cylinder axis.
  • the two valve springs 52 and 54 are supported on one side on a cylinder head wall 56 and on the other side on the valve spring plate 58.
  • cooling fins 60 formed in one piece from the upper crankcase half 2b are provided, the cylinder head bushing 44 accommodated in the cylinder head 32 also being provided on the outside with corresponding cooling fins 60.
  • the part of the cylinder 26 delimiting the cylinder space 24, which is accommodated in the upper crankcase space, has cooling channels 62 which are introduced laterally in the cylinder wall and through which cooling air passes.
  • the engine used for example, in a handheld lawnmower, in which case the crankshaft 4 is arranged vertically, has a fan wheel 64 for cooling the engine at the upper end of the crankshaft, while the cutting blade is fastened to the lower end 66 of the crankshaft 4.

Landscapes

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  • Cylinder Crankcases Of Internal Combustion Engines (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine mit einem Kurbelgehäuse (2a, 2b), einem Zylinder (26) und Zylinderkopf (32) sowie einem Ventiltrieb, der mit Ein- und Auslassventilen (28, 30) zur Steuerung des Ladungswechsels versehen ist, wobei die Gaswechselventile zu einem Brennraum führende Ein- bzw. Auslasskanäle (36, 38) überwachen und über eine von einer Nockenwelle (6) gesteuerten Hebelanordnung (46, 48) betätigbar sind. Es wird vorgeschlagen, dass die Hebelanordnung (46, 48) zur Betätigung der Gaswechselventile (28, 30) seitlich vom Zylinder (26) angeordnet ist, und dass die Längsachse der Gaswechselventile (28, 30) im wesentlichen senkrecht zur Zylinderachse ausgerichtet ist.

Description

BRENNKRAFTMASCHINE MIT HORIZONTELLEN VENTILEN
Die Erfindung geht aus von einer Brennkraftmaschine gemäß den Merkmalen des Oberbegriffs des Patentanspruchs 1.
Aus dem Stand der Technik sind verschiedene Ventiltriebsteuerungen für Vier - Takt - Brennkraftmaschinen bekannt. Hinsichtlich der Anordnung der Ventile werden sog. untengesteuerte und obengesteuerte Motoren unterschieden. Bei den untengesteuerten Motoren (englisch: side valve) ist die Schließbewegung der Ventile mit der Kolbenbewegung in Richtung UT gleichgerichtet. Ein untengesteuerter Motor weist stehend und seitlich zum Zylinderraum angeordnete Ventile auf. Er wird wegen seiner ungünstigen Form des Verdichtungsraumes im Kraftfahrzeug nur selten verwendet. Bei den sog, obengesteuerten Motoren mit hängenden Ventilen ist die Schließbewegung der Ventile mit der Kolbenbewegung in Richtung OT gleichgerichtet. Die Bauraumhöhe für diesen Motortyp ist durch die im Zylinderkopf angeordneten Ventile sowie deren Steuermittel, wie z. B. Schwinghebel oder Kipphebel, vorgegeben.
Aufgabe der Erfindung ist es, insbesondere für einen Kleinmotor einen Ventiltrieb zu entwickeln, der zu einer kompakte Bauweise des Motors beiträgt, wobei insbesondere die Bauraumhöhe gegenüber den obengesteuerten Motoren reduziert ist. Auf der anderen Seite soll gegenüber den untengesteuerten Motoren eine für die Verbrennung günstige Form des Brennraumes bzw. Verdichtungsraumes umsetzbar sein.
Die Aufgabe der Erfindung wird durch die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst.
Die erfindungsgemäße Brennkraftmaschine zeichnet sich dadurch aus, dass die Hebelanordnung zur Betätigung der Gaswechselventile seitlich vom Zylinder angeordnet ist und dass die Längsachse der Gaswechselventile im wesentlichen senkrecht zur Zylinderachse ausgerichtet ist. Der erfindungsgemäße Ventiltrieb ist besonders für den Einsatz in einem Kleinmotor geeignet, der beispielsweise bei einem handbetriebenen Rasenmähermotor Verwendung findet.
Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine möglich.
Die zur Steuerung der Gaswechselventile vorgesehenen Nockenfolger sind als Kipphebel ausgebildet, die auf einer Achse mittig gelagert, seitlich neben dem Zylinderkopf bzw. Zylinderraum angeordnet sind.
Die im Kurbelgehäuse gelagerte Nockenwelle wird über eine Zahnradpaarung direkt von der Kurbelwelle angetrieben. Die luftgekühlte Brennkraftmaschine weist sowohl seitlich als auch stirnseitig am Zylinderkopfgehäuse angeordnete Kühlrippen auf. Damit wird insbesondere einer Kühlung der hochtemperaturbelasteten Bauteile am Zylinderkopf Rechnung getragen.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im nachfolgenden näher beschrieben:
Es zeigen:
Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine Brennkraftmaschine, Fig. 2 einen Schnitt entlang der Linie I - 1 in Fig. 1, Fig. 3 eine Perspektivansicht des Kurbel- und Ventiltriebs und
Fig. 4 eine Darstellung der geometrischen Verhältnisse vom Brennraum der Brennkraftmaschine.
Die als Vier - Takt - Motor ausgebildete Brennkraftmaschine weist ein zweiteilig ausgebildetes Kurbelgehäuse mit einer unteren Kurbelgehäusehälfte 2a und einer oberen Kurbelgehäusehälfte 2b auf, die entlang der dargestellten Schnittlinie I - 1 an ihren beiden Flanschflächen entsprechend miteinander verschraubt sind. In dieser Trennebene ist sowohl eine Kurbelwelle 4 als auch die über die Kurbelwelle direkt angetriebene Nockenwelle 6 gelagert. Dazu weist die Kurbelwelle 4 ein Zahnrad 8 auf, das kämmend mit einem auf der Nockenwelle 6 ausgebildeten Zahnrad 10 mit einem Übersetzungsverhältnis von 2 : 1 kämmend in Eingriff steht. Die Kurbelwelle 4 weist einen Kurbelzapfen 12 auf, an dem das große Pleuelauge 14 einer Pleuelstange 16 gelagert ist. Am anderen Ende der Pleuelstange 16 ist im kleinen Pleuelauge 18 ein Kolbenbolzen 20 für einen Kolben 22 gelagert ist. Der Zylinder 26 bzw. Zylindermantel sowie der die beiden Gaswechselventile 28 und 30 aufnehmende Zylinderkopf 32 sind einstückig aus der oberen Kurbelgehäusehälfte 2b herausgebildet. Im Zylinderkopf 32 ist der sich an den Zylinderraum 24 anschließende Brennraum 34 der Brennkraftmaschine ausgebildet. Wie in Fig. 3 veranschaulicht, ist der Brennraum 34 bzw. Brennraumkern doppelhöckerförmig ausgebildet, wobei seitlich zum Brennraum 34 im Zylinderkopf 32 der Ein- und Auslasskanal 36 und 38 für die Gaswechselventile 28, 30 einmünden (siehe Fig. 4). Der Brennraum 34 ist dabei in seiner quer zur Kurbelwellenachse verlaufenden Ausdehnung gegenüber dem Zylinderdurchmesser reduziert, so dass dadurch entsprechende Quetschzonen ausgebildet sind, die eine intensive Durchwirbelung und Vermischung von Kraftstoff und Luft sicherstellen. Auf der den beiden Gaswechselventilen 28, 30 gegenüberliegenden Seite ist im Zylinderkopf zur Zündung des Brennstoff - Luftgemisches eine Zündkerze 40 angeordnet. Dazu ist im Zylinderkopf 32 eine zum Brennraum 34 führende zylindrische Bohrung 42 vorgesehen, in die eine die Zündkerze 40 aufnehmende Zylinderkopfbuchse 44 eingesteckt und am Zylinder 26 bzw. Zylinderkopf 32 befestigt ist. Wie bei einem Zweiventil - Motor allgemein üblich, sind die zum Brennraum 34 führenden Gaswechselkanäle 36, 38 an der gleichen Kopfseite angeordnet, d. h. Ansaug- und Auslassstrom sind entgegengerichtet (sog. Gegenstrom - Zylinderkopf) dazu ausgerichtet.
Zur Steuerung der Gaswechselventile 28, 30 ist jedem Ventil ein Kipphebel 46 und 48 zugeordnet, die beide mittig auf einer in der oberen Kurbelgehäusehälfte 2b gelagerten Achse 50 drehbar gelagert sind. Die beiden Kipphebel 46 und 48 sind an ihrem einen Ende an den beiden auf der Nockenwelle 6 vorgesehenen Nocken 6a und 6b und an ihrem anderen Ende am Ventilschaftende der beiden Gaswechselventile 28 und 30 abgestützt. Zur Aufnahme der beiden Kipphebel 46 und 48 ist seitlich neben dem Zylinder 26 ein entsprechender Bauraum 51 in der oberen Kurbelgehäusehälfte 2b vorgesehen. Aufgrund dieser Kipphebelanordnung ist die Längsachse der Gaswechselventile 28, 30 im wesentlichen senkrecht zur Zylinderachse ausgerichtet. Die beiden Ventilfedern 52 und 54 stützen sich auf ihrer einen Seite an einer Zylinderkopfwand 56 und auf der anderen Seite am Ventilfederteller 58 ab.
Zur Kühlung von Zylinder 26 und Zylinderkopf 32 sind aus der oberen Kurbelgehäusehälfte 2b einstückig herausgebildete Kühlrippen 60 vorgesehen, wobei auch die im Zylinderkopf 32 aufgenommene Zylinderkopfbuchse 44 an ihrer Außenseite mit entsprechenden Kühlrippen 60 versehen ist. Der Teil des den Zylinderraum 24 begrenzenden Zylinders 26 der im oberen Kurbelgehäuseraum aufgenommen ist, weist seitlich in der Zylinderwand eingebrachte Kühlkanäle 62 auf, durch die Kühlluft gelangt.
Der beispielsweise in einem handgeführten Rasenmäher eingesetzte Motor, bei dem in diesem Fall die Kurbelwelle 4 senkrecht angeordnet ist, weist am oberen Ende der Kurbelwelle ein Lüfterrad 64 zur Kühlung des Motors auf, während am unteren Ende 66 der Kurbelwelle 4 das Schneidmesser befestigt ist.

Claims

Patentansprüche
1. Brennkraftmaschine mit einem Kurbelgehäuse, einem Zylinder und Zylinderkopf sowie einem Ventiltrieb, der mit Ein- und Auslassventilen zur Steuerung des Ladungswechsels versehen ist, wobei die Gaswechselventile zu einem Brennraum führende Ein- bzw. Auslasskanäle überwachen und über eine von einer Nockenwelle gesteuerten Hebelanordnung betätigbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Hebelanordnung (46, 48) zur Betätigung der Gaswechselventile (28, 30) seitlich vom Zylinder (26) angeordnet ist, und dass die Längsachse der Gaswechselventile (28, 30) im wesentlichen senkrecht zur Zylinderachse ausgerichtet ist.
2. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Hebelanordnung für jedes Gaswechselventil (28, 30) einen zentral gelagerten Kipphebel (46, 48) aufweist, der an seinem einen Ende durch einen Nocken (6a, 6b) der Nockenwelle (6) betätigbar ist.
3. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Nockenwelle (6) im Kurbelgehäuse (2a, 2b) gelagert und über eine Zahnradpaarung (8, 10) direkt von der Kurbelwelle (8) angetrieben ist.
4. Brennkraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass am Zylinder (26) und Zylinderkopf (32) Kühlrippen (60) vorgesehen sind.
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