Hubkolbenmotor mit Kipphebel-Ventilsteuerung

Abstract

 Der Hubkolbenmotor weist eine Kipphebel-Ventilsteuerung, Kolben (1), die an einer Pleuelstange (2) befestigt sind und über Kurbelzapfen (3) mit einer Kurbelwelle (4) verbunden sind, eine Ausgleichswelle (5) und eine von der Kurbelwelle (4) angetriebenen Nockenwelle (10), die ihrerseits Kipphebel (11) betätigt, auf, wobei diese Organe in einem Kurbelwellen-Gehäuse mit einem Zylinderkopf (24) und Zylinderkopf-Deckel (14) angeordnet sind. Zwecks wesentlicher Erleichterung der Montage und des Unterhalts weist der Zylinderkopf (24) direkt darin angegossene oder angeschraubte Aufnahmen (16) auf, die der Befestigung der hohlen Nockenwelle (10) dienen, ohne separat zu befestigenden Lagerböcke zu benötigen. Sinngemäss weist der Zylinderkopf (24) weitere direkt darin angegossene oder angeschraubte Aufnahmen (15, 15A, 25) auf, die der Befestigung der hohlen Kipphebel (11) dienen, ohne separat zu befestigende Lagerböcke zu benötigen.
In einer weiteren Ausführung der Erfindung wird die Nockenwelle (10), das Spannrad (7) und die gegenläufig rotierende Ausgleichswelle (5) von nur einer Kette (8) in Linie mit der Kurbelwelle (4) von dieser angetrieben, wodurch eine kompakte Bauweise ermöglicht wird.

Beschreibung

[0001] Die vorliegende Erfindung beschreibt einen Hubkolbenmotor mit Kipphebel-Ventilsteuerung gemäss Oberbegriff der unabhängigen Patentansprüche. Dabei wird die Erfindung beispielhaft an einem 2-Zylinder Reihenmotor näher erläutert, gilt jedoch für Hubkolbenmotoren mit beliebiger Zylinderanzahl.

[0002] Es ist vorbekannt, Motoren mit verschiedenen Arten von Ventilsteuerungen zu verwenden, z.B. gemäss Figur 1, die schematisch vier verschiedene Ventil-Steuerungen, wie sie beispielsweise im Buch

Kraftfahrtechnisches Taschenbuch Bosch" VDI-Verlag, 19. Auflage, beschrieben werden, zeigt. Eine mögliche Ausführung ist die in Fig. 1, Bild 3, dargestellte Kipphebel-Ventilsteuerung. Diese Art der Ventilsteuerung wird heute insbesondere bei Motoren verwendet, bei denen geringe Reibleistung und eine geringe Bauhöhe im Vordergrund stehen. Nachteilig an dieser Bauart ist der stark vergrösserte Aufwand für die Bearbeitung und Montage des Ventiltriebes, die aufwendige Wartung, sowie ein vergrösserter Platzbedarf in der Längsrichtung der Zylinder.

[0003] Es ist von diesem bekannten Stand der Technik ausgehend Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Nachteile von vorbekannten Kipphebel-Ventilsteuerungen bezüglich stark vergrössertem Aufwand für Bearbeitung und Montage des Ventiltriebes, aufwendige Wartung und vergrösserten Platzbedarf in der Längsrichtung der Zylinder, zu beseitigen. Ein solcher Motor mit Kippventil-Steuerung ist in den unabhängigen Ansprüchen definiert. Weitere Vorteile und Ausführungen sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.

[0004] Die Erfindung wird im folgenden anhand einer Zeichnung von Lösungen des Standes der Technik und anhand eines Ausführungsbeispiels mit einem 2-Zylinder Reihenmotor näher erläutert.

Fig. 1

zeigt schematisch vier Möglichkeiten von Ventilsteuerungen,

Fig. 2

zeigt schematisch in einer Seitenansicht einen Ventiltrieb eines Motors gemäss Erfindung,

Fig. 3

zeigt einen Schnitt gemäss Linie III-III in Fig. 2,

Fig. 4

zeigt die Kipphebelanordnung der Figuren 2 und 3 von oben,

Fig. 5

zeigt die Kurbelwelle und Ausgleichswelle von Fig. 2 von oben,

Fig. 6

zeigt schematisch einen ersten Schnitt durch das Zylinderkopfgehäuse gemäss Erfindung,

Fig. 7

zeigt einen weiteren Schnitt durch das Zylinderkopfgehäuse gemäss Erfindung, und

Fig. 8

zeigt in perspektivischer Sicht eine Variante zur Ausführung gemäss Figur 7.

[0005] Die Figuren 2 bis 5 zeigen schematisch Teile des Antriebs eines Hubkolbenmotors gemäss Erfindung, mit Kolben 1, wovon nur einer dargestellt ist, die an der Pleuelstange 2 befestigt und über die Kurbelzapfen 3 mit der Kurbelwelle 4 verbunden sind. Ausserdem erkennt man eine Ausgleichswelle 5 mit Kettenzahnrad 5K, ein direkt mit der Kurbelwelle verbundenes Kettenrad 6, ein Kettenspannrad 7, um die Kette 8 spannen zu können, die das Nockenwellen-Kettenzahnrad 9 antreibt, welches die Drehung der Nockenwelle 10 ermöglicht, die ihrerseits die Kipphebel 11 betätigt, die die angedeuteten Ventile 19 entlang der Ventilachse 12 bewegen.

[0006] Eine im Ausführungsbeispiel als sogenannter Reihenmotor dargestellte Brennkraftmaschine in Hubkolbenbauform besitzt zwei parallel stehende, nicht gezeigte Zylinder in welchen die Kolben 1 auf und ab laufen. Die unterhalb der Zylinder angeordnete Kurbelwelle 4 besitzt zwei Kurbelzapfen 3, auf denen jeweils ein Pleuel 2 gelagert ist. Jeder der Pleuel ist mit einem Kolben 1 verbunden, der im jeweiligen Zylinder auf und ab läuft. Oberhalb der Zylinder ist eine Nockenwelle 10 angeordnet. Die Nocken 18 der Nockenwelle 10 betätigen dabei die Kipphebel 11, die mit den jeweils entsprechenden Ventilen 19 zusammenwirken.

[0007] Der Antrieb der Nockenwelle 10 erfolgt durch ein Nockenwellen-Kettenzahnrad 9, das sich zwischen den Nockenpaaren für die einzelnen Zylinder befindet. Im Ausführungsbeispiel ist dieses Nockenwellen-Kettenzahnrad in der Mitte der Nockenwelle angeordnet, es kann jedoch in einer anderen Ausführung auch aus der Mitte versetzt angeordnet sein.

[0008] Die Nockenwelle 10 wird durch die Steuerkette 8 über das Nockenwellen-Kettenzahnrad 9, das Kettenspannrad 7, die gegenläufig rotierende Ausgleichswelle 5 mit Ausgleichswellen-Kettenzahnrad 5K und das Kurbelwellen-Kettenzahnrad 6 von der Kurbelwelle 4 angetrieben. Eine weitere mögliche Ausführung des Nockenwellenantriebes beinhaltet eine Ausführung mit Zahnriemen und Zahnriemenrädern anstelle von Kette und Kettenrädern.

[0009] Die in den Figuren 6 und 7 dargestellten Schnitte veranschaulichen den Einbau der Nockenwelle 10 und der Kipphebel 11 direkt in die am Zylinderkopf 24 angegossenen Aufnahmen 15 und 16. Dies hat den Vorteil einer sehr einfachen Bearbeitung und einer sehr einfachen Montage der Nockenwelle und der Kipphebel. Die Figuren 6 und 7 zeigen nur Ausschnitte aus dem Zylinderkopf 24 und Zylinderkopf-Deckel 14, in dem alle beschriebenen Organe angeordnet sind.

[0010] Am Beispiel der Nockenwelle 10 wird nachfolgend die Montage näher erläutert und die Vorteile detailliert aufgeführt. Bei der vorliegenden Erfindung müssen die vorgegossenen Aufnahmen 16 im Zylinderkopf 24 für die Nockenwelle 10, die eine Hohlwelle ist, nur noch auf das gewünschte Wellenmass gebohrt werden, so dass die mit den innen liegenden Rollenlagern 20 versehene Nockenwelle 10 zwischen die Aufnahmen 16 gelegt und eine Montagewelle 17 eingeschoben werden kann. Der Zylinderkopfdeckel 14 mit den entsprechend bearbeiteten Seitenflächen 21 dient dabei der seitlichen Fixierung der Montagewelle 17 für die Nockenwelle 10.

[0011] Sinngemäss trifft dies auch auf die Kipphebel 11 zu, die ebenfalls als Hohlwellen mit Rollenlager 22 ausgebildet sind und gemäss Figur 7 zwischen die Aufnahmen 15 gelegt werden, woraufhin die Kipphebel-Montagewellen 13 eingeschoben und durch die Seitenflächen 23 am Zylinderkopfdeckel 14 fixiert werden.

[0012] Ein Vorteil der Erfindung ist somit eine sehr einfache Bearbeitung des Ventiltriebs und eine sehr einfache Montage der Nockenwelle und der Kipphebel. Ein weiterer Vorteil der Erfindung ist die Verwendung von Rollenlagern zur Lagerung von Nockenwelle und Kipphebeln, wodurch sehr niedrige Reibverluste ermöglicht werden und keine Druckölversorgung benötigt wird.

[0013] Ein weiterer grosser Vorteil der Erfindung ist, dass keine zusätzliche Verschraubung oder andersartige Befestigung von Lagerböcken benötigt wird. Durch die spezielle Ausführung des Zylinderkopfdeckels werden darin keine Lagerstellen benötigt. Ausserdem ergeben sich keine unterbrochenen Dichtflächen zwischen Zylinderkopfdeckel und Zylinderkopf und es wird eine sehr einfache Abdichtung des Kerzenlochs ermöglicht. Durch die Möglichkeit, den Zylinderkopfdeckel zur Fixierung der Montagewellen zu verwenden, ist keine weitere Sicherung der Nockenwelle und der Kipphebel erforderlich. Durch die Erfindung wird auch die Wartung wie Ventilspielkontrolle und Einstellung deutlich vereinfacht und Nockenwellen und Kipphebel können extrem einfach ausgetauscht werden.

[0014] In Figur 8 ist eine Variante zur Ausführung der Aufnahmen, insbesondere der Kipphebelwelle-Aufnahmen, dargestellt, wobei der Zylinderkopf in perspektivischer Sicht dargestellt ist. Es hat sich gezeigt, dass bei gewissen Modellen und grossen Beanspruchungen gegossene Aufnahmen für die Kipphebelwellen den Anforderungen nicht genügen. Die gegossenen Aufnahmen 15 gemäss Figur 7 können in diesen Fällen gemäss der Ausführung nach Figur 8 durch Aufnahmen 15A aus Stahl ersetzt werden, die paarweise und am Zylinderkopf 24 direkt angeschraubt werden. Die übrigen Vorteile wie bei den gegossenen Aufnahmen werden vollständig beibehalten und die Montage der Kipphebelwellen erfolgt auf dem gleichen Weg.

[0015] Falls erforderlich, können auch die gegossenen Nockenwellen-Aufnahmen 16 durch vorgefertigte Aufnahmen ersetzt werden, die dann auf den Zylinderkopf angeschraubt werden.

[0016] Es hat sich ferner herausgestellt, dass die Verwendung von Aufnahmen, sei es gegossene oder vorgefertigte und angeschraubte Aufnahmen auch bei der Lagerung vorbekannter Nockenwellen oder Kipphebel wesentliche Vorteile und Einsparungen bringt. Analog dazu hat es sich ergeben, dass die Verwendung von Hohlwellen für die Lagerung von Nockenwellen und Kipphebel auch bei vorbekannten Anordnungen Vorteile bietet.

[0017] Insbesondere aus Figur 3 geht hervor, dass die Nockenwelle 10, das Kettenspannrad 7 und die gegenläufig rotierende Ausgleichswelle 5 mit dem Kettenzahnrad 5K von nur einer Kette 8 in Linie mit der Kurbelwelle 4 mit Kettenzahnrad 6 von dieser angetrieben wird. Das hat den Vorteil, durch die sehr kompakte Bauweise sehr schmal bauen zu können und ermöglicht, zusätzliche Bauteile wie z.B. Zwischenwellen einzusparen. Diese Kettenführung ermöglicht auch durch die Anordnung des Kettenspannrades 7 eine Drehrichtungsumkehr der Ausgleichswelle 5 und einen genügend grossen Umschlingungswinkel aller treibenden und getriebenen Bauteile. Dabei wird das Kettenspannrad 7 in Linie mit dem Kurbelwellen-Kettenzahnrad 6 so angeordnet, dass sowohl ein genügend grosser Umschlingungswinkel für alle Wellen, als auch eine Drehrichtungsumkehr für die Ausgleichswelle 5 erreicht wird. Das Kettenspannrad 7 kann zur Reduzierung der Reibung rollengelagert sein und dabei nur über das Spritzöl der Kette genügend geschmiert werden.

[0018] Auch diese Massnahme der Erfindung ermöglicht einen sehr einfachen und kompakten Aufbau des Ventiltriebs. Neben einer Ausführung mit Kettentrieb, ist auch eine Ausführung der Erfindung mit Zahnriemen möglich. Dabei werden die Kettenräder durch Zahnriemenräder ersetzt.

Ansprüche

1. Hubkolbenmotor mit mindestens einem Zylinder und mit Kipphebel-Ventilsteuerung, mit Kolben (1), die an einer Pleuelstange (2) befestigt sind und über Kurbelzapfen (3) mit einer Kurbelwelle (4) verbunden sind, einer Ausgleichswelle (5) und einer von der Kurbelwelle (4) angetriebenen Nockenwelle (10), die ihrerseits Kipphebel (11) betätigt, wobei diese Organe in einem Kurbelwellen-Gehäuse mit Zylinderkopf (24) und Zylinderkopf-Deckel (14) angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass der Zylinderkopf direkt darin befestigte Aufnahmen (16) aufweist, die der Befestigung der Nockenwelle (10) dienen, ohne separat zu befestigende Lagerböcke zu benötigen.

2. Hubkolbenmotor mit mindestens einem Zylinder und mit Kipphebel-Ventilsteuerung, mit Kolben (1), die an einer Pleuelstange (2) befestigt sind und über Kurbelzapfen (3) mit einer Kurbelwelle (4) verbunden sind, einer Ausgleichswelle (5) und einer von der Kurbelwelle (4) angetriebenen Nockenwelle (10), die ihrerseits Kipphebel (11) betätigt, wobei diese Organe in einem Kurbelwellen-Gehäuse mit Zylinderkopf (24) und Zylinderkopf-Deckel (14) angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass der Zylinderkopf (24) direkt darin befestigte Aufnahmen (15) aufweist, die der Befestigung der Kipphebel (11) dienen, ohne separat zu befestigende Lagerböcke zu benötigen.

3. Hubkolbenmotor mit mindestens einem Zylinder und mit Kipphebel-Ventilsteuerung, mit Kolben (1), die an einer Pleuelstange (2) befestigt sind und über Kurbelzapfen (3) mit einer Kurbelwelle (4) verbunden sind, einer Ausgleichswelle (5) und einer von der Kurbelwelle (4) angetriebenen Nockenwelle (10), die ihrerseits Kipphebel (11) betätigt, wobei diese Organe in einem Kurbelwellen-Gehäuse mit Zylinderkopf (24) und Zylinderkopf-Deckel (14) angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Nockenwelle (10) und/oder die Kipphebel (11) hohl ist (sind) und innen angeordnete Lager (20, 22) aufweist (aufweisen) und auf einer zusätzlichen, in die Nockenwelle (10), bzw. Kipphebel (11) eingeschobene(n) Montagewelle(n) (17, 13) gelagert ist (sind).

4. Hubkolbenmotor nach Anspruch 1 und/oder 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Montagewelle(n) (17, 13) in die Nockenwellen-, bzw. Kipphebel-Aufnahmen (16, 15) eingesetzt ist (sind).

5. Hubkolbenmotor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Nockenwellen-, bzw. Kipphebel-Lager (20, 22) Rollen- oder Gleitlager sind.

6. Hubkolbenmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufnahmen (15, 16) einstückig mit dem Zylinderkopf (24) gegossen sind.

7. Hubkolbenmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufnahmen (15A, 25; 16) aus Stahl vorgefertigt und am Zylinderkopf (24) angeschraubt sind.

8. Hubkolbenmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Zylinderkopf-Deckel (14) Seitenflächen (21) aufweist, die der Positionierung und Fixierung der Nockenwelle (10) und der dazu gehörigen Montagewelle (17) dienen.

9. Hubkolbenmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Zylinderkopf-Deckel (14) Seitenflächen (23) aufweist, die der Positionierung und Fixierung der Kipphebel (10) und der dazu gehörigen Montagewelle (13) dienen.

10. Hubkolbenmotor mit mindestens einem Zylinder und mit Kipphebel-Ventilsteuerung, mit Kolben (1), die an einer Pleuelstange (2) befestigt sind und über Kurbelzapfen (3) mit einer Kurbelwelle (4) verbunden sind, einer Ausgleichswelle (5) und einer von der Kurbelwelle (4) angetriebenen Nockenwelle (10), die ihrerseits Kipphebel (11) betätigt, wobei die Drehung der Nockenwelle (10) über bewegliche Antriebsmittel (8) erfolgt, die von einem direkt mit der Kurbelwelle verbundenen Antriebrad (6) angetrieben sind und ein Spannrad (7) umfassen, um die Antriebsmittel (8) zu spannen, dadurch gekennzeichnet, dass die Nockenwelle (10), das Spannrad (7) und die gegenläufig rotierende Ausgleichswelle (5) von nur einer Kette (8) oder nur einem Zahnriemen in Linie mit der Kurbelwelle (4) von dieser angetrieben werden.

11. Hubkolbenmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 9 und 10.

12. Hubkolbenmotor nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass das in Linie mit dem Kurbelwellenrad (6) sich befindliche Spannrad (7) so angeordnet ist, dass sowohl ein genügend grosser Umschlingungswinkel für alle Wellen, als auch eine Drehrichtungsumkehr für die Ausgleichswelle (5) erreicht wird.

13. Hubkolbenmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Spannrad (7) zur Reduzierung der Reibung rollengelagert ist und über das Spritzöl der Kette genügend geschmiert ist.

Zeichnung