DE69121030T2 - Ventiltriebvorrichtung für eine Brennkraftmaschine - Google Patents

Ventiltriebvorrichtung für eine Brennkraftmaschine

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Description

  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Brennkraftmaschine gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Andere bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind in den weiteren Unteransprüchen angegeben.
  • Nachfolgend wird die vorliegende Erfindung in größerem Detail unter Bezugnahme auf eine Ausführungsform davon in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen beschrieben, wobei:
  • Figur 1 zeigt eine schematische Vorderansicht einer Vier-Takt-Maschine vom V-Typ gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
  • Figur 2 zeigt eine geschnittene Vorderansicht der rechten Seite des Zylinderkopfbereichs der Maschine, die in Figur 1 dargestellt ist,
  • Figur 3 zeigt eine Draufsicht des oberen Kopfs des Zylinderkopfs der Maschine;
  • Figur 4 zeigt eine Vorderansicht der Maschine ähnlich zu Figur 1 einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, und
  • Figur 5 zeigt eine Vorderansicht einer Maschine ähnlich zu denjenigen der Figuren 1 und 4 mit einem unterschiedlichen Typ eines Nockenwellenantriebssystems.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.

Claims (9)

1. Brennkraftmaschine mit einem Zylinderkopf (4), der mehr als zwei Einlaßventile (14) und eine Mehrzahl von Auslaßventilen (15) pro Zylinder lagert, einem Zylinderkopf- Kühlmantel (31a, 31b, 31c) einschließlich zumindest eines zentralen Kühlmantels, um Kühlmittel durch den Zylinderkopf (4) zu zirkulieren, einem Paar Einlaß- und Auslaß-Nockenwellen (24, 25), die in Eingriff sind mit den Einlaß- und Auslaß-Ventilstößeln (18, 19), die an den Enden der Ventilschäfte (14b, 15b) der Einlaß- und Auslaßventile (14, 15) angeordnet sind und mit Ventilfedern (22, 23), zum Vorspannen der Einlaß- und Auslaßventile in Richtung ihrer Ventil- Schließstellungen, wobei die Ventilfedern sich zwischen Federsitzen (12g, 12h) der Einlaß- und Auslaßventile, vorgesehen an dem Zylinderkopf, und zugehörigen Einlaß- und Auslaßventilfederhaltern (20, 21), befestigt an den Einlaßund Auslaßventilschäften, jeweils erstrecken, wobei die Ventilfederhalter (20) der Einlaßventile (14) nahe einem unteren Ende des zugehorigen Einlaßventilstößels (18) angeordnet sind, wobei das obere Ende der Einlaßventilfedern (22) außerhalb der Einlaßventilstößel (18) am unteren Ende derselben gehalten sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventilfederhalter (21) der Auslaßventile (15) zusammen mit dem oberen Ende der zugehörigen Auslaßventilfedern (23) innerhalbe der Auslaßventilstößel (19) jeweils aufgenommen sind und der Abstand (L2') zwischen den Auslaß-Federsitzen (12h) und den Auslaßöffnungen (12e), ausgebildet in einer unteren Oberfläche (10a) des Zylinderkopfes (4), größer ist als der Abstand (L1') zwischen den Einlaß-Feder-sitzen (12g) und den jeweiligen Einlaßöffnungen (12).
2. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Auslaßventile (15) einen Durchmesser aufweisen, der größer ist als derjenige der Einlaßventile (14), daß die Ventilstößel (18, 19) der Einlaß- und Auslaß ventile (14, 15) sich nach unten öffnende, mit einem Boden versehene Zylinder bilden und daß die mit einem Boden versehenen zylindrischen Ventilstößel (19) der Auslaßventile (15) einen Durchmesser aufweisen, der größer ist als derjenige der mit einem Boden versehenen, zylindrischen Ventilstößel (18) der Einlaßventile (14).
3. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Außendurchmesser der Einlaßventilfedern (22) und die zugehörigen Einlaßventilstößel (18) im wesentlichen einander entsprechen.
4. Brennkraftmaschine nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand (L2) zwischen der Achse der Auslaßventilbetätigungs-Nockenwelle (25) und der Federsitze (12L), ausgebildet an einem unteren Kopf (10) des Zylinderkopfes (4), kleiner oder gleich dem Abstand (L1) zwischen der Achse der Einlaßventilbetätigungs-Nockenwelle (24) und den Federsitzen (12g) der Einlaßventile (14) ist.
5. Brennkraftmaschine nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Zylinderkopf-Kühlmantel (31a, 31b, 31c) außerdem Seitenkühlmäntel (31a, 31b) an der Einlaß- und Auslaßseite des Zylinderkopfes aufweist.
6. Brennkraftmaschine nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge der Ventilschäfte der Einlaß- und Auslaßventile (24, 25) im wesentlichen einander gleich ist.
7. Brennkraftmaschine nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehachsen der Einlaß- und Auslaß-Nockenwelle (24, 25) unter ungefähr demselben Abstand von der unteren Oberfläche (10a) des Zylinderkopfes (4) angeordnet sind und die Einlaß- und Auslaß-Nockenwellen (24, 25) auf ungefähr derselben Höhe in bezug auf den Zylinderblock (2) angeordnet sind.
8. Brennkraftmaschine nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehachsen der Einlaß- Nockenwelle und der Auslab-Nockenwelle sich parallel zueinander erstrecken, beide Nockenwellen von einer gemeinsamen Zwischenwelle angetrieben werden, die an dem Zylinderkopf zur Rotation um eine dritte Achse drehbar gelagert ist, wobei der Abstand (B) der Achse (25a) der Auslaß-Nockenwelle (25) von einer parallelen Mittelebene (C), die die Achsen der Zylinder ebenso wie die Kurbelwellenachse enthält, größer festgelegt ist als ein Abstand (A) der Achse (24a) der Einlaß-Nockenwelle (24) von der Ebene (C), und daß die dritte Achse (35b) der Zwischenwelle (35a) seitlich gegenüber der Ebene (C) durch einen entsprechenden Betrag (D) in Richtung zur Auslaßseite des Zylinderkopfes (4) seitlich versetzt angeordnet ist.
9. Brennkraftmaschine nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch ein Paar Zylinderbänke, die in V-Form angeordnet sind, wobei die Einlaß-Nockenwelle (24) zu dem V-Raum zwischen beiden Zylinderbänken zugewandt angeordnet ist, während die Auslaß-Nockenwelle (25) entlang der Außenseite des Zylinderkopfes (4), nach außen gewandt, angeordnet ist.
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