DE69500935T2

DE69500935T2 - Kompakte Zylinderkopfanordnung für Brennkraftmaschinen insbesondere mit zwei Zylindern

Info

Publication number: DE69500935T2
Application number: DE69500935T
Authority: DE
Inventors: Marco Nuti
Original assignee: Piaggio Veicoli Europei SpA
Current assignee: Piaggio and C SpA
Priority date: 1994-02-02
Filing date: 1995-01-31
Publication date: 1998-03-12
Anticipated expiration: 2015-02-01
Also published as: JPH07238838A; ITMI940183A0; EP0666410B1; CN1061411C; ITMI940183A1; TW268990B; DE69500935D1; EP0666410A1; ATE159793T1; US5477835A; ES2109046T3; JP3564187B2; CN1112194A; IT1269717B

Description

Diese Erfindung betrifft eine kompakte Zylinderkopfanordnung für Brennkraftmaschinen insbesondere mit zwei Zylindern. Derzeit werden verschiedene Systeme zur pneumatisch unterstützten direkten Kraftstoffeinspritzung in den Zylinderkopf einer Brennkraftmaschine verwendet, wie beispielsweise die in der EP-A-514 982 beschriebenen desselben Anmelders.
Diese Systeme sind sehr brauchbar, wenn sie mit einer geeignet dimensionierten Struktur von extrem einfacher Konstruktion kombiniert werden, die jedoch derzeitige Zylinderköpfe nicht aufweisen. Die Notwendigkeit hierfür zeigt sich besonders bei Zweitaktmotoren, wie bei den für den Antrieb von Booten vorgesehenen, insbesondere bei Außenbordmotoren.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist, eine Zylinderkopfanordnung bereitzustellen, die diese Anforderungen dadurch erfüllt, daß sie besonders kompakt und einfach sowie außerdem für eine Vielzahl verschiedener Anwendungen einsetzbar ist.
Diese Aufgabe wird gemäß der vorliegenden Erfindung durch eine kompakte Zylinderkopfanordnung für Brennkraftmaschinen insbesondere mit zwei Zylindern gelöst, die mindestens ein Paar Zylinder mit einem Ventildurchgang und einem entsprechenden Ventil aufweisen, wobei jedem Zylinder eine Kammer zugeordnet ist, die an einem Ende mit dem Ventil und am anderen Ende mit Einrichtungen zum Einspeisen eines Kraftstoffgemischs verbunden ist, in jeder Kammer ein Kolben zum Einspritzen eines innerhalb der Kammer erzeugten Gemischs in den jeweiligen Zylinder vorgesehen ist und die Kolben von einer Pleuelstange bewegt werden, die von einem durch eine Antriebswelle betätigten Getriebe gesteuert wird, dadurch gekennzeichnet, daß jede Pleuelstange der Kolben drehbar an einem Wellenelement gelagert ist, das sich in einer im Zylinderkopf gehaltenen und starr mit dem Getriebe verbundenen Buchse dreht, wobei das Wellenelement und die Buchse mit Zuführkanälen für das Kraftstoffgemisch versehen sind, die während der Drehung des Wellenelements abwechselnd aufeinander ausgerichtet werden können. Eine solche Anordnung ist außerdem besonders vorteilhaft bei der Anwendung auf Fahrzeugmotoren oder allgemein für eine stationäre Anwendung.
Die Merkmale und Vorteile einer kompakten Zylinderkopfanordnung gemäß der vorliegenden Erfindung für Brennkraftmaschinen insbesondere mit zwei Zylindern werden in der nachfolgenden Beschreibung anhand eines nicht einschränkenden Beispiels unter Bezugnahme auf die beiliegende schematische Zeichnung näher erläutert.
Diese Zeichnung stellt zumindest einen Teilschnitt durch einen Zylinder eines Zweizylindermotors dar, in dem die erfindungsgemäße Anordnung bei vorhandenen Einrichtungen zur pneumatisch unterstützten direkten Kraftstoffeinspeisung in den jeweiligen Zylinder verwendet wird.
Die Figur zeigt einen Zylinderkopf für zwei Zylinder, der allgemein mit 11 gekennzeichnet ist, und der zwei Brennräume 12, 13 umfaßt, über denen zwei Kammern 14 und 15 von zylindrischem Typ vorgesehen sind, die zwei im wesentlichen zylindrische Mäntel 16 enthalten.
Zwei Einspritzkolben 17 und 18 mit Kolbenringen 19 sind in den beiden Kammern 14 und 15 und entlang der Mäntel 16 gleitfähig angeordnet. Die beiden Kolben 17 und 18 sind mit entsprechenden Pleuelstangen 23 über entsprechende Kolbenbolzen 20, Wälzlager 21 und Distanzschultern 22, die nur in einem Kolben dargestellt sind, verbunden. Die Pleuelstangen 23 sind mit einem Wellenelement, das von einer nicht dargestellten Antriebswelle getrieben wird, verbunden. Insbesondere weist das Wellenelement einen zentralen, zylindrischen, rotierenden Körper 24 mit zwei Endflanschen 25 und 26 mit größerem Durchmesser auf, z.B. mit dem einen Ende 25, das integral mit dem zentralen Körper 24 geformt ist, und dem anderen Ende 26, das darauf aufgepreßt ist.
Die freien Enden der beiden Pleuelstangen 23 sind über Wälzlager 27 und zwei Stifte 28 und 29 mit den beiden Endtlanschen 25 und 26 verbunden. Das Wellenelement, d.h. sein zentraler Körper 24, ist drehbar in zwei Endlagern 30 gelagert, die in einer Buchse 31 angeordnet sind, die am Zylinderkopf 11 durch einen Klemmring 32 gesichert ist.
Im zentralen Körper 24 und in den beiden Endflanschen 25 und 26 sind zwei Kanäle 33 und 34 vorgesehen, die in die oberen Teile der beiden Kammern 14 und 15 münden. Die beiden Kanäle 33 und 34 verlaufen teils in axialer Richtung entlang der Rotationsachse A des Wellenelements und teils geneigt, da sie gegeneinander um 180º versetzt sind. Auf diese Weise stellen sie den Durchgang für das Gemisch bereit, das aus einem einzigen Zuführkanal 35 geliefert wird, der teilweise in der Buchse 31 und teilweise in einem Deckelelement 36 für den Zylinderkopf 11 vorgesehen ist. Das Gemisch wird in die Kraftstoffzuführkanäle 33 und 34 eingeleitet, die während der Drehung des Wellenelements 24, 25 und 26 abwechselnd aufeinander ausgerichtet werden können, wobei der feststehende Kanal 35 in der Buchse 31 und im Deckelelement 36 vorgesehen ist. Das Gemisch kann von einem Vergaser oder anderen nicht dargestellten Elementen vorbereitet und an die obige Kraftstoffzuführeinrichtungen gefördert werden.
Der Stift 29 der Pleuelstange 23 des zweiten Einspritzkolbens 18 erstreckt sich in axialer Richtung in Form einer Verlängerung 37, die mit einem Kopplungselement 38 in Eingriff steht. Dieser Eingriff erfolgt über ein dazwischen angeordnetes Wälzlager 39, wobei das Kopplungselement 38 mit einem Endflansch 40 einer Steuerwelle 41 über einen weiteren Stift 42 mit dem zugehörigen Wälzlager 39 in Eingriff steht.
Die Steuerwelle 41, die in Lagern 43 rotiert, ist an ihrem anderen Ende durch einen Winkelreferenzstift 45 und eine Sicherungsschraube 46 mit einer Zahnriemenscheibe 44 starr verbunden.
Wie in anderen Fällen betätigt ein synchron von der Antriebswelle (nicht dargestellt) getriebener Zahnriemen 47 die Steuerwelle 41. Ein bei 48 schematisch angedeutetes Spannelement ist ebenfalls im allgemeinen bei 49 am Zylinderkopf 11 angelenkt. Wie erwähnt, ist die Oberseite des Zylinderkopfes 11 durch das Deckelelement 36 abgeschlossen, wobei sich der Zahnriemen 47 in einem seitlich ausgewölbten Schutzelement 50 befindet.
In Zusammenhang mit der im Deckelelement 36 erzeugten Saugwirkung ermöglicht das rotierende Wellenelement 24, 25 und 26, daß ein fettes Gemisch in die Kammern 14 und 15 gesaugt wird.
Das Gemisch wird dann in die jeweiligen Verdichtungskammern unter den Kolben 17 und 18 über Verbindungskanäle 51 bzw. 52 geführt, die beispielsweise als konkave seitliche Abschnitte in die Mäntel 16 eingearbeitet sind.
Die unteren Enden der Kammern 14 und 15 sind mit Durchgängen 53 versehen, die sich in Endverschlußelementen 54 befinden, die Ventilsitze 55 aufnehmen.
Es sind Pilzventile 56 bereitgestellt, die in ihrer Ruhestellung die Durchgänge 53 zusammen mit gefiederten Federn 57 schließen, die keaxial zu ihnen angeordnet und geeignet dimensioniert sind.
Die Anordnung gemäß der vorliegenden Erfindung, die auch für Mehrzylinder-Brennkraftmaschinen verwendet werden kann, ist für Zweizylindermotoren besonders vorteilhaft.
Diesbezüglich wird dank der Anordnung der verschiedenen Komponenten die Kompaktheit erheblich verbessert, während ein hohes Maß an Einfachheit bei Konstruktion und Zusammenbau beibehalten wird.
Der Betrieb einer solchen Zylinderkopfanordnung in einer Brennkraftmaschine ist allgemein bekannt und wird im folgenden nur zusammenfassend beschrieben.
Das Gemisch wird über den im Deckelelement 36 und in der am Zylinderkopf 11 befestigten Buchse 31 vorgesehenen Kanal 35 zugeführt. Das Gemisch passiert abwechselnd die Kanäle 33 und 34, die sich durch die Rotation des Wellenelements 24 - 26 auf den feststehenden Kanal 35 ausrichten, um in die entsprechende Kammer 14 oder 15 zu gelangen.
Die Rotation des Wellenelements veranlaßt mittels der Pleuelstangen 23 die Bewegung der Kolben 17 und 18 mit der dadurch bedingten Verdichtung des Gemischs, das aus den Verbindungskanälen 51 und 52 in den darunter liegenden Verdichtungsbereich gelangt ist. Die Einspritzkolben 17 und 18 spritzen das Gemisch selektiv über die Ventile 56 in die darunter liegenden Brennräume 12 und 13 ein.
Die erfindungsgemäße Anordnung gestattet dank der besonderen Konstruktion des Wellenelements, der Verbindungselemente mit dem Getriebe und der Kanäle die Bildung eines kompakten Zylinderkopfes.
Die Struktur des Wellenelementes mit einem zentralen Abschnitt 24 und zwei Endflanschen 25 und 26 gestattet die einfache Montage der Stifte 28 und 29 für dessen Rotation und die gegenseitige Verbindung mit den Pleuelstangen 23. Indem außerdem bei 37 einer der beiden Stifte 29 einfach verlängert wird, wird die Kopplung mit der Steuerwelle 41 auf eine extrem einfache Weise erzielt.
Der Zylinderkopf ist deshalb ungewöhnlich kompakt und bietet erhebliche Konstruktionsvorteile.

Claims

1. Kompakte Zylinderkopfanordnung (11) für Brennkraftmaschinen insbesondere mit zwei Zylindern, die mindestens ein Paar Zylinder mit einem Ventildurchgang (53) und einem entsprechenden Ventil (56) aufweisen, wobei jedem Zylinder eine Kammer (14, 15) zugeordnet ist, die an einem Ende mit dem Ventil (56) und am anderen Ende mit Einrichtungen zum Einspeisen eines Kraftstoffgemischs verbunden ist, in jeder Kammer (14, 15) ein Kolben (17, 18) zum Einspritzen eines innerhalb der Kammer (14, 15) erzeugten Gemischs in den jeweiligen Zylinder vorgesehen ist und die Kolben (17, 18) von einer Pleuelstange (23) bewegt werden, die von einem durch eine Antriebswelle betätigten Getriebe (44, 47) gesteuert wird, dadurch gekennzeichnet, daß jede Pleuelstange (23) der Kolben (17, 18) drehbar an einem gemeinsamen Wellenelement (24, 25, 26) gelagert ist, das sich in einer im Zylinderkopf (11) gehaltenen und starr mit dem Getriebe (44, 47) verbundenen Buchse (31) dreht, wobei das Wellenelement (24, 25, 26) und die Buchse (31) mit Zuführkanälen (33, 34, 35) für das Kraftstoffgemisch versehen sind, die während der Drehung des Wellenelements (24, 25, 26) abwechselnd aufeinander ausgerichtet werden können.

2. Kompakte Zylinderkopfanordnung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Wellenelement einen zentralen, zylindrischen, rotierenden Körper (24) mit zwei Endflanschen (25, 26) mit größerem Durchmesser umfaßt, an denen die Pleuelstangen (23) angelenkt sind.

3. Kompakte Zylinderkopfanordnung gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der eine (25) der beiden Endflansche integral mit dem zentralen Körper (24) geformt und der andere (26) darauf aufgepreßt ist.

4. Kompakte Zylinderkopfanordnung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Pleuelstangen (23) mit den Enden (25, 26) des Wellenelements über Wälzlager (27) und entsprechende Stifte (28, 29) verbunden sind, wobei mindestens zwei Endlager (30) zwischen der Buchse (31) und dem Wellenelement (24, 25, 26) vorgesehen sind.

5. Kompakte Zylinderkopfanordnung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Buchse (31) am Zylinderkopf (11) durch mindestens einen Klemmring (32) gesichert ist.

6. Kompakte Zylinderkopfanordnung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die im Wellenelement vorgesehenen Kanäle (33, 34) eine teils axiale, teils geneigte Erstreckung haben und gegeneinander um 1800 versetzt sind, wobei sie abwechselnd auf einen Zuführkanal (35) ausgerichtet werden können, der teilweise in der Buchse (31) und teilweise in einem Deckelelement (36) für den Zylinderkopf (11) vorgesehen ist.

7. Kompakte Zylinderkopfanordnung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Wellenelement (24, 25, 26) über ein Kopplungselement (38) starr mit einer Steuerwelle (41) mit dem Getriebe (44, 47) verbunden ist.

8. Kompakte Zylinderkopfanordnung gemäß Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Wellenelement (24, 25, 26) mit dem Kopplungselement (38) durch eine axiale Verlängerung (37) eines Stiftes (29) einer der Pleuelstangen (23) verbunden ist.

9. Kompakte Zylinderkopfanordnung gemäß Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Kopplungselement (38) durch einen weiteren Stift (42) mit einem Endflansch (4) der Steuerwelle (41) in Eingriff steht.

10. Kompakte Zylinderkopfanordnung gemäß Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Getriebe eine Zahnriemenscheibe (44) aufweist, die sicher an der Steuerwelle (41) befestigt ist und durch einen von einer Antriebswelle getriebenen Zahnriemen (47) betätigt wird.