[0001] Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Steuern von zwei oder vier Ventilen eines
Viertaktmotors nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
[0002] Es sind Vierttaktmotore mit oben liegender Nockenwelle bekannt, bei welchen die Nocken
der Nockenwelle jeweils auf eine Endfläche von Stößeln wirken, deren gegenüberliegende
Endfläche als Kugel ausgebildet ist, oder bei welchen in die gegenüberliegende Endfläche
eine gehärtete Kugel eingepreßt ist. Diese kugelförmige Endfläche der Stößel liegt
dann in einer konkaven, halbkugelförmigen Pfanne, die wiederum in einem daumenförmigen
Ansatz eines Kipphebels ausgebildet ist. In einem gegabelten, dem daumenförmigen Ansatz
etwa diametral gegenüberliegenden Arm des Kipphebels ist eine Exzenterscheibe verstellbar
gehaltert, an welcher der Ventilschaft eines zu betätigenden Ventils anliegt, und
durch deren Verstellen das Ventilspiel einstellbar ist.
[0003] Ferner sind Viertaktmotore mit unten liegender Nockenwelle bekannt, beispielsweise
der BMW-Boxermotor, bei welchem die Nocken der Nockenwelle auf eine Endfläche von
kurzen Stößeln mit Stößelführungen wirken, in denen jeweils sehr lange biegefreudige
und dadurch knickgefährdete Stößelstangen geführt sind. Die anderen, gegenüberliegenden
Endflächen der Stößelstangen sind kugelförmig ausgebildet bzw. enden in Kugeln. Diese
kugelförmigen Endflächen der Stößelstangen liegen jeweils in konkaven, halbkugelförmigen
Pfannen von Ventileinstellschrauben, die in Ansätze von Kipphebeln eingeschraubt sind
und in einer dem erforderlichen Ventilspiel entsprechenden Stellung durch Gewindemuttern
gesichert sind. Etwa diametral zu diesen Ansätzen sind an den Kipphebeln jeweils daumenförmige
Ansätze ausgebildet, an welchen jeweils der Ventilschaft der zu betätigenden Ventile
anliegt.
[0004] Die beschriebenen Viertaktmotore, deren Ein- und Auslaßventile von einer Nockenwelle
über Stößel bzw. über Stößel und Stößelstangen sowie über entsprechend ausgebildete
Kipphebel gesteuert werden, haben bei richtiger Abstimmung und Bemessung der einzelnen
Teile sowie bei einer richtigen Ventileinstellung eine bestimmte Motorcharakteristik
und geben dann eine ganz bestimmte Leistung ab.
[0005] Gemäß der Erfindung soll jedoch eine Einrichtung zum Steuern von zwei oder vier Ventilen
eines Viertaktmotors geschaffen werden, mit welcher auch bei herkömmlichen Viertaktmotoren
eine bessere Motorcharakteristik erreichbar und eine höhere Leistung erzielbar ist,
ohne daß die vorgesehene Nockenwelle ausgewechselt zu werden braucht. Gemäß der Erfindung
ist dies bei einer Einrichtung zum Steuern von zwei oder vier Ventilen eines Viertaktmotors
durch die Merkmale im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 erreicht. Vorteilhafte
Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben-:
Da bei der erfindungsgemäßen Einrichtung die eine Fläche des daumenförmigen Ansatzes
jedes Kipphebels, an welcher eine ebene Endfläche eines Stößels anliegt, bei Draufsicht
in Richtung der Kipphebelachse eine einem Kreissektor entsprechende Krümmung aufweist,
bewegt sich der Berührungspunkt zwischen der Stößelendfläche und der kreisförmig gekrümmten
Fläche des daumenförmigen Ansatzes während einer Aufwärtsbewegung des Stößels entlang
der kreisförmig gekrümmten Fläche in Richtung zur Kipphebelachse hin und während einer
Abwärtsbewegung des Stößel von der Kipphebelachse weg. Hierdurch ändert sich dann
jeweils der Abstand zwischen dem Berührungspunkt und der Kipphebelachse und damit
der Hebelarm auf dieser Seite des Kipphebels. Da jedoch die Berührungsstelle am Ende
des sich drehenden Ventilschaftes eines zu betätigenden Ventils und einer im anderen
Arm des Kipphebels verstellbar gehalterten Exzenterscheibe weitgehend festliegt und
somit der Abstand zwischen dieser Berührungsstelle und der Kipphebelachse im wesentlichen
konstant ist, ändert sich während einer Auf- und Abwärtsbewegung des Stößels jedesmal
das Hebelarmverhältnis, d...h. das Verhältnis der Hebelarme von der Kipphebelachse
zu dem Berührungspunkt an der kreisförmig ausgebildeten Fläche des daumenförmigen
Ansatzes bzw. der Berührungsstelle'an der verstellbaren Exzenterscheibe.
[0006] Aufgrund dieser Änderung des Hebelarmverhältnisses wird dann der sogenannte Zeitquerschnitt
geändert, der eine wesentliche Kenngröße für die Steuerung von Verbrennungsmotoren
darstellt, und zwar weist die Zeitquerschnittskurve eines mit der erfindungsgemäßen
Einrichtung versehenen Viertaktmotors im Vergleich zu der Zeitquerschnittkurve beispielsweise
eines der eingangs angeführten Viertaktmotore bei gleichem Anfangs- und Endpunkt sowie
bei gleichem Maxium erheblich steilere Anstiegsflanken und auch erheblich steilere
Abfallflanken auf; das heißt in derselben Zeit sind die von der Abszisse und der Zeitquerschnittskurve
eingeschlossene Fläche und damit der Zeitquerschnitt größer. Wenn somit in einem der
eingangs beschriebenen Viertaktmotore die erfindungsgemäße Einrichtung vorgesehen
und verwendet wird,wird mit derselben Nockenwelle ein besserer Füllungsgrad als beispielsweise
mit den unveränderten, eingangs beschriebenen Viertaktmotoren erzielt ..Ein entsprechend
der erfindungsgemäßen Einrichtung geänderter Viertaktmotor ist erheblich drehfreudiger
und gibt eine größere Leistung ab. Hierbei braucht, wie bereits vorstehend erwähnt,
zur Erzielung dieser höheren Leistung bei Verwendung der erfindungsgemäßen Einrichtung
die vorgesehene und vorhandene Nockenwelle nicht ausgewechselt zu werden.
[0007] Wenn die erfindungsgemäße Einrichtung beispielsweise bei dem eingangs erwähnten BMW-Boxermotor
mit unten liegender Nockenwelle verwendet wird, läßt sich eine ganz erhebliche Leistungssteigerung
erzielen. Diese Leistungssteigerung kann 30% und mehr betragen, wenn gleichzeitig
mit der Verwendung der erfindungsgemäßen Einrichtung auch noch der in der Patentanmeldung
P 31 16 802.7 beschriebene Zylinderkopf verwendet wird und die in dem Boxermotor bisher
verwendeten, sehr langen, biegefreudigen und damit knickgefährdeten Stößelstangen
durch sehr viel kürzere Stößelstangen ersetzt werden, während die Verbindung zwischen
dem gemäß der Erfindung ausgebildeten Kipphebel durch einen im Zylinderkopf geführten,
verhältnismäßig dicken Stößel hergestellt wird. Hierbei ist die Stößelendfläche als
ebene Fläche, d.h. als Fläche mit einem Radius unendlich, ausgebildet, während das
andere Stößelende auf Seite der vorgesehenen, kurzen Stößelstange als konkave, halbkugelförmige
Pfanne ausgebildet ist, in welcher das kugelförmig ausgebildete Ende der erheblich
kürzeren Stößelstange liegt.
[0008] Nachfolgend wird die Erfindung anhand einer bevorzugten Ausführungsform unter Bezugnahme
auf die anliegende Zeichnung beschrieben, in welcher schematisch die Wirkungsweise
3er erfindungsgemäßen Einrichtung dargestellt ist.
[0009] In der Zeichnung ist schematisch lediglich ein Einlaß 4 sowie ein Einlaßventil 3
mit einem Ventilteller 32 und einem Ventilschaft 31 in dessen Schließstellung dargestellt.
Das dem Ventilteller abgewandte Ende 33 des Ventilschaftes 31 liegt aufgrund der von
einer nicht näher dargestellten Ventilfeder ausgeübten Kraft an einer Exzenterscheibe
13 an, deren Welle 14 in einem Arm 12 eines Gabelkipphebels 1 verstellbar gelagert
ist. Etwa diametral von dem gegabelten Arm 14 ist an dem Gabelkipphebel ein daumenförmiger
Ansatz 11 ausgebildet, dessen in der Darstellung untere Fläche 111 an einer in sich
ebenen Fläche (d.h. einer Fläche mit dem Radius unendlich) eines Stößels 2 anliegt.
Hierbei ist die an der ebenen Stößelendfläche 21 anliegende Fläche des daumenförmigen
Ansatzes 11 des Gabelkipphebels 1 so ausgebildet, daß sie bei Draufsicht in Richtung
der Kipphebelachse, welche in der schematischen Darstellung senkrecht zu der Zeichenebene
verläuft, im Querschnitt eine einem Kreissektor entsprechende Krümmung aufweist. Gemäß
einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung beträgt der Krümmungsradius vorzugsweise
8mm.
[0010] In der Zeichnung ist lediglich die Ventilsteuerung eines Einlaßventils schematisch
dargestellt, welche etwa bei der gestrichelt- gepunktet wiedergegebenen Linie endet.
Die Auslaßseite bzw. die Steuerung eines Auslaßventils könnte in etwa spiegelbildlich
zu der gestrichelt-gepunkteten Linie vorgesehen und angeordnet sein. Ferner kann zur
Steuerung von jeweils zwei Einlaß- oder Auslaßventilen der Gabelkipphebel mit zwei
in Richtung der Kipphebelachse 10 hintereinander angeordneten, gegabelten Arme 12
versehen sein, in denen jeweils eine Exzenterscheibe 12 gelagert ist. Bei einer solchen
Ausführung des Gabelkipphebels können dann mit einem dem Stößel 2 entsprechenden Stößel
zwei Einlaß- bzw. Auslaßventile gesteuert werden. Diese Einlaß- bzw. Auslaßventile
sowie die diesen Ventilen zugeordneten Stößel könnten beispielsweise so in:'einem
Zylinderkopf angeordnet sein, wie in der bereits angeführten deutschen Patentanmeldung
P 31 16 802.7 dargestellt und beschrieben ist.
[0011] Bei einer Aufwärtsbewegung des Stößels 2 wird der Kipphebel 1 um seine Achse 10 entgegen
dem Uhrzeigersinn verschwenkt, wodurch dann über die entsprechend dem geforderten
Ventilspiel eingestellte Exzenterscheibe Druck auf den Ventilschaft 31 ausgeübt und
dadurch das Ventil 3 geöffnet wird. Während der erwähnten Aufwärtsbewegung des Stößels
2 bewegt sich aufgrund der einem Kreissektor entsprechenden Krümmung der Fläche 111
an der Unterseite des daumenförmigen Kipphebelansatzes 11 der Berührungspunkt zwischen
der ebenen Stößelendfläche 21 und der im Querschnitt in diesem Bereich kreisförmigen
Fläche 111 in Richtung zu der Kipphebelachse hin, so daß dadurch der Abstand zwischen
dem erwähnten Berührungspunkt und der Kipphebelachse geringer wird. Das bedeutet,
daß der stößelseitige Hebelarm des Gabelkipphebels 1 kürzer wird. Da die Berührungsstelle
zwischen der Endfläche 33 des Ventilschaftes und der in dem gegabelten Kipphebelarm
gehalterten Exzenterscheibe weitgehend festliegt, d.h. im wesentlichen konstant ist,
ändert sich bei der erwähnten Aufwärtsbewegung des Stößels 2 das Hebelarmverhältnis
an dem Gabelkipphebel. Dies hat dann in der Praxis zur Folge, daß die Anstiegsflanke
einer Zeitquerschnittskurve eines Viertaktmotors, welcher mit der erfindungsgemäßen
Einrichtung ausgerüstet ist, steiler verläuft und bei einer Abwärtsbewegung des Stößels
2 dementsprechend auch die Abfallflanke der Zeitquerschnittskurve steiler ist. Dadurch
wird dann die Fläche zwischen der Abszisse und der steilere Anstiegs- und Abfallflanken
aufweisenden Zeitquerschnittskurve größer. Dies wiederum führt während des Betriebs
zu einem besseren Füllungsgrad'in dem Brennraum des Zylinderkopfes, so daß insgesamt
die Leistung eines mit der erfindungsgemäßen Einrichtung ausgerüsteten Motors ganz
erheblich gesteigert werden kann. Beispielsweise konnte die Leistung eines herkömmlichen
BMW-Boxermotors mit einem Zylinderinhalt von 1000cm
3 im wesentlichen durch das Vorsehen der erfindungsgemäßen Einrichtung und die Verwendung
des in der erwähnten Patentanmeldung beschriebenen, und entsprechend angepaßten Vierventil-Zylinderkopfes
um 30% und mehr erhöht werden.
[0012] Die erfindungsgemäße Einrichtung und die bei ihrer Benutzung erzielbare höhere Leistung
bei einem serienmäßigen t Viertaktmotor ist ohne eine Änderung der serienmäßig vorgesehenen
Nockenwelle erreichbar, die bei einem Umbau der Ventilsteuerung, d.h. beim Einbauen
der erfindungsgemäßen Einrichtung in keiner Weise geändert bzw. ausgebaut zu werden
braucht. Dadurch kann bei Verwendung der gleichen Nokkenwelle sowie bei Benutzung
der erfindungsgemäßen Einrichtung die Leistung eines Motors durch einen einfachen
Umbau den jeweils gegebenen Verhältnissen und Anforderungen angepaßt werden.
1. Einrichtung zum Steuern von zwei oder vier Ventilen eines Viertaktmotors, dessen
Ventile von einer Nockenwelle über Stößel und Gabelkipphebel gesteuert werden, dadurch
gekennzeichnet, daß eine am jeweiligen Stößel (2) anliegende Fläche (111) eines daumenförmigen
Ansatzes (11) eines Gabelkipphebels (1) bei Draufsicht in Richtung der Kipphebelachse
(10) eine einem Kreissektor entsprechende Krümmung aufweist, und daß die an dem daumenförmigen
Ansatz (11) des jeweiligen Gabelkipphebels (1) anliegende Stößelendfläche (21) eine
in sich ebene Fläche (mit Radius unendlich) ist.
2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der einem kreisförmigen
Sektor entsprechenden Krümmung ein Radius im Bereich von 6 bis 20mm zugeordnet ist.
3. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der
Radius der einem Kreissektor entsprechenden Krümmung vorzugsweise 8mm ist.
