AT3758U1 - Zylinderkopfstruktur für eine brennkraftmaschine - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Zylinderkopfstruktur (1) für eine Brennkraftmaschine mit einem Zylinderkopfgehäuse (2), in welchem zumindest ein durch ein Einlassventil (20) gesteuerter Einlasskanal (12) und zumindest ein durch ein Auslassventil (21) gesteuerter Auslasskanal (13) pro Zylinder (11) angeordnet sind, mit einem an das Zylinderkopfgehäuse (2) anschließenden Ventiltriebsgehäuse (30), in welchem eine Einlassnockenwelle (32) zur Betätigung der Einlassventile (20) und eine Auslassnockenwelle zur Betätigung der Auslassventile (21) drehbar gelagert sind, wobei das Ventiltriebsgehäuse (30) an Auflageflächen (8) des Zylinderkopfgehäuses (2) aufliegt, und wobei das Zylinderkopfgehäuse (2) jeweils im Bereich einer Zylinderachse (5) einen Schacht (9) für einen in den Brennraum (10) mündenden Bauteil aufweist und seitliche Einlassflanschflächen (14) und Auslassflanschflächen (15) für die Einlasskanäle (12) bzw. Auslasskanäle (13) ausbildet. Um ein möglichst flexibel einzusetzendes Zylinderkopfsystem (1) zu erreichen und den Fertigungsaufwand zu vermindern ist vorgesehen, dass die Zylinderkopfstruktur (1) einen modulartigen Aufbau aufweist, wobei auf ein einheitlich konzipiertes Zylinderkopfgehäuse (2) verschiedene Ventiltriebsgehäuse (30) aufsetzbar sind.

Description


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  Die Erfindung betrifft eine Zylinderkopfstruktur für eine Brennkraftmaschine mit einem Zylinderkopfgehäuse, in welchem zumindest ein durch ein Einlassventil gesteuerter Einlasskanal und zumindest ein durch ein Auslassventil gesteuerter Auslasskanal pro Zylinder angeordnet sind, mit einem an das Zylinderkopfgehäuse anschliessenden Ventiltriebsgehäuse, in welchem eine Einlassnockenwelle zur Betätigung der Einlassventile und eine Auslassnockenwelle zur Betätigung der Auslassventile drehbar gelagert sind, wobei das Ventiltriebsgehäuse an Auflageflächen des Zylinderkopfgehäuses aufliegt, und wobei das Zylinderkopfgehäuse jeweils im Bereich einer der Zylinderachse einen Schacht für einen in den Brennraum mündenden Bauteil aufweist und seitliche Einlassflanschflächen und Auslassflanschflächen für die Einlasskanäle bzw. Auslasskanäle ausbildet. 



  Brennkraftmaschinen mit geteiltem Zylinderkopf sind bekannt. So ist aus der österreichischen Patentanmeldung Nr. 608/97 der Anmelderin eine Mehrzylinder-Viertakt-Brennkraftmaschine bekannt, bei der der Zylinderkopf aus einem unteren Gehäuseteil und einem mittleren Gehäuseteil sowie einem oberen Gehäuseteil besteht, wobei der Einlassströmungsquerschnitt durch den mittleren und den unteren Gehäuseteil gebildet wird. Der mittlere und der untere Gehäuseteil bilden dabei einen gemeinsamen Sammelraum aus, von welchem im unteren Gehäuseteil zwei Einlasskanäle pro Zylinder ausgehen, welche zu jeweils einem Einlassventil führen. Der mittlere Gehäuseteil kann als Druckgussteil ausgeführt werden. 



  Weiters ist aus der österreichischen Gebrauchsmusteranmeldung Nr. 760/98 der Anmelderin ein geteilter Zylinderkopf für eine Brennkraftmaschine mit einem unteren, mittleren und oberen Gehäuseteil bekannt, wobei die beiden Einlasskanäle von einem durch den mittleren Gehäuseteil geformten Sammelraum ausgehen, welcher auch die Nockenwellenlagerung und die Ventilbetätigungskomponenten beinhaltet. 



  Bekannte Zylinderkopfsysteme sind nur für eine bestimmte Brennkraftmaschine konzipiert und können daher nur entweder für direkteinspritzende Motoren oder für indirekteinspritzende Motoren verwendet werden. Auch die Art des Ventiltriebes und der Ventilantriebskomponenten sind durch die Konzeption des Zylinderkopfes festgelegt. Dies hat den Nachteil, dass schon bei geringen Abweichungen vom ursprünglichen Zylinderkopfkonzept für verschiedene Varianten von Brennkraftmaschinen separate Zylinderköpfe konstruiert und hergestellt werden müssen. Dies ist relativ aufwendig und schlägt sich insbesondere in den Herstellungskosten nieder. 



  Es ist die Aufgabe der Erfindung, diese Nachteile zu vermeiden und ein Zylinderkopfsystem vorzuschlagen, das eine grosse Flexibilität ermöglicht und den Herstellungsaufwand reduziert. 

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  Erfindungsgemäss erfolgt dies dadurch, dass die Zylinderkopfstruktur einen modulartigen Aufbau aufweist, wobei auf ein einheitlich konzipiertes Zylinderkopfgehäuse verschiedene Ventiltriebsgehäuse aufsetzbar sind. Vorzugsweise ist dabei vorgesehen, dass der Rohteil des Zylinderkopfgehäuses universell ausgebildet ist und sowohl für Brennkraftmaschinen mit Saugrohreinspritzung, als auch für Brennkraftmaschinen mit Direkteinspritzung konzipiert ist. 



  Das Zylinderkopfsystem ist somit modulartig aufgebaut, wobei ein Zylinderkopfgehäuse mit verschiedenen Ventiltriebsgehäusen kombiniert werden kann. 



  Dabei ist vorgesehen, dass das Zylinderkopfgehäuse im Anschlussbereich an das Ventiltriebsgehäuse mehrere Schraubenbutzen mit ebenen Auflageflächen für das Ventiltriebsgehäuse aufweist, wobei vorzugsweise eine Reihe von Schraubenbutzen jeweils auf einer Seite des Zylinderkopfgehäuses und eine Reihe von Schraubenbutzen im Bereich einer durch die Zylinderachsen gebildeten Motorlängsebene angeordnet ist. 



  In einer sehr vorteilhaften Ausführungsvariante ist vorgesehen, dass das Zylinderkopfgehäuse seitliche Wandansätze mit Anschlussflächen für eine Ventilhaube aufweist, wobei die Anschlussflächen auf der dem Brennraum zugewandten Seite einer durch die Nockenwellenachsen aufgespannten Nockenwellenebene angeordnet sind. Durch die entfallene Festlegung der Seitenwandhöhe durch die Nockenwellenposition können die Seitenwandansätze niedriger gewählt werden als die Nockenwellenebene, was zu einer Verringerung der schallabstrahlenden Fläche beiträgt. Eine akustisch entkoppelte Ventilhaube kann über die Nockenwellen bis zu den Wandansätzen nach unten gezogen werden. 



  Um die Integration des Nockenwellenantriebes in das Ventiltriebsgehäuse zu ermöglichen, ist es günstig, wenn das Zylinderkopfgehäuse stimseitig im Anschlussbereich des Ventiltriebsgehäuses freigestellt ist. Das Gussstück des Zylinderkopfgehäuses ist somit im Ventilantriebsbereich zu zumindest einer   Stirnfläche   hin offen ausgeführt. 



  In einer besonders bevorzugten Ausführungsvariante mit zwei Einlasskanälen pro Zylinder ist vorgesehen, dass der Rohteil des Zylinderkopfgehäuses zwischen den beiden Einlasskanälen eine Materialanhäufung für eine wahlweise fertigbare, von der Einlassflanschfläche ausgehenden und in den Brennraum mündenden Bohrung, vorzugsweise für ein Einspritzventil, aufweist. Die Einlasskanäle sind dabei als separate Zwillingskanäle ausgeführt, welche im Mittenbereich genügend Freiraum für einen in den Brennraum ragenden Bauteil, wie etwa eine Einspritzdüse, zulassen. Auf diese Weise kann die Technologie der direkten Kraftstoffeinspritzung in den Brennraum bei dem vorgeschlagenen Zylinderkopfsystem wahlweise angewendet werden. 



  Das Zylinderkopfgehäuse kann wahlweise mit einem Ventiltriebsgehäuse kombiniert werden, 
 EMI2.1 
 haltet. Es können auch Ventiltriebsgehäuse eingesetzt werden, welche Einrichtungen zur Ventil- und/oder Zylinderabschaltung bzw. Einrichtungen zur Phasenverstellung der Steuer- 

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 zeiten der   Einlass- bzw.   Auslassventile aufweisen. Weiters kann auch vorgesehen sein, dass das Ventiltriebsgehäuse eine mechanische, in Ventilhub und/oder Ventilöffnungsdauer variable Ventiltriebseinrichtung aufweist. 



  Die Schmierölversorgungsleitungen für die Ventilantriebskomponenten können im Ventiltriebsgehäuse angeordnet sein. Die Ölversorgung erfolgt dabei über eine Hochleitung des Zylinderkopfsystemes durch eine Verschraubungsbohrung zu einer   Schmierölverteilungsleitung   im Ventiltriebsgehäuse. Die vom Ventiltriebsgehäuse   übernommenen   Aufgaben umfassen somit die Lagerung der Nockenwellen und der Ventilantriebskomponenten und deren Schmierung. Die Fertigung des Zylinderkopfgehäuses selbst vereinfacht sich dahingehend, dass ein separater Einlegekem im Bereich des Ölraumes entfällt, der komplette Bereich des Ölraumes ist von oben entformbar. 



  Die auszuführende Form und Art des Ventiltriebsgehäuses hängt von den Anforderungen an das Ventilantriebsystem ab. Das modulare Zylinderkopfsystem besitzt konzeptionell eine hohe Flexibilität, so dass wahlweise die Technologien variabler Ventiltrieb, Saugrohreinspritzung und/oder Direkteinspritzung mit nur geringer Anpassung des Rohteiles und beibehaltener spanender Bearbeitung ermöglicht werden. Die Ausführung aller spanend zu bearbeitenden Flächen ist unabhängig vom verwendeten Verbrennungskonzept, da sich das Zylinderkopfgehäuse selbst auf die übergreifenden Funktionen wie Brennraumbegrenzung und Kühlung sowie die Lagerung der   Einlass- und   Auslassventile beschränkt. 



  Die Erfindung wird im folgenden anhand der Figuren näher erläutert. 



  Es zeigen Fig. 1 eine Schrägansicht eines Zylinderkopfgehäuses der erfindungsgemässen Zylinderkopfstruktur, Fig. 2 eine Schrägansicht der Zylinderkopfstruktur mit einem aufgesetzten Ventilantriebsgehäuse, Fig. 3 eine Draufsicht auf die in Fig. 2 gezeigte Zylinderkopfstruktur, Fig. 4 die Zylinderkopfstruktur in einem Schnitt gemäss der Linie IV - IV in Fig. 3 und Fig. 5 die Zylinderkopfstruktur in einem Schnitt gemäss der Linie   V - V   in Fig. 3. 



  Die Zylinderkopfstruktur 1 weist ein Zylinderkopfgehäuse 2 und ein auf das Zylinderkopfgehäuse 2 aufgesetztes Ventiltriebsgehäuse 30 auf. Zur Befestigung des Ventiltriebsgehäuses am Zylinderkopfgehäuse 2 weist das Zylinderkopfgehäuse 2 im Bereich der seitlichen Wandansätze 3,4 sowie im Bereich einer durch die Zylinderachsen 5 aufgespannten Motorlängsebene 6 Schraubenbutzen 7 mit Auflageflächen 8 zur Abstützung des Ventiltriebsgehäuses 30 auf. 



  Um eine exakte Positionierung des Ventiltriebsgehäuses 30 am Zylinderkopfgehäuse 2 zu ermöglichen, weisen zwei Schraubenbutzen 7 nicht weiter ersichtliche Passhülsen auf. Im Bereich der Zylinderachse 5 ist pro Zylinder 11 ein Schacht 9 für einen in den Brennraum 10 mündenden Bauteil 9a, wie beispielsweise eine Zündkerze, angeordnet. Pro Zylinder 11 sind in das Zylinderkopfgehäuse 2 zwei Einlasskanäle 12 sowie zwei Auslasskanäle 13 eingeformt. 



  Die Einlasskanäle 12 gehen dabei von einer geneigt zur Motorlängsebene 6 angeordneten seitlichen Einlassflanschfläche 14 aus und münden in den Brennraum 10. Die Auslasskanäle 13 erstrecken sich jeweils zwischen einer seitlichen Auslassflanschfläche 15 und dem Brennraum 

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 10. Das Ventiltriebsgehäuse 30 beinhaltet die Nockenwellenlager 31 für die Nockenwellen 32 mit den Nockenwellenlagerwänden 33, sowie die Ventilantriebskomponenten 34, welche im Ausführungsbeispiel durch Rollenschlepphebel sowie deren Lagerung gebildet sind. Die Ventilantriebskomponenten 34 können aber auch als Kipphebel oder Tassenstössel ausgebildet sein. Das Ventilantriebsgehäuse 30 wird zusammen mit den Nockenwellenlagerbügeln 35 über Schrauben 36 am Zylinderkopfgehäuse 2 befestigt. 



  Zwischen zwei Einlasskanälen 12 jedes Zylinders 11 ist im Zylinderkopfgehäuse 2 jeweils eine Materialansammlung 16a vorgesehen, um wahlweise eine in den Brennraum 10 mündende Bohrung 16 für eine direkt einspritzende Einspritzvorrichtung 17 oder dgl. anzubringen. Das Zylinderkopfgehäuse 2 kann dadurch wahlweise für Brennkraftmaschinen mit Direkteinspritzung oder mit Saugrohreinspritzung verwendet werden. Dies erlaubt es, das Zylinderkopfgehäuse 2 sehr flexibel einzusetzen. 



  Die Anschlussflächen 3a, 4a der Wandansätze 3,4 für eine nicht weiter dargestellte Nockenwellenantriebsabdeckung oder dgl. sind auf der dem Brennraum 10 zugewandten Seite einer durch die Nockenwellenachsen 37 aufgespannten Nockenwellenebene 38 angeordnet. Die nicht mehr an die Nockenwellenposition gebundene Höhe der Wandansätze 3,4 kann relativ niedrig ausgebildet sein, sodass die schallabstrahlenden Flächen verringert werden können. 



  Eine akustisch entkoppelte Nockenwellenantriebsabdeckung kann über die Nockenwellen 32 nach unten gezogen werden und liegt auf den Anschlussflächen 3a, 4a auf. 



  Das Zylinderkopfgehäuse 2 weist im Ausführungsbeispiel im Bereich der Stirnseiten 18,19 keine Wandansätze auf und ist offen ausgeführt, um die Integration der Ventilantriebskomponenten 34 und der Nockenwelle 32 in das Ventiltriebsgehäuse 30 zu ermöglichen. Das Ventiltriebsgehäuse 30 wird nach aussen durch die separate Nockenwellenantriebsabdeckung abgedeckt. 



  Das modular aufgebaute Zylinderkopfsystem 1 ermöglicht es, mit einem Zylinderkopfgehäuse 2 verschiedene Technologien, wie variablen Ventiltrieb, Saugrohreinspritzung und/oder Direkteinspritzung mit nur begrenzter Anpassung des Rohgussteiles hinsichtlich Einlasskanälen 12 und Brennraum 10 und beibehaltener spanender Bearbeitung zu ermöglichen. Die auszuführende Form des Ventiltriebsgehäuses 30 hängt dabei direkt von den Anforderungen an das Ventilantriebssystem ab. Die Ventilantriebskomponenten 34 können dabei durch Tassenstössel, durch Schlepphebel, Rollenschlepphebel oder durch Kipphebel gebildet werden. Das Ventiltriebsgehäuse 30 kann mit einer Einrichtung zur Ventilabschaltung und/oder Zylinderabschaltung ausgeführt sein. Weiters kann wahlweise eine Einrichtung zur Phasenverstellung der Steuerzeiten der Einlassventile 20 und der Auslassventile 21 vorgesehen sein.

   Gegebenenfalls kann auch ein mechanischer in Ventilhub und/oder   Ventilöffüngsdauer   variabler Ventiltrieb in das Ventiltriebsgehäuse 30 integriert sein. 



  Als Schmierölversorgung für die Ventilantriebskomponenten 34 ist dabei eine Hochleitung der Zylinderkopfstruktur 1 in das Ventiltriebsgehäuse 30 durch eine der Verschraubungsboh- 

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 rungen zu   Schmierölzuführungsleitungen   37 im Ventiltriebsgehäuse 30 vorgesehen. Die Aufgaben des Ventiltriebsgehäuses 30 umfassen dabei die Lagerung der Nockenwellen 32 und Ventilantriebskomponenten 34, sowie deren Schmierung. Das Ventiltriebsgehäuse 30 kann als Modul mit wenigen Handgriffen montiert oder demontiert, sowie gewechselt werden. Die Fertigung des Zylinderkopfgehäuses 2 vereinfacht sich dahingehend, dass ein separater Einlegekem im Bereich des Ölraumes 22 entfällt und der gesamte Bereich des Ölraumes 22 von oben entformbar ist. 



  Die Ausführung aller spanend zu bearbeitenden Flächen ist unabhängig vom verwendeten Verbrennungskonzept, da sich das Zylinderkopfgehäuse 2 selbst auf die übergreifenden Funktionen wie Brennraumbegrenzung und Kühlung sowie Lagerung der Einlassventile 20 und der Auslassventile 21 beschränkt.

Claims (11)

  1. ANSPRÜCHE l. Zylinderkopfstruktur (l) für eine Brennkraftmaschine mit einem Zylinderkopfgehäuse (2), in welchem zumindest ein durch ein Einlassventil (20) gesteuerter Einlasskanal (13) und zumindest ein durch ein Auslassventil (21) gesteuerter Auslasskanal (13) pro Zylinder (11) angeordnet sind, mit einem an das Zylinderkopfgehäuse (2) anschliessenden Ventil- triebsgehäuse (30), in welchem eine Einlassnockenwelle (32) zur Betätigung der Einlass- ventile (20) und eine Auslassnockenwelle zur Betätigung der Auslassventile (21) drehbar gelagert sind, wobei das Ventiltriebsgehäuse (30) an Auflageflächen (8) des Zylinder- kopfgehäuses (2) aufliegt, und wobei das Zylinderkopfgehäuse (2) jeweils im Bereich einer Zylinderachse (5) einen Schacht (9) für einen in den Brennraum (10) mündenden Bauteil (9a), insbesondere eine Zündkerze,
    aufweist und seitliche Einlassflanschflächen (14) und Auslassflanschflächen (15) für die Einlasskanäle (12) bzw. Auslasskanäle (13) ausbildet, dadurch gekennzeichnet, dass die Zylinderkopfstruktur (1) einen modul- artigen Aufbau aufweist, wobei auf ein einheitlich konzipiertes Zylinderkopfgehäuse (2) verschiedene Ventiltriebsgehäuse (30) aufsetzbar sind.
  2. 2. Zylinderkopfstruktur (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Rohteil des Zylinderkopfgehäuses (2) universell ausgebildet ist und sowohl für Brennkraft- maschinen mit Saugrohreinspritzung, als auch für Brennkraftmaschinen mit Direktein- spritzung konzipiert ist.
  3. 3. Zylinderkopfstruktur (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Zylin- derkopfgehäuse (2) im Anschlussbereich an das Ventiltriebsgehäuse (30) mehrere Schraubenbutzen (7) mit ebenen Auflageflächen (8) für das Ventiltriebsgehäuse (30) aufweist, wobei vorzugsweise eine Reihe von Schraubenbutzen (7) jeweils auf einer Seite des Zylinderkopfgehäuses (2) und eine Reihe von Schraubenbutzen (7) im Bereich einer durch die Zylinderachsen (5) gebildeten Motorlängsebene (6) angeordnet ist.
  4. 4. Zylinderkopfstruktur (1) nach einem der Ansprüche l bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Zylinderkopfgehäuse (2) seitliche Wandansätze (3,4) mit Anschlussflächen (3a, 4a) für eine Nockenwellenantriebsabdeckung aufweist, wobei die Anschlussflächen (3a, 4a) auf der dem Brennraum (10) zugewandten Seite einer durch die Nockenwellenachsen (37) aufgespannten Nockenwellenebene (38) angeordnet sind.
  5. 5. Zylinderkopfstruktur (1) nach einem der Ansprüche l bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Zylinderkopfgehäuse (2) stimseitig (18, 19) im Anschlussbereich des Ventil- triebsgehäuses (30) freigestellt ist.
  6. 6. Zylinderkopfstruktur (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, mit zwei von der seitlichen Einlassflanschfläche (14) ausgehenden Einlasskanälen (12) pro Zylinder (11), dadurch gekennzeichnet, dass der Rohteil des Zylinderkopfgehäuses (2) zwischen den beiden <Desc/Clms Page number 7> Einlasskanälen (12) eine Materialanhäufung (16a) für eine wahlweise fertigbare, von der Einlassflanschfläche (14) ausgehenden und in den Brennraum (10) mündenden Bohrung (16), vorzugsweise für ein Einspritzventil (17), aufweist.
  7. 7. Zylinderkopfstruktur (1) nach einem der Ansprüche l bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass im Ventiltriebsgehäuse (30) die Ventilantriebskomponenten (34) und deren Schmierölzufiihrleitungen (37) angeordnet sind.
  8. 8. Zylinderkopfstruktur (1) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventil- antriebskomponenten (34) Tassenstössel, Kipphebel, Schlepphebel oder Rollenschlepp- hebel beinhalten.
  9. 9. Zylinderkopfstruktur (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventiltriebsgehäuse (30) eine Einrichtung zur Ventilabschaltung und/oder Zy- linderabschaltung aufweist.
  10. 10. Zylinderkopfstruktur (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventiltriebsgehäuse (30) eine Einrichtung zur Phasenverstellung der Steuer- zeiten aufweist.
  11. 11. Zylinderkopfstruktur (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventiltriebsgehäuse (30) eine mechanische in Ventilhub und/oder Ventilöff- nungsdauer variable Ventiltriebseinrichtung aufweist.
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