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Das
Gebiet der vorliegenden Erfindung bezieht sich auf Motoren mit obenliegenden
Ventilen, wie zum Beispiel Motoren mit obenliegender Nockenwelle,
zur Verwendung in einer Vielfalt von Anwendungen, wie zum Beispiel
in Rasenmähern,
hinter welchen man hergeht, in Rasen- und Gartenwerkzeugen, oder
in kleinen Nutzfahrzeugen, wie zum Beispiel in Aufsitzrasenmäher, Rasentraktoren
und Ähnliches.
Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf einen Antriebszug für solche
Motoren, in welchem die Kurbelwelle ein innen profiliertes Nockenrad
antreibt, welches wiederum ein Paar von Ventilkipphebeln (rocker
arms) betätigt,
welche Nockenstößel in einem
Eingriff mit dem Nockenprofil aufweisen, um die Einlass- und Auslassventile
in dem Zylinderkopf zu öffnen
und zu schließen.
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Vorbekannte
Motoren, welche Antriebszüge mit
einem Design mit obenliegenden Ventilen beinhalten, sind in der
Technik sehr bekannt. Beispielsweise treibt in einer bekannten Anordnung
eine Kurbelwelle eine Nockenwelle, die nahe dem Kurbelgehäuse positioniert
ist, durch einen Getriebesatz/Zahnradsatz an. Die Nockenwelle umfasst
einen oder mehrere Nocken, welche ein Paar von Nockenstößeln, die
für eine
Drehung auf einer Nockenstößelwelle
montiert sind, betätigen.
Die Nockenstößel betätigen wiederum
Schubstangen, welche sich aus dem Kurbelgehäuse zu dem Zylinderkopf erstrecken,
und die Schubstangen drehen ein Paar von Ventilkipphebeln, welche
in dem Zylinderkopf montiert sind, um die Einlass- und Auslassventile
zu öffnen
und zu schließen.
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Bei
einer anderen bekannten Anordnung wird eine Nockenwelle, die in
dem Zylinderkopf positioniert ist, von der Kurbelwelle mittels eines
Riemens, einer Kette oder Ähnlichem
angetrieben. Die Nockenwelle umfasst einen oder mehrere Nocken, welche
die Einlass- und Auslassventile entweder direkt oder durch ein Paar
von Ventilkipphebeln, die drehbar in dem Zylinderkopf montiert sind,
betätigen.
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Ein
Nachteil bei der ersten Anordnung ist, dass die verschiedenen Komponenten
des Antriebszugs, umfassend die Nockenwelle, die Nockenwellennocken,
die Nockenstößelwelle,
die Nockenstößel, die
Schubstangen und die Ventilkipphebel dazu neigen, die Gesamtgröße des Motors
zu vergrößern. Diese
vielen Komponenten vergrößern ebenso
die Kosten und die Komplexität
des Motors, die Schwierigkeit der Montage und die Wahrscheinlichkeit
von einem Versagen von einer der Komponenten.
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Ein
Nachteil der zweiten Anordnung ist, dass das Positionieren der Nockenwelle
in dem Zylinderkopf die Breite des Zylinderkopfes vergrößert, aufgrund
des seitlichen Raumes zwischen den Nocken und/oder zwischen einem
Nocken und der Riemenscheibe oder dem Kettenrad, welches auf der
Nockenwelle montiert ist und von der Kurbelwelle angetrieben wird.
Die Position der Nockenwelle direkt oberhalb der Ventile, wenn die
Nockenwelle die Ventile direkt betätigt, vergrößert ebenso die Länge des Zylinderkopfes.
Zusätzlich
wird die Länge
des Zylinderkopfes ferner vergrößert, um
die relativ große
Riemenscheibe oder das Kettenrad, welches auf der Nockenwelle montiert
ist und welche/welches für
eine Geschwindigkeitsreduzierung notwendig ist, aufzunehmen. Ferner
neigt der Riemen, die Kette oder Ähnliches, welcher/welche die
Nockenwelle ausgehend von der Kurbelwelle antreibt, dazu, zu verschleißen oder
zu brechen.
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Was
benötigt
wird, ist ein Antriebszug für
einen Motor, welcher kompakt ist, so dass der Antriebszug eine kleinere
Motorhöhe
und -breite zulässt.
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Eine
weitere Notwendigkeit besteht für
einen Antriebszug für
einen Motor, wobei der Antriebszug vereinfacht ist und ein Minimum
an Komponenten umfasst.
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Die
vorliegende Erfindung stellt einen Antriebszug für einen Motor mit obenliegenden
Nocken zur Verfügung,
umfassend ein Nockenrad bzw. Nockenzahnrad, welches mittels der
Kurbelwelle durch eine Antriebsverbindung angetrieben wird, wobei
das Nockenzahnrad eine innere Nockenprofiloberfläche aufweist, und ferner umfassend
ein Paar von Nockenstößeln, welche
sich ausgehend von einem Paar von Ventilkipphebeln, die in dem Zylinderkopf
montiert sind, erstrecken, welche im Eingriff mit der Nockenprofiloberfläche stehen
und die Ventilkipphebel derart betätigen, dass diese die Einlass-
und Auslassventile öffnen
und schließen.
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Das
innen profilierte Nockenzahnrad/Nockenrad ist auf einer Nockenwelle
montiert, die außerhalb
auf der Seite des Zylinderkopfes positioniert ist, eher als axial
oberhalb des Zylinders, wie in vorherigen Anordnungen, so dass das
Nockenzahnrad in Richtung der Kurbelwelle verschoben ist und auf der
Seite des Zylinderkopfes, dicht benachbart zu den Ventilkipphebeln
und den Ventilen montiert ist. Das innen profilierte Nockenzahnrad
wird mittels der Kurbelwelle mit halber Geschwindigkeit durch die
Antriebsverbindung, wie zum Beispiel ein Zwischenzahnrad, welches
durch ein Antriebszahnrad, welches auf der Kurbelwelle montiert
ist, angetrieben wird, angetrieben. Das Zwischenzahnrad und das Nockenzahnrad
sind in einer Getriebetasche integral mit dem Zylinderblock positioniert.
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In
einer Ausführung
sind die Nockenstößelarme
steif an die Ventilkipphebel angeschlossen und erstrecken sich senkrecht
zu dem Nockenzahnrad und enden in Walzen, welche im Eingriff mit
dem internen Nockenprofil des Nockenzahnrads stehen.
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Alternativ,
in einer anderen Ausführung,
umfassen die Ventilkipphebel Nockenstößelarme, welche sich gegenseitig
in einer kreuzweisen Anordnung überlappen
und in Enden enden, welche im Eingriff mit dem internen Nockenprofil
des Nockenzahnrads stehen.
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In
einer Form derselben wird ein Motor mit obenliegenden Nocken vorgesehen,
umfassend eine Kurbelwelle, eine Verbindungsstange und einen Kolbenaufbau,
wobei der Kolben sich innerhalb eines Zylinderblockes benachbart
zu dem Zylinderkopf hin- und herbewegt. Ein Nockenzahnrad wird durch
die Kurbelwelle angetrieben und wird drehbar in dem Zylinderkopf
getragen, wobei das Nockenzahnrad eine Verzahnung/Zähne entlang
seines äußeren Umfangs aufweist,
und eine Nockenprofiloberfläche,
die entlang seines inneren Umfangs angeordnet ist. Eine Antriebsverbindung
ist zwischen der Kurbelwelle und dem Nockenzahnrad angeordnet, und
ein Paar von Ventilkipphebeln ist drehbar in einem Zylinderblock zum
Betätigen
eines Paares von Ventilen montiert, wobei jeder Ventilkipphebel
einen Nockenstößel aufweist,
der im Eingriff mit der Nockenprofiloberfläche steht.
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Ein
Vorteil dieser Anordnung ist, dass sie ermöglicht, dass die Größe des Motors
minimiert wird. Zunächst
ist das Nockenzahnrad seitlich auf der Seite des Zylinderkopfes,
dicht benachbart zu den Ventilkipphebeln und den Ventilen montiert.
Ebenso umgeht das innere Nockenprofil des Nockenzahnrads die Notwendigkeit
für einen
externen Nocken, welcher auf der Nockenwelle montiert ist, welcher
einen größeren Zylinderkopf
benötigen
würde.
Zusätzlich greifen
die Nockenstößelarme
an dem internen Nockenprofil nahe einer äußeren Kante des Nockenzahnrads
derart an, dass die äußere Kante
des Nockenzahnrads sich nicht wesentlich über die Spitze der Ventilschafte
hinaus erstreckt, was weiteren Raum in dem Zylinderkopf einspart.
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Ein
weiterer Vorteil ist, dass der Durchmesser des Zwischenzahnrads
variiert werden kann, und das Zwischenzahnrad in einer seitlich
versetzten Beziehung zu dem Antriebszahnrad und dem Nockenzahnrad
angeordnet werden kann, um unterschiedliche Formen und Größen von
Motorgehäusen
auszuführen.
Ebenso kann das Zwischenzahnrad verwendet werden, um eine Hilfseinrichtung
anzutreiben, wie zum Beispiel eine Kombination aus einer Ölpumpe und
zum Beispiel einem Fliehkraftregler.
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Ein
weiterer Vorteil ist, dass die Einlass- und Auslassventile in einer
Ebene parallel zu der Kolbenachse ausgerichtet sind, so dass Kühlluft von
dem Schwungrad durch das Gebläsegehäuse in einen Kontakt
mit dem Zylinderkopf gleichmäßig um die Einlass-
und Auslassventile herumgeleitet wird. Zudem ermöglichen Luftdurchlässe, welche
sich durch den Zylinderkopf über
den Einlass- und
Auslassöffnungen
erstrecken, dass Kühlluft
durch den Zylinderkopf strömt.
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Ein
weiterer Vorteil ist, dass das Öl,
welches zu dem Zylinderkopf gepumpt wird, durch die Schwerkraft
in den Ölsumpf
hinein durch die Getriebetasche abfließen kann und daher nicht zurück zu dem Ölsumpf gepumpt
werden muss.
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Noch
ein weiterer Vorteil ist, dass der Antriebszug einen einfachen Getriebesatz/Zahnradsatz umfasst,
welcher eine minimale Anzahl an haltbaren Komponenten aufweist.
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Die
oben genannten und weitere Merkmale und Vorteile dieser Erfindung
und die Art und Weise, wie sie erreicht werden, werden besser verständlich und
die Erfindung selbst wird besser verstanden werden durch Bezug auf
die nachfolgende Beschreibung einer Ausführung der Erfindung, zusammengenommen
mit den begleitenden Zeichnungen, in welchen:
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Die 1 eine
isometrische Ansicht eines Motors mit obenliegenden Nocken ist,
welche das Schwungrad, den Auspufftopf, den Drehzahlregler und Teile
des Antriebszugs in Übereinstimmung
mit der vorliegenden Erfindung zeigt;
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Die 2 eine
isometrische Ansicht des Motors mit obenliegendem Nocken aus der 1 ist, welche
das Schwungrad, den Auspufftopf (air muffler), den Vergaser, das
Drehzahlreglergestänge
und Teile des Antriebszugs zeigt;
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Die 3 eine
geschnittene Ansicht ist, gezogen entlang der Kurbelwelle, welche
die Kurbelwelle, das Antriebszahnrad, das Zwischenzahnrad und das
innen profilierte Nockenzahnrad zeigt;
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Die 4 eine
geschnittene Ansicht ist, gezogen entlang einer Ebene senkrecht
zu der Kurbelwelle;
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Die 5 eine
isometrische Ansicht in Explosionsdarstellung eines Teils des Motors
aus den 1 bis 4 ist;
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Die 6 eine
perspektivische Ansicht eines Teils eines Motors mit obenliegenden
Nocken ist, welche den Aufbau der elektronischen Einspritzung zeigt,
den Rückzugsanlasser
(Recoil Starter), das Schwungrad und das Gebläse sowie den Antriebszug in Übereinstimmung
mit einer zweiten Ausführung;
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Die 7 eine
perspektivische Ansicht des Getriebezugs aus der 6 ist,
welche die Kurbelwelle, das Antriebszahnrad, das Zwischenzahnrad, das
innen profilierte Nockenzahnrad, die Ventilkipphebelwellen und die
Ventilkipphebel zeigt;
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Die 8 eine
Draufsicht des Getriebezugs aus der 6 ist;
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Die 9 eine
unvollständige
perspektivische Ansicht einer dritten Ausführung ist, welche das innen
profilierte Nockenzahnrad, die Ventilschäfte und die Ventilkipphebel
zeigt;
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Die 10 eine
teilweise Draufsicht der Ausführung
aus der 9 ist, nach unten gesehen entlang
des Montageschaftes des innen profilierten Nockenzahnrads; und
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Die 11 eine
isometrische Ansicht des Motors aus den 1 bis 4 ist,
welche schematisch die Wege der Kühlluft aus dem Schwungrad zeigt.
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In
den verschiedenen Ansichten bezeichnen sich entsprechende Bezugszeichen
sich entsprechende Teile. Das erläuternde Beispiel, welches hier dargelegt
wird, stellt eine vorzuziehende Ausführung der Erfindung dar, in
einer Form, und solch ein erläuterndes
Beispiel soll nicht derart ausgelegt werden, dass es den Schutzumfang
der Erfindung auf irgendeine Art und Weise beschränkt.
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Mit
Bezug auf die 1 bis 5 ist ein
Motor 10 mit obenliegenden Nocken gezeigt, welcher derart
ausgerichtet ist, dass die Kurbelwelle 12 vertikal für einen
vertikalen Welleneinsatz angeordnet ist. Der Motor 10 könnte jedoch
ebenso derart ausgerichtet sein, dass die Kurbelwelle 12 horizontal
für einen horizontalen
Welleneinsatz angeordnet ist. Mit Bezug auf die 3 umfasst
der Motorblock 14 das Kurbelgehäuse 16, welches entlang
der Ebene P1-P1 geteilt ist,
welche einen spitzen Winkel mit der Kurbelwelle 12 bildet,
so dass entgegengesetzte Enden der Kurbelwelle 12 in vollen
Lagern drehgelagert sind, wobei das obere Kurbelwellenlanger 22 durch
das Zylindergehäuse 18 getragen
wird, und das untere Kurbelwellenlager 24 durch das Montageflanschgehäuse 20 getragen
wird.
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Das
Montageflanschgehäuse 20 umfasst das
untere Kurbelwellenlager 24, den Ölsumpf 26 und das
untere Lager 30 der Zwischenwelle. Das Montageflanschgehäuse 20 umfasst
ferner den integralen Montageflansch 21, welcher beispielsweise auf
eine herkömmliche
Art an dem Deck eines Rasenmähers
montiert werden kann. Das Zylindergehäuse 18 umfasst das
obere Kurbelwellenlager 22, den Zylinderblock 32,
welcher in sich Zylinderbohrungen 34 aufweist, das obere
Lager 28 der Zwischenwelle und einen integralen Zylinderkopf 36,
benachbart zu dem Zylinderblock 32, welcher die Getriebetasche 85 aufweist,
und obere und untere Nockenwellenlager 38, 40.
Wie in den 3 und 4 gezeigt
ist, überdeckt
der Kipphebelkasten 37 den Zylinderkopf 36 und
bildet zusammen mit dem Zylinderkopf 36 den Kipphebelkasten 39.
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Mit
Bezug auf die 1 bis 2 und 4 ist
der Auspufftopf 42 an die Auslassöffnung 44 angeschlossen,
und der Vergaser 48 ist an die Einlassöffnung 46 angeschlossen.
Wie in der 4 gezeigt ist, erstrecken sich
die Einlassöffnung 46 und
die Auslassöffnung 44 nach
innen in den Zylinderkopf 36 auf entgegengesetzten Seiten
des Zylinderkopfes 36 in einer Querstromausrichtung, was
ermöglicht,
dass die Lauflänge
der Einlassöffnung 46 und
der Auslassöffnung 44 minimiert
wird, und was ferner ermöglicht,
dass der Auspufftopf 42 und der Vergaser 48 auf
entgegengesetzten Seiten des Zylinderkopfes 36 montiert
werden. Der Zylinderblock 32 und der Zylinderkopf 36 umfassen
die integralen Kühlrippen 50.
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Wie
in der 4 gezeigt ist, umfasst der Zylinderkopf 36 ferner
drei Luftdurchgänge 45 durch diesen
hindurch, wobei einer zwischen den Ventilschäften 112 positioniert
ist und die anderen auf jeder Seite der Ventilschäfte 112.
Wie man in der 3 sehen kann, erstreckt sich
ein seitlicher Luftdurchgang 47 durch das Zylindergehäuse 18 zwischen
dem Zylinderkopf 36 und der Getriebetasche 85 und
steht mit den Durchgängen 45 in
Verbindung. Mit Bezug auf die 11 kann
man sehen, dass das Gebläsegehäuse 52 Kühlluft von
dem Schwungradgebläse 54 um
die Zündkerze 56 herum
und in einen Kontakt mit dem Zylinderkopf 36 bei einem
Bereich desselben um die Einlass- und Auslassventile 51, 53 herum,
welche in einer Ebene parallel zu den Kolbenachsen L1-L1 angeordnet sind, wie in der 4 gezeigt
ist, leitet. Wiederum bezugnehmend auf die 11 tritt
die Kühlluft
dann durch die Durchgänge 45,
berührt
die Getriebetasche 85 und verlässt dann seitlich das Zylindergehäuse 18 durch
eine der Seiten des seitlichen Durchgangs 45, nahe dem
Auspufftopf 42 und dem Vergaser 48. Wenn die Kühlluft aus
dem Zylindergehäuse 18 austritt,
kühlt sie
den Kipphebelkasten 39, was wiederum die Temperatur des Öles innerhalb
des Ölsumpfes 26,
zu welchem das Öl
aus dem Kipphebelkasten 39 zurückströmt, wie nachfolgend beschrieben
wird, absenkt. Wie in der 4 gezeigt
ist, ermöglichen
Abstandsstücke 43,
welche zwischen dem Zylinderkopf 36 und beidem, dem Auspufftopf 42 und
dem Vergaser 48, positioniert sind, das Kühlluft nach
dem Austritt aus dem seitlichen Durchgang 47 dort zwischen
hindurchtritt.
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Bezugnehmend
auf die 1 bis 3 und 6 umfasst
ein elektronischer Zündungsaufbau ein
elektronisches Zündmodul 58,
welches an Träger 49 angeschlossen
ist, die sich von dem Zylinderblock 32 aus erstrecken.
Das elektronische Zündmodul 58 ist
an die Zündkerzenkappe 60 angeschlossen,
welche die Zündkerze 56 durch
einen Anschluss (nicht gezeigt) einschließt. Das Schwungrad 54 ist
an einem Ende der Kurbelwelle 12 auf eine herkömmliche Art
und Weise befestigt und umfasst den Dauermagneten 62, welcher
zwischen einem Paar von Schwungradrippen 64 angeordnet
ist. Ein Gegengewicht 63 kann einen Metalleinsatz umfassen,
der darin eingegossen ist. Wie in den 3 und 6 gezeigt
ist, ist ein Rückzugsanlasser/Wiederaufwickelanlasser 66 mit
einem Zuggriff 68 an das Gebläsegehäuse 52 angeschlossen
und ist ebenso auf eine herkömmliche
Art und Weise in einer Wirkverbindung an ein Ende der Kurbelwelle 12 angeschlossen.
Wie in der 3 gezeigt ist, ist der Kraftstofftank 55 auf
eine herkömmliche
Art und Weise an dem Gebläsegehäuse 52 angeschlossen.
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Mit
Bezug auf die 3 und 4 ist der Kolben 70 gleitbar
in der Zylinderbohrung 34 innerhalb des Zylinderblockes 32 aufgenommen
und bewegt sich entlang einer Achse L1-L1 hin und her. Der Kolben 70 ist
drehbar an die Verbindungsstange 72 durch den Kolbenbolzen 74 angeschlossen.
Die Verbindungsstange 72 ist ferner in einer Wirkverbindung an
die Kurbelwelle 12 mittels einer geteilten Abdeckung 76 zwischen
den Kurbeln 78 angeschlossen. Wie in den 3 bis 4 und 6 bis 8 gezeigt
ist, treibt die Kurbelwelle 12 das Nockenzahnrad 80 mit
der halben Geschwindigkeit der Kurbelwelle 12 mittels der
Antriebsverbindung 82 an. Die Antriebsverbindung 82 umfasst
das Antriebszahnrad 84, welches auf der Kurbelwelle 12 montiert
ist, und das Zwischen(zahn)rad 86, welches durch das Antriebszahnrad 84 angetrieben
wird, wobei das Zwischenzahnrad 86 wiederum das Nockenzahnrad 80 in
einer zeitgesteuerten angetriebenen Beziehung zu der Kurbelwelle 12 antreibt.
Das Zwischenzahnrad 86 und das Nockenzahnrad 80 sind
innerhalb der Getriebetasche/Zahnradtasche 85 angeordnet,
welche integral mit dem Zylinderblock 32 und -kopf 36 ist.
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Wie
in den 3 bis 4 und 6 bis 10 gezeigt
ist, weist das Zwischenzahnrad 86 den doppelten Durchmesser
des Antriebszahnrads 84 auf, so dass das Antriebszahnrad 84 das
Zwischenzahnrad 86 mit der halben Geschwindigkeit der Kurbelwelle 12 antreibt.
Das Zwischenzahnrad 86 wird drehbar auf der Zwischenwelle 88 (3)
getragen, welche in oberen und unteren Zwischenwellenlagern 28, 30 getragen
wird. Alternativ kann die Zwischenwelle 88 ein stationärer Wellenstumpf
bzw. eine Flanschwelle sein, welcher/welche integral mit dem Zylindergehäuse 18 oder
dem Montageflanschgehäuse 20 ausgebildet
ist.
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Wie
in der 4 gezeigt ist, treibt das Zwischenzahnrad 86 einen
Kombinationsaufbau 130 aus Ölpumpe und Fliehkraftregler
an, umfassend das Fliehkraftregler/Pumpen-Zahnrad 132,
welches durch das Zwischenzahnrad 86 angetrieben wird. Das
Fliehkraftregler/Pumpen-Zahnrad umfasst einen inneren Rotor (nicht
gezeigt), welcher im Eingriff mit einem äußeren Rotor (nicht gezeigt)
steht, wobei der letztere innerhalb des Ölpumpengehäuses 134 angeordnet
ist. Der innere Rotor greift wirkend an dem äußeren Rotor an, um Öl aus dem Ölsumpf 26 zu
ziehen, und um das Öl
an verschiedene Positionen in dem Motor 10, umfassend den
Zylinderkopf 36, über Öldurchlässe (nicht
gezeigt) zu pumpen. Das Öl
kann nach der Kondensation unter der Schwerkraft aus dem Zylinderkopf 36 zurück in den Ölsumpf 26 hinein durch
die Getriebetasche 85 abfließen.
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Die
Gewichte 138 des Fliehkraftreglers sind drehbar innerhalb
des Fliehkraftregler/Pumpen-Zahnrads 132 auf Stiften (nicht
gezeigt) montiert. Eine Spule beziehungsweise ein Abstandsring (nicht
gezeigt) bewegt sich auf einer Spindel (nicht gezeigt) auf dem Fliehkraftregler/Pumpen-Zahnrad 132 hin
und her und wird durch die Gewichte 138 des Fliehkraftreglers
getragen. Wenn das Fliehkraftregler/Pumpen-Zahnrad 132 mit
einer Geschwindigkeit größer als
eine vorbestimmte Geschwindigkeit angetrieben wird, schwingen die
Fliehkraftreglergewichte 138 unter der Zentrifugalkraft
nach außen,
drücken den
Abstandsring nach außen,
um den Fliehkraftreglerarm 142 und die Fliehkraftreglerwelle 144 zu
drehen. Wie in der 2 gezeigt ist, ist die Fliehkraftreglerwelle
an dem Vergaser 48 mittels der Verbindung, umfassend den
Vergaserhebel 146 und das Vergaserverbindungsstück 148,
angeschlossen, so dass die Drehung der Vergaserwelle 144 den
Drosselhebel 150 auf dem Vergaser 48 betätigt, um
die Geschwindigkeit des Motors 10 zu verlangsamen.
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Wie
in den 3 bis 4 und 6 bis 10 gezeigt
ist, ist das Zwischenzahnrad 86 in seinem Durchmesser gleich
dem Nockenzahnrad 80 und treibt daher das Nockenzahnrad 80 mit
derselben Geschwindigkeit an. Alternativ kann das Zwischenzahnrad 86 im
Durchmesser gleich dem Antriebszahnrad 84 sein, so dass
eine Geschwindigkeitsreduzierung zwischen dem Zwischenzahnrad 86 und
dem Nockenzahnrad 80 auftritt. Wie in der 4 gezeigt
ist, sind das Antriebszahnrad 84, das Zwischenzahnrad 86 und
das Nockenzahnrad 80 auf einer Line angeordnet, so dass
ihre Mittelpunkte entlang der Achse L1-L1 liegen. Alternativ, wie in den 6 bis 8 gezeigt
ist, kann das Zwischenzahnrad 86 seitlich mit Abstand gegenüber der
Achse L1-L1 angeordnet
sein, um verschiedene Formen und Größen des Motorblocks 14 zu
ermöglichen
oder auszuführen.
Das Antriebszahnrad 84, das Zwischenzahnrad 86 und
das Nockenzahnrad 80 können
zum Beispiel aus Pulvermetall, spritzgegossenem Kunststoff oder
gegossenem Metall ausgebildet sein.
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Wie
in der 3 gezeigt ist, ist das Nockenzahnrad 80 auf
einer kurzen Welle 92 montiert, welche in dem oberen und
dem unteren Nockenwellenlager 38, 40 getragen
wird, die in dem Zylinderkopf 36 achsgelagert sind. Das
Nockenzahnrad 80 dreht sich über eine Achse L2-L2 (6), welche
senkrecht zu der Achse L1-L1 ist.
Alternativ kann das Nockenzahnrad 80 drehbar auf einer
stationären
Tragwelle achsgelagert sein, welche integral mit dem Zylinderkopf 36 ist,
und welche als ein Wellenstumpf bzw. eine Flanschwelle ausgebildet
sein kann.
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Das
Nockenzahnrad 80 weist integral ausgebildete Zähne 94 entlang
seines äußeren Umfangs auf,
und ferner eine innere Nockenprofiloberfläche 96 entlang eines
inneren Umfangs der inneren Aussparung 97 des Nockenzahnrads 80.
Wie in den 6 bis 8 dargestellt
ist, umfasst die Nockenprofiloberfläche 96 einen verdickten
Bereich 98. Die Nockenstößelarme 100 (welche
in der 5 gezeigt sind) sowie 102a und 102b (welche
in den 6 bis 8 gezeigt sind) enden in den
Enden oder Walzen 106, welche von Wälzlagern 108 getragen
werden, und welche an der Nockenprofiloberfläche 96 angreifen.
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Wie
in den 1 bis 2, 4 und 6 bis 10 gezeigt
ist, greifen die Nockenstößelarme 100, 102a und 102b und 104 von
jeweils der ersten, zweiten und dritten Ausführung an der Nockenprofiloberfläche 96 an
entsprechenden Positionen nahe einer Seite des Nockenzahnrads 80 an,
welche im wesentlichen entgegengesetzt zu der Position ist, an welcher
das Nockenzahnrad 80 mit dem Zwischenzahnrad 86 im
Eingriff steht, und, wie man am besten in den 4, 8 und 10 erkennen
kann, erstreckt sich das Nockenzahnrad 80 nicht wesentlich weiter
als das Ende der Ventilschäfte 112a, 112b.
Anders ausgedrückt
greifen die Nockenstößelarme 100, 102a und 102b und 104 an
der Nockenprofiloberfläche 96 an
jeweiligen Positionen an, die jeweils mit einem maximalen Abstand
von der Kurbelwelle 12 angeordnet sind. Zudem ist das Nockenzahnrad 80 dicht
benachbart zu den Nockenfolgerarmen 100, 102a und 102b und 104 angeordnet,
und zusätzlich erstrecken
sich die Walzen 106 in die innere Aussparung 97 des
Nockenzahnrads 80 hinein. Diese Anordnung vermindert vorteilhaft
die Länge
des Antriebszugs 15 und wiederum die Länge des Motors 10.
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In
der ersten Ausführung,
welche in den 4 bis 5 gezeigt
ist, sind die Ventilkipphebel 101 drehbar an den Ventilkipphebelwellen 114 für eine Drehung über ein
Paar von Achsen, die senkrecht zu der Achse L1-L1 sind, montiert. Die Ventilkipphebelwellen 114 sind
in Öffnungen 116 in
dem Zylinderkopf 36 aufgenommen und werden drehbar in Vorsprüngen 118 getragen,
welche integral mit dem Zylinderkopf 36 sind. Lash-Einstellungsschrauben 110 sind
innerhalb der Öffnungen 117 in
den Ventilkipphebeln 102 befestigt und stoßen an den Ventilschäften 112 an.
Die Ventilfedern 120 sind um die Ventilschäfte 112 gewunden,
unter Druck zwischen dem Zylinderkopf 36 und den Ventilsicherungsringen
(valve keepers) 122, und drücken die Ventile 51, 53 gegen
die Ventilsitze 124. Die Nockenstößelarme 100 sind innerhalb
von Öffnungen 117 in den
Ventilkipphebeln 101 befestigt und erstrecken sich ausgehend
von den Ventilkipphebeln 101 senkrecht zu dem Nockenzahnrad 80.
Die Walzen 106 sind drehbar auf den Enden der Nockenstößelarme 100,
welche drehbar durch die Wälzlager 108 getragen
werden, in einer Schnappverbindung befestigt und greifen an der
Nockenprofiloberfläche 96 des Nockenzahnrads 80 an,
um die Ventilkipphebel 101 zu drehen und die Einlass- und
Auslassventile 51, 53 zu öffnen.
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Der
Betrieb des Motors 10 wird nachfolgend mit überwiegendem
Bezug auf die zweite Ausführung,
welche in den 6 bis 8 gezeigt
ist, beschrieben. Es soll jedoch verständlich sein, dass die erste
Ausführung,
welche in den 1 bis 5 gezeigt
ist, und die dritte Ausführung,
welche in den 9 bis 10 gezeigt
ist, auf eine ähnliche
Art und Weise arbeiten. In der zweiten Ausführung, welche in den 6 bis 8 gezeigt
ist, und am deutlichsten in der 8, sind
die Nockenstößelarme 102a und 102b in
einer überlappenden,
gekreuzten Anordnung im wesentlichen parallel zu dem Nockenzahnrad 80 angeordnet.
Wenn das Nockenzahnrad 80 angetrieben wird, kippt (rocks)
der verdickte Bereich 98 der Nockenprofiloberfläche 96 periodisch
die Nockenstößelarme 102a und 102b,
was verursacht, dass sich die Nockenstößelarme 102a und 102b mit den
Kipphebelwellen 107a und 107b drehen. Die Kipphebelwellen 107a und 107b sind
an dem Zylinderkopf 36 für eine Drehung über ein
Paar von Achsen, die senkrecht zu der Achse L1-L1 sind, auf den jeweiligen Wellenbereichen 109 montiert.
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Die
Ventilkipphebel 103a und 103b sind steif an die
Ventilkipphebelwellen 107a, 107b angeschlossen
und greifen an den Ventilschäften 112a, 112b auf eine
herkömmliche
Art und Weise an. Bezugnehmend auf die 4 werden
die Ventilschäfte 112a, 112b innerhalb
der Ventilführungen 126 getragen,
die innerhalb der Ventilführungsbohrungen 128 in
dem Zylinderkopf 36 im wesentlichen parallel zu der Achse
L1-L1 angeordnet
sind. Die Ventilschäfte 112a und 112b sitzen
gegen den Ventilsitzen 124, welche in einer Presspassung
in die geöffneten
Enden der Einlass- und Auslassöffnungen 46, 44 eingesetzt
sein können
oder in diese gegossen sein können.
Mit Bezug wiederum auf die 6 bis 8 sind
die Ventilfedern 120, umfassend Spiralfedern um die Ventilschäfte 112a und 112b,
unter Druck montiert und drücken.
die Ventile 51, 53 gegen die Ventilsitze 124, was
verursacht, dass die Einlass- und Auslassventile 51, 53 geschlossen
werden, wenn die Ventilkipphebel 103a, 103b nicht
betätigt
werden.
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Wie
in den 6 bis 8 gezeigt ist, befindet sich
der Kolben 70 in einem oberen Totpunkt, und die Ventilschäfte 112a, 112b sind
derart gezeigt, dass sie an den Ventilsitzen 124 anstoßen, so
dass die Einlassöffnung 46 und
die Auslassöffnung 44 geschlossen
sind. Der Getriebezug 15 arbeitet mit einem herkömmlichen
Vier-Takt-Zyklus,
umfassend die Schritte des Einlassens, des Verdichtens, der Leistung
und des Auslassens. Wenn sich der Kolben 70 hin- und herbewegt,
werden die Kurbelwelle 12 und das Antriebszahnrad 84 gedreht,
treiben das Zwischenzahnrad 86 mit halber Geschwindigkeit
an und das Nockenzahnrad 80 mit einer Geschwindigkeit, welche
gleich der des Zwischenzahnrad 86 ist.
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Mit
Bezug auf die 8 dreht auf dem Einlasshub die
Nockenprofiloberfläche 96 des
Nockenzahnrads 80 den Nockenstößelarm 102a, die Ventilkipphebelwelle 107a und
den Ventilkipphebel 103a. Die Drehung des Ventilkipphebels 103a drückt den Ventilschaft 112a und öffnet das
Einlassventil 51, was ermöglicht, dass ein Benzin/Luft-Gemisch
aus dem Vergaser in den Brennraum 71 (welcher in der 4 gezeigt
ist) durch die Einlassöffnung 46 strömt. Auf dem
Verdichtungs- und dem Leistungshub werden die Nockenstößelarme 102a, 102b nicht
durch die Nockenprofiloberfläche 96 des
Nockenzahnrads 80 gedreht, und die Ventilfedern 120 drücken die
Ventilkipphebel 103a, 103b, so dass die Einlass-
und Auslassventile 51, 53 geschlossen sind. Auf
dem Leistungshub dreht die Nockenprofiloberfläche 96 des Nockenzahnrads 80 den
Nockenstößelarm 102b,
die Ventilkipphebelwelle 107b und den Ventilkipphebel 103b.
Die Drehung des Ventilkipphebels 103b drückt den
Ventilschaft 112 und öffnet
das Auslassventil 53, wobei Abgas aus dem Brennraum 71 durch
die Auslassöffnung 44 entlüftet wird.
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Mit
Bezug auf die 9 und 10 ist
eine dritte Ausführung
der vorliegenden Erfindung gezeigt. Die Nockenstößelarme 104 erstrecken
sich ausgehend von den Ventilkipphebeln 105 in einer senkrechten
Beziehung zu dem Nockenzahnrad 80 und greifen an der Nockenprofiloberfläche 96 des Nockenzahnrads 80 an.
Die Nockenstößelarme 104 sind
steif an ein Paar von Ventilkipphebeln 105 angeschlossen,
welche an ein Paar von Ventilschäften 112 angeschlossen
sind, und die Ventilkipphebel 105 können drehbar an den Motorblock
auf dieselbe Art und Weise wie in der ersten Ausführung, die
in den 1 bis 5 gezeigt ist, montiert sein.
Wenn das Nockenzahnrad 80 angetrieben wird, drückt die Nockenprofiloberfläche 96 des
Nockenzahnrades 80 periodisch die Nockenstößelarme 104 radial
nach innen, was verursacht, dass sich die Ventilkipphebel 80 drehen.
In der ersten Ausführung,
welche in den 1 bis 5 gezeigt
ist, und in der dritten Ausführung,
welche in den 9 und 10 gezeigt
ist, betätigt
die Drehung von jeweils den Ventilkipphebeln 101 oder 105 die
Einlass- und Auslassventile auf eine entgegengesetzte Art und Weise
gegenüber
der zweiten Ausführung.
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Während die
vorliegende Erfindung derart beschrieben worden ist, dass sie vorzuziehende
Ausführungen
aufweist, kann die vorliegende Erfindung weiter innerhalb des Schutzumfangs
dieser Offenbarung modifiziert werden. Diese Anmeldung soll daher solche
Abwandlungen von der vorliegenden Offenbarung abdecken, welche in
die bekannte oder übliche Praxis
in dem Stand der Technik fallen, zu welchem die vorliegende Erfindung
gehört,
ohne von dem Schutzumfang von Anspruch 1 abzuweichen.