AT523106B1

AT523106B1 - Zylinderkopfstruktur für eine brennkraftmaschine

Info

Publication number: AT523106B1
Application number: ATA50923/2019A
Authority: AT
Inventors: Grillenberger Dipl Ing Dieter (Fh); Molnar Dipl Ing Christoph (Fh)
Original assignee: Avl List Gmbh
Priority date: 2019-10-25
Filing date: 2019-10-25
Publication date: 2021-07-15
Also published as: AT523106A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Zylinderkopfstruktur (1) für eine Brennkraftmaschine mit zumindest einer obenliegenden Nockenwelle (4), mit einem mehrteiligen Zylinderkopf, welcher zumindest ein Nockenwellengehäuse (3) zur Aufnahme von zumindest einer Nockenwelle (4) und zumindest ein zumindest einen Gaswechselkanal (6) und ausbildendes Zylinderkopfgrundgehäuse (2) aufweist, welches zwischen dem Nockenwellengehäuse (3) und einer Zylinderkopfdichtebene (1b) zum Anschluss eines Zylindergehäuses (8) angeordnet ist, wobei das Nockenwellengehäuse (3) und das Zylinderkopfgrundgehäuse (2) zumindest ein Paar von korrespondierenden Durchtritten (12, 13) für einen Ventilschaft (7b) eines Gaswechselventils (7) aufweist. Um bei dem Zylinderkopf eine einfache Fertigung und größtmögliche konstruktive Freiheiten zu ermöglichen, ist vorgesehen, dass der erste Durchtritt (12) des Zylinderkopfgrundgehäuses (2) und der zweite Durchtritt (13) des Nockenwellengehäuses (3) in Hubrichtung des Gaswechselventiles (7) voneinander beabstandet sind und zwischen dem ersten Durchtritt (12) und dem zweiten Durchtritt (13) eine Verbindungshülse (14) angeordnet ist, welche sowohl zum Nockenwellengehäuse (3) hin, als auch zum Zylinderkopfgrundgehäuse (2) hin abgedichtet ist.

Description

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft eine Zylinderkopfstruktur für eine Brennkraftmaschine mit zumindest einer obenliegenden Nockenwelle, mit einem mehrteiligen Zylinderkopf, welcher zumindest ein Nockenwellengehäuse zur Aufnahme von zumindest einer Nockenwelle und zumindest ein zumindest einen Gaswechselkanal und zumindest eine Ventilführung ausbildendes Zylinderkopfgrundgehäuse aufweist, welches zwischen dem ersten Gehäuseteil und einer Zylinderkopfdichtebene zum Anschluss eines Zylindergehäuses angeordnet ist, wobei das Nockenwellengehäuse und das Zylinderkopfgrundgehäuse zumindest ein Paar von korrespondierenden Durchtritten für einen Ventilschaft eines Gaswechselventils aufweist, wobei der erste Durchtritt des Zylinderkopfgrundgehäuses und der zweite Durchtritt des Nockenwellengehäuses in Hubrichtung des Gaswechselventiles voneinander beabstandet sind und zwischen dem ersten Durchtritt und dem zweiten Durchtritt eine Verbindungshülse angeordnet ist, welche sowohl zum Nockenwellengehäuse hin, als auch zum Zylinderkopfgrundgehäuse hin abgedichtet ist.

[0002] Die CN 202718727 U offenbart eine Zylinderkopfstruktur mit einem Zylinderkopfgrundgehäuse und einem Nockenwellengehäuse, welche ein Paar korrespondierender und voneinander beabstandeter Durchtritte für einen Ventilschaft eines Gaswechselventils aufweisen, wobei zwischen den beiden Durchtritten eine Verbindungshülse angeordnet ist, welche sowohl zum Nockenwellengehäuse als auch zum Zylinderkopfgrundgehäuse abgedichtet ist. Die Verbindungshülse ist dabei auf der Seite des Zylinderkopfgrundgehäuses in einen separaten Flansch eingesetzt, welcher am Zylinderkopfgrundgehäuse angeschraubt und gegenüber dem Zylinderkopfdichtgehäuse abgedichtet ist. Die Verbindungshülse weist am Außenmantel Nuten zur Aufnahme von Dichtungsringen auf, welche die Verbindungshülse gegenüber dem Flansch abdichten.

[0003] Die US 1,545,948 A zeigt eine in einem Ventilkäfig angeordnete Ventilführung für ein Gaswechselventil einer Brennkraftmaschine, wobei an den Ventilkäfig eine Hülse zur axialen Fixierung anschließt. Innerhalb der Hülse ist eine Ventilfeder angeordnet.

[0004] Die DE 198 28 307 A1 und die DE 198 28 308 A1 offenbaren jeweils einen Zylinderkopf einer Brennkraftmaschine mit einem Zylinderkopfgrundgehäuse und einem Nockenwellengehäuse zur Aufnahme von zwei obenliegenden Nockenwellen.

[0005] In das Zylinderkopfgrundgehäuse sind Gaswechselkanäle sowie Ventilführungen für Hubventile zur Steuerung der Gaswechselkanäle eingeformt. Das Nockenwellengehäuse und das Zylinderkopfgrundgehäuse sind über einander zugewandte Flanschflächen miteinander verbunden.

[0006] Aus der DE 40 14 461 A1 ist ein Ventilantrieb für ein Hubventil einer Brennkraftmaschine bekannt, wobei oberhalb der Ventilführung eine Führungshülse vorgesehen ist, innerhalb welcher die Ventilfeder des Hubventiles angeordnet ist.

[0007] Bei bekannten zweiteiligen Zylinderköpfen sind die Gaswechselventile samt Ventilfedern gänzlich im Unterteil des Zylinderkopfes verbaut. Durch den Ventilwinkel ergeben sich konstruktiv notwendige Einschränkungen, damit Bearbeitbarkeit bzw. Montagefreigängigkeit gewährleistet ist. Gleiches gilt für die Abdichtung zwischen dem Zylinderkopfgrundgehäuse und dem Nockenwellengehäuse, welche entweder 90° oder parallel zur Montagerichtung erfolgen muss. Dies ergibt notwendige konstruktive Kompromisse hinsichtlich der Platzverhältnisse und/oder dem Gewicht. Je größer der Ventilwinkel ausgebildet ist, desto mehr Kompromisse müssen bei der Konstruktion gemacht werden.

[0008] Aufgabe der Erfindung ist es eine alternative Zylinderkopfstruktur mit zwei separaten Gehäuseteilen zu entwickeln, welche einfach zu fertigen ist und größtmögliche konstruktive Freiheiten ermöglicht.

[0009] Ausgehend von einer Zylinderkopfstruktur der genannten Art wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch erreicht, dass die Verbindungshülse über eine vorzugsweise durch einen Dichtungsring gebildete erste Dichtungseinrichtung gegenüber dem Zylinderkopfgrundgehäuse abgedichtet ist, wobei die erste Dichtungseinrichtung im Bereich eines Innenmantels der Verbin-

dungshülse angeordnet ist.

[0010] Auf diese Weise kann eine fertigungstechnisch einfache flüssigkeitsdichte Verbindung zwischen Zylinderkopfgrundgehäuse und Nockenwellengehäuse geschaffen werden. Das Zylinderkopfgrundgehäuse kann dabei eine funktionell vorgegebene beliebige geometrische Form haben und insbesondere in einem additiven Herstellungsverfahren hergestellt sein. Gleichzeitig ergeben sich Packaging- und Gewichtsvorteile im Vergleich mit konventionellen Zylinderkopfstrukturen.

[0011] Der erste Durchtritt kann durch eine Ventilführung des Zylindergrundgehäuses oder durch einen in eine Aufnahmeöffnung des Zylindergrundgehäuses gesteckten Ventilführungsteil gebildet sein.

[0012] Die Dichtungseinrichtungen können beispielsweise durch einfache Dichtungsringe, insbesondere O-Ringdichtungen gebildet sein.

[0013] Vorzugsweise ist die Verbindungshülse auf einen die Ventilführung ausbildenden - vorzugsweise zylindrisch geformten - Ventilführungsbutzen des Zylinderkopfgrundgehäuses aufgesteckt.

[0014] Gemäß einer Ausführungsvariante der Erfindung ist die zweite Dichtungseinrichtung im Bereich eines Außenmantels der Verbindungshülse, vorzugsweise im Bereich eines Kragens der Verbindungshülse, angeordnet.

[0015] Eine Ausführung der Verbindung sieht vor, dass die Verbindungshülse in den zweiten Durchtritt des Nockenwellengehäuses eingesteckt ist, wobei der zweite Durchtritt eine Schulter mit einer vorzugsweise normal zur Hubachse des Hubventils ausgebildeten ringförmigen Auflagefläche aufweist. Vorzugsweise liegt die Verbindungshülse mit einem Kragen auf der Auflagefläche auf. Die ringförmige Auflagefläche ist insbesondere geneigt zur Zylinderkopfdichtebene angeordnet.

[0016] Der Raum innerhalb der Verbindungshülse kann als Ventilfederraum zur Aufnahme einer Ventilfeder - beispielsweise einer Schraubenfeder oder einer pneumatischen Feder - genutzt werden. Somit hat die Verbindungshülse zusätzlich zur Dichtungsfunktion auch die Funktion der Aufnahme der Ventilfeder, beispielsweise einer pneumatischen Ventilfeder.

[0017] Die erfindungsgemäße Zylinderkopfstruktur ermöglicht selektive gemeinsame Bearbeitungen in Funktionsrichtungen mit ausreichend hoher Genauigkeit.

[0018] Das Zylinderkopfgrundgehäuse kann beispielsweise aus einem Stahl oder einer Stahllegierung und das Nockenwellengehäuse beispielsweise aus einem Leichtmetall oder einer Leichtmetalllegierung, beispielsweise Aluminium bestehen.

[0019] Die Erfindung wird im Folgenden anhand der in den Figuren dargestellten nicht einschränkenden Ausführungsbeispiele näher erläutert. Darin zeigen schematisch:

[0020] Fig. 1 eine erfindungsgemäße Zylinderkopfstruktur in einer ersten Ausführungsvariante,

[0021] Fig. 2 eine erfindungsgemäße Zylinderkopfstruktur in einer ersten Ausführungsvariante und

[0022] Fig. 3 bis 6 die Zylinderkopfstruktur in verschiedenen Montagepositionen.

[0023] Die Zylinderkopfstruktur 1 weist ein Zylinderkopfgrundgehäuse 2 und ein Nockenwellengehäuse 3 zur Aufnahme von zwei oben liegenden Nockenwellen 4 auf, welche über Nockenwellenlager 5 im Nockenwellengehäuse 3 drehbar gelagert sind (siehe Fig. 2). Im Zylinderkopfgrundgehäuse 2 sind Gaswechselkanäle 6 eingeformt, welche über als Hubventile ausgebildete Gaswechselventile 7 gesteuert werden. In Fig. 1 sind beispielhaft zwei Gaswechselkanäle 6 dargestellt. Das Zylinderkopfgrundgehäuse 2 ist zwischen dem Nockenwellengehäuse 3 und einer Zylinderkopfdichtebene 1b zum Anschluss eines Zylindergehäuses 8 angeordnet.

[0024] Das Nockenwellengehäuse 3 ist im Bereich der Zylinderachse 1a mit dem Zylinderkopf

grundgehäuse 2 fest verbunden. Mit den Pfeilen 9 sind Befestigungsschrauben angedeutet, mit welchen das Nockenwellengehäuse 4 und das Zylinderkopfgrundgehäuse 2 am Zylindergehäuse 8 befestigt ist. Das Nockenwellengehäuse 3 ist dabei in einem zentralen Bereich 10 um die Zylinderachse 1a am Zylinderkopfgrundgehäuse 2 abgestützt. Mit Bezugszeichen 11 ist ein den Kontakt zwischen Zylinderkopfgrundgehäuse 2 und Nockenwellengehäuse 3 herstellendes Stützelement bezeichnet. Das Stützelement 11 kann ein separater Gehäuseteil sein oder einstückig mit dem Nockenwellengehäuse 3 oder dem Zylinderkopfgrundgehäuse 2 ausgebildet sein.

[0025] Das Nockenwellengehäuse 3 und das Zylinderkopfgrundgehäuse 2 weisen zumindest ein Paar von korrespondierenden Durchtritten 12, 13 zur Durchführung des Ventilschaftes 7b eines Gaswechselventils 7 auf. Dabei ist der erste Durchtritt 12 des Zylinderkopfgrundgehäuses 2 und der zweite Durchtritt 13 des Nockenwellengehäuses 3 - in Hubrichtung 7c parallel zur Ventilachse 7a des Gaswechselventiles 7 betrachtet - voneinander beabstandet. Das Zylinderkopfgrundgehäuse 2 ist also im Bereich des die Ventilführung 17 für das Gaswechselventil 7 aufweisenden Ventilführungsbutzens 18 freigestellt, also beabstandet. Diese Freistellung 21 ist am deutlichsten in den Fig. 4 und 5 erkennbar. Zwischen dem ersten Durchtritt 12 und dem zweiten Durchtritt 13 ist eine die Freistellung 21 überbrückende Verbindungshülse 14 angeordnet, welche sowohl zum Nockenwellengehäuse 3 hin, als auch zum Zylinderkopfgrundgehäuse 2 hin abgedichtet ist.

[0026] Dabei sind zur Abdichtung eine erste Dichtungseinrichtung 15 und eine zweite Dichtungseinrichtung 16 vorgesehen, welche beispielsweise als O-Dichtringe ausgebildet sind. Die erste Dichtungseinrichtung 15 ist dabei im Bereich eines Innenmantels 14a an dem dem ersten Durchtritt 12 zugewandten ersten Ende der Verbindungshülse 14 und die zweite Dichtungseinrichtung 16 im Bereich eines Außenmantels 14b an dem dem zweiten Durchtritt 13 zugewandten Ende der Verbindungshülse 14 im Bereich eines Kragens 14c der Verbindungshülse 14, angeordnet ist.

[0027] Die Verbindungshülse 14 ist bevorzugt konzentrisch zur Ventilachse 7a des Gaswechselventils 7 angeordnet.

[0028] Die Verbindungshülse 14 ist in den zweiten Durchtritt 13 des Nockenwellengehäuses 3 eingesteckt. Der zweite Durchtritt 13 weist eine Schulter 13a mit einer vorzugsweise normal zur Hubachse des Hubventils ausgebildeten ringförmigen Auflagefläche 13b auf. Die Verbindungshülse 14 liegt mit dem Kragen 14c auf der Auflagefläche 13b auf. Die Auflagefläche 13b ist geneigt zur Zylinderkopfdichtebene 1b angeordnet und spannt somit mit der Zylinderkopfdichtebene 1b oder einer dazu parallelen Ebene 1b‘ einen Winkel a auf, welcher größer als 0 oder gleich 0 ist.

[0029] Die Verbindungshülse 14 auf einen die Ventilführung 17 für das Gaswechselventil 7 ausbildenden oder aufnehmenden - vorzugsweise zylindrisch geformten - Ventilführungsbutzen 18 des Zylinderkopfgrundgehäuses 2 aufgesteckt.

[0030] Die beispielsweise hohlzylindrische Verbindungshülse 11 spannt in ihrem Inneren einen Ventilfederraum 19 zur Aufnahme einer Ventilfeder 20 zum Schließen des Gaswechselventils 7 auf.

[0031] Fig. 1 zeigt eine erste Ausführungsvariante der Erfindung, bei der die Ventilfeder 20 als Schraubenfeder 20a ausgebildet ist. Bei der in Fig. 2 dargestellten zweiten Ausführungsvariante ist die Ventilfeder 20 durch eine pneumatische Feder 20b - beispielsweise eine Luftfeder gebildet.

[0032] Die Fig. 3 bis 6 zeigen verschiedene Montageschritte der Zylinderkopfstruktur 2.

[0033] In Fig. 3 zeigt den Anfangszustand mit einem Zylinderkopfgrundgehäuse 2, wobei der Ventilführungsbutzen 18 bereits mit einer Ventilführung 17 für das Gaswechselventil 7 versehen ist.

[0034] In dem in Fig. 4 gezeigten Montageschritt ist das Nockenwellengehäuse 3 in einer Fertigungsrichtung parallel zur Zylinderachse 1a am Stützelement 11 appliziert und wird über Befestigungsschrauben 9 fest mit dem Zylinderkopfgrundgehäuse 2 verbunden.

[0035] Im in Fig. 5 dargestellten Montageschritt wird die Verbindungshülse 14 in einer Montage

richtung parallel zur Ventilachse 7a des Gaswechselventils 7 in den ersten Durchtritt 12 des Nockenwellengehäuses 3 eingesetzt. Die durch eine erste O- Ringdichtung gebildete erste Dichtungseinrichtung 15 ist am Außenumfang des beispielsweise zylindrischen Ventilsitzbutzens 18 appliziert. Die durch eine zweite O-Ringdichtung gebildete zweite Dichtungseinrichtung 16 ist am Außenmantel 14b des Kragens 14c am - in den Figuren oberen - zweiten Ende der Verbindungshülse 14 angebracht.

[0036] Fig. 6 zeigt die Zylinderkopfstruktur 1 mit montierter Verbindungshülse 14. Die Verbindungshülse 14 ist mit ihrem - in den Figuren unteren - ersten Ende, welches sich auf der Seite des Zylinderkopfgrundgehäuses 2 befindet, auf den Ventilsitzbutzen 18 aufgeschoben, sodass sich die erste Dichtungseinrichtung 15 zwischen der Verbindungshülse 14 und dem Ventilsitzbutzen 18 befindet. Der Kragen 14c der Verbindungshülse 14 liegt bündig auf der ringförmigen Auflagefläche 13b des zweiten Durchtrittes 13 auf. Die am Außenmantel 14b der Verbindungshülse 14 angeordnete zweite Dichtungseinrichtung 16 befindet sich im montierten Zustand der Verbindungshülse 14 zwischen dem Kragen 14c und einer zylindrischen Dichtfläche 13c des zweiten Durchtrittes 13.

Claims

Patentansprüche

1. Zylinderkopfstruktur (1) für eine Brennkraftmaschine mit zumindest einer obenliegenden Nockenwelle (4), mit einem mehrteiligen Zylinderkopf, welcher zumindest ein Nockenwellengehäuse (3) zur Aufnahme von zumindest einer Nockenwelle (4) und zumindest ein zumindest einen Gaswechselkanal (6) und ausbildendes Zylinderkopfgrundgehäuse (2) aufweist, welches zwischen dem Nockenwellengehäuse (3) und einer Zylinderkopfdichtebene (1b) zum Anschluss eines Zylindergehäuses (8) angeordnet ist, wobei das Nockenwellengehäuse (3) und das Zylinderkopfgrundgehäuse (2) zumindest ein Paar von korrespondierenden Durchtritten (12, 13) für einen Ventilschaft (7b) eines Gaswechselventils (7) aufweist, wobei der erste Durchtritt (12) des Zylinderkopfgrundgehäuses (2) und der zweite Durchtritt (13) des Nockenwellengehäuses (3) in Hubrichtung (7c) des Gaswechselventiles (7) voneinander beabstandet sind und zwischen dem ersten Durchtritt (12) und dem zweiten Durchtritt (13) eine Verbindungshülse (14) angeordnet ist, welche sowohl zum Nockenwellengehäuse (3) hin, als auch zum Zylinderkopfgrundgehäuse (2) hin abgedichtet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungshülse (14) über eine vorzugsweise durch einen Dichtungsring gebildete erste Dichtungseinrichtung (15) gegenüber dem Zylinderkopfgrundgehäuse (2) abgedichtet ist, wobei die erste Dichtungseinrichtung (15) im Bereich eines Innenmantels (14a) der Verbindungshülse (14) angeordnet ist.

2. Zylinderkopfstruktur (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungshülse (14) auf einen eine Ventilführung (17) für das Gaswechselventil (7) ausbildenden oder aufnehmenden - vorzugsweise zylindrisch geformten - Ventilführungsbutzen (18) des Zylinderkopfgrundgehäuses (2) aufgesteckt ist.

3. Zylinderkopfstruktur (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungshülse (14) über eine vorzugsweise durch einen Dichtungsring gebildete zweite Dichtungseinrichtung (16) gegenüber dem Nockenwellengehäuse (3) abgedichtet ist.

4. Zylinderkopfstruktur (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Dichtungseinrichtung (16) im Bereich eines Außenmantels (14b) der Verbindungshülse (14), vorzugsweise im Bereich eines Kragens (14c) der Verbindungshülse (14), angeordnet ist.

5. Zylinderkopfstruktur (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungshülse (14) in den zweiten Durchtritt (13) des Nockenwellengehäuses (3) eingesteckt ist, wobei der zweite Durchtritt (13) eine Schulter (13a) mit einer vorzugsweise normal zur Ventilachse (7a) des Gaswechselventils (7) ausgebildeten ringförmigen Auflagefläche (13b) aufweist.

6. Zylinderkopfstruktur (1) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungshülse (14) mit einem Kragen (14c) auf der Auflagefläche (13b) aufliegt, wobei vorzugsweise die ringförmige Auflagefläche (13b) mit der Zylinderkopfdichtebene (1b) oder einer dazu parallelen Ebene (1b‘) einen Winkel (a) z0 aufspannt.

7. Zylinderkopfstruktur (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass innerhalb der Verbindungshülse (14) ein Ventilfederraum (19) zur Aufnahme einer Ventilfeder (20) angeordnet ist.

8. Zylinderkopfstruktur (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventilfeder (20) durch eine Schraubenfeder (20a) oder eine pneumatische Feder (20b) gebildet ist.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen