AT523273A4 - Zylinderkopf - Google Patents

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AT523273A4
AT523273A4 ATA50222/2020A AT502222020A AT523273A4 AT 523273 A4 AT523273 A4 AT 523273A4 AT 502222020 A AT502222020 A AT 502222020A AT 523273 A4 AT523273 A4 AT 523273A4
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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Zylinderkopf (1) mit zumindest einer Ausnehmung (23) zur Anordnung zumindest eines Gasventils (20) und zumindest einer Zündkerze (15), wobei die Zündkerze (15) in eine Vorkammer (17) reicht, die Zündkerze (15) entlang einer Zündkerzendrehachse (16) angeordnet ist und das Gasventil (20) entlang einer Gasventildrehachse (19) angeordnet ist, wobei die Gasventildrehachse (19) zur Zündkerzendrehachse (16) geneigt ist. Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen verbesserten Zylinderkopf (1) anzugeben, der eine verbesserte Anordnung und Bauraumeinsparungen ermöglicht. Die gestellte Aufgabe wird durch den oben angegebenen Zylinderkopf (1) erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass ein Abstand (A) zwischen der Gasventildrehachse (19) und der Zündkerzendrehachse (16) mit einer Entfernung von der Vorkammer (17) in einer von der Brennraum (2) abgewandten Richtung abnimmt.

Description

Die Erfindung betrifft einen Zylinderkopf mit zumindest einer Ausnehmung zur Anordnung zumindest eines Gasventils und zumindest einer Zündkerze, wobei die Zündkerze in eine Vorkammer reicht, die Zündkerze entlang einer Zündkerzendrehachse angeordnet ist und das Gasventil entlang einer Gasventildrehachse angeordnet ist, wobei die Gasventildrehachse zur Zündkerzendrehachse geneigt ist.
Dabei ist dieser Zylinderkopf für eine Brennkraftmaschine mit ottomotorischer Verbrennung mit einer Verbrennung von einem gasförmigen Kraftstoff vorgesehen. Als Kraftstoff kann dabei beispielsweise Erdgas eingesetzt werden. Es ist auch die Verbrennung von jedem anderen gasförmigen Kraftstoff möglich. Ein derartiger Zylinderkopf ist beispielsweise aus CN 109098834 A bekannt. Dieser weist auf einer Seite der Zylinderachse ein Gasventil auf und gegenüber dem Gasventil auf der anderen Seite einer durch die Zylinderachse aufgespannte Ebene ist die Zündkerze angeordnet. Das Gasventil ist parallel zu der Zylinderachse ausgerichtet. Die Zündkerze ist dazu leicht von der Vorkammer weg nach außen geneigt. Der benötigte Bauraum steigt von der Vorkammer weg stark an. Die Gaswechselventile, deren Führungen in aller Regel um diese Anordnung herum verortet sind, müssen weiter nach außen rücken und weisen damit eine höhere Beabstandung der
Ventilachsen zu der Zylinderachse auf.
Eine ähnliche Anordnung wird in AT 516619 A4 gezeigt. Dabei sind die Drehachsen von Gasventil und Zündkerze im Unterschied zu der oben angegebenen
CN 109098834 A parallel ausgeführt. In einer der beiden gezeigten Ausführungen überdecken sich die beiden Bearbeitungsflächen und führen in eine gemeinsame Kavität. In der zweiten gezeigten Ausführung sind die Bearbeitungsflächen voneinander beabstandet angeordnet und der Bedarf an Bauraum ist damit stark erhöht.
Durch Anordnungen mit ineinandergreifenden, sich überschneidenden Bearbeitungsflächen kann zwar Bauraum eingespart werden, jedoch sinkt dadurch die Qualität der entstehenden Flächen zur Einpassung der weiteren Bauteile. Damit erhöht sich der Ausschuss bei der Produktion, was bei verringertem Bauraum zu höheren Kosten in der Produktion führt.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen verbesserten Zylinderkopf
anzugeben, der eine verbesserte Anordnung und Bauraumeinsparungen ermöglicht.
Die gestellte Aufgabe wird durch den oben angegebenen Zylinderkopf erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass ein Abstand zwischen der Gasventildrehachse und der Zündkerzendrehachse mit einer Entfernung von der
Vorkammer in einer von dem Brennraum abgewandten Richtung abnimmt.
Dabei überschneiden sich die Bearbeitungsflächen nicht und die Qualität der entstehenden Flächen nimmt zu und der Aufwand der Fertigung nimmt ab. Durch die geneigte Anordnung, bei der der Abstand von dem Brennraum weg abnimmt, wird Bauraum gespart. Die Führung der Gaswechselventile kann direkt um die
Zündkerze angeordnet sein.
Bei dieser Erfindung ist die Ausnehmung zum Großteil gegossen und nur der Teil zum Einsetzen der Zündkerze und des Gasventils, eine Gasventilaufnahmefläche und eine Zündkerzenaufnahmerfläche sind bearbeitet. Die beiden Bearbeitungsflächen überschneiden sich nicht. Die erfindungsgemäße Ausführung hat den Vorteil, dass Bauraum eingespart werden kann.
Dieser Effekt kann besonders gut ausgenutzt werden, wenn ein Neigungswinkel zwischen der Gasventildrehachse und der Zündkerzendrehachse zwischen 0,5° und
5° beträgt, vorzugsweise 1,5°.
Eine besonders günstige Lage zum vom Gasventil eingebrachten gasförmigen Kraftstoff ergibt sich für die Zündkerze in dem Fall ergeben, wenn die Zündkerzendrehachse konzentrisch zu einer Zylinderdrehachse einer Zylinderbohrung angeordnet ist. Dadurch kann die Verbrennung möglichst gleichmäßig von der zentral angeordneten Zündkerze ausgehen. Die Zündqualität kann so maßgeblich positiv beeinflusst werden.
Dieser Effekt kann noch gesteigert werden, wenn die Vorkammerdrehachse konzentrisch zu der Zylinderdrehachse der Zylinderbohrung angeordnet ist.
Darüber hinaus ist diese konzentrische Anordnung der Bauteile jeweils günstig für den benötigten Bauraum. Die Ausdehnungen der einzelnen Bauteile quer zu einer
Zylinderdrehachse kann so verringert werden.
Um die Fertigung noch effizienter zu gestalten, ist es günstig, wenn der Zylinderkopf zumindest eine Aufnahmehülse für Gasventil und Zündkerze aufweist, in der die Ausnehmung ausgebildet ist.
Besonders bevorzugt ist eine Ausführung, die vorsieht, dass die Ausnehmung zu Zündkerze und Gasventil eine Oberfläche aufweist, die durch Urformen vorzugsweise durch Gießen - gebildet ist und besonders bevorzugt nicht spanend nachbearbeitet ist.
Diese gemeinsame Ausnehmung für Gasventil und Zündkerze ist in einem separaten Bauteil durch Gießen gebildet. Das separate Bauteil wird dabei als Aufnahmehülse bezeichnet. Die Ausnehmung wird günstigerweise in keiner Ausführung nachbearbeitet. Dadurch können Fertigungsschritte, -kosten und zeiten gespart werden.
Um einen perfekten festen und dichten Sitz der Zündkerze zu erreichen, ist vorteilhafterweise vorgesehen, dass ausgehend von der Ausnehmung eine Zündkerzenaufnahmefläche durch eine mechanisch bearbeitete Fläche vorzugsweise durch eine Bohrung gebildet ist.
Günstig lässt sich dies auch für das Gasventil erreichen, wenn ausgehend von der Ausnehmung eine Gasventilaufnahmefläche durch eine mechanisch bearbeitete
Fläche gebildet ist - vorzugsweise durch eine Bohrung gebildet ist.
Um die Qualität der Aufnahmeflächen zu garantieren, die Fertigung zu vereinfachen und Ausschuss zu minimieren, ist es günstig, wenn Zündkerzenaufnahmefläche und Gasventilaufnahmefläche mechanisch bearbeitete Flächen sind, die von einander beabstandet sind und sich nicht schneiden.
Weiters ist es günstig, wenn Bearbeitungsflächen zum Erhalt der Gasventilaufnahmefläche und Zündkerzenaufnahmefläche in der Ausnehmung nicht durchdringen, sodass Bearbeitungsflächen keine Überschneidungen aufweisen. Dadurch kann der Eintrag von Spänen in die jeweils andere Aufnahmeausnehmung
bei der spanenden Bearbeitung verringert werden.
Es ist günstig, wenn zum Ladungswechsel in den Brennraum Gaswechselventile
vorgesehen sind, wobei jedem Gaswechselventil eine Ventilfeder zugeordnet ist.
Dadurch kann der Vorteil dieser Anordnung hinsichtlich Bauraumeinsparung perfekt
ausgenutzt werden.
Dieser Effekt wird vor allem für eine Ausführung spürbar, wenn sich die Aufnahmehülse in Richtung einer Zylinderdrehachse bis zu einer Höhe erstreckt und/oder über diese Höhe erstreckt, in der die Ventilfedern angeordnet sind, wobei
die Gaswechselventile in geschlossener Stellung sind.
Die Bauraumeinsparung im Vergleich zu einem herkömmlichen Zylinderkopf kann noch weiter erhöht werden, wenn eine Entfernung zwischen Aufnahmehülse und Gaswechselventilen in einer Ebene normal zur Zylinderdrehachse gering ist, wobei
ein Verhältnis zwischen Durchmesser und Entfernung zwischen 1,5 und 3,5 beträgt.
In weiterer Folge wird die Erfindung anhand der nicht einschränkenden Figuren
näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 einen erfindungsgemäßen Zylinderkopf in einem Schnitt;
Fig. 2 eine Aufnahmehülse und eine Vorkammerhülle des erfindungsgemäßen
Zylinderkopfs im Detail im Schnitt analog zu Fig. 1; und
Fig. 3 ein weiteres Detail der Aufnahmehülse und der Vorkammerhülle der Fig. 2.
Fig. 1 zeigt einen erfindungsgemäßen Zylinderkopf 1 in einem Schnitt. Dabei wird eine Oberfläche zu einem Brennraum 2, eines nicht näher gezeigten Zylinders als Feuerdeck 3 bezeichnet. In den Brennraum 2 reichen Gaswechselkanäle 4, die
durch Gaswechselventile 5 verschließbar sind. Dafür sind die Gaswechselventile 5
jeweils in einer Führung 6 und gegen die Kraft einer Ventilfeder 7 verschiebbar.
In dieser geschnittenen Ansicht sind zwei Gaswechselventile 5 erkennbar, die beiderseits einer Zylinderdrehachse 8 angeordnet sind und als Tellerventile ausgeführt sind. Die Ventilfedern 7 sind in der gezeigten Ausführung von dem Brennraum 2 entfernt in der Richtung der Zylinderdrehachse 8 an einer Deckfläche 9 des Zylinderkopfs 1 mit einem ersten Ende 10 abgestützt. Ein zweites Ende 11, das von dem Brennraum 2 abgewandt um das Gaswechselventil 5 angeordnet ist,
stützt sich gegen das Gaswechselventil 5 ab.
Von der Zylinderdrehachse 8 radial innerhalb der beiden Gaswechselventile 5 weist der Zylinderkopf 1 eine Wand 12 mit einer Öffnung 13 auf, wobei die Öffnung 13 den Zylinderkopf 1 entlang der Zylinderdrehachse 8 durchdringt. Innerhalb dieser Öffnung 13 ist eine Aufnahmehülse 14 angeordnet. Innerhalb der Aufnahmehülse 14 ist eine Zündkerze 15 entlang einer Zündkerzendrehachse 16 angeordnet. In Richtung des Brennraums 2 ist anschließend an die Zündkerze 15 eine Vorkammer 17 vorgesehen, die von einer Vorkammerhülle 18 zumindest teilweise umschlossen wird. Die Vorkammer 17 ist mit dem Brennraum 2 über nicht näher gezeigte Überströmöffnungen verbunden. Die Vorkammer 17 weist eine
Vorkammerdrehachse 27 auf, entlang der sie angeordnet ist.
In der gezeigten Ausführung sind die Vorkammer 17 mit ihrer Vorkammerdrehachse 27 und die Zündkerze 15 mit ihrer Zündkerzendrehachse 16 konzentrisch zu einer nicht näher gezeigten Zylinderbohrung mit der Zylinderdrehachse 8 ausgerichtet.
In alternativen Ausführungen ist diese Öffnung 13 versetzt zu der Zylinderdrehachse 8 verortet. Außerdem können die Vorkammerdrehachse 27 sowie die Zündkerzendrehachse 16 unabhängig voneinander von der Zylinderdrehachse 8 beabstandet sein.
Ein Außendurchmesser D der Aufnahmehülse 14 reicht sehr knapp an die Ventilfedern 7 heran. Eine Entfernung E zwischen Aufnahmehülse 14 und Gaswechselventil 5 entspricht etwa dem 0,4-fachen des Außendurchmessers D. Der Zusammenhang zwischen Durchmesser D und Entfernung E wird hier mit dem Verhältnis D/E ausgedrückt und beträgt etwa 2,4. In üblichen Ausführungen kann
ein Verhältnis D/E zwischen 1,5 und 3,5 betragen.
Die Entfernung E wird hier in einer Ebene £ angegeben, der quer zu der Zylinderdrehachse 8 steht und daher die Normalachse auf die Zylinderdrehachse 8 bildet.
Ein Schnittpunkt der Gasventildrehachse 19 und der Zündkerzendrehachse 16 ist
außerhalb der Aufnahmehülse 14 in Richtung der Deckfläche 9 vom Brennraum 2 abgewandt angeordnet.
Um die Aufnahmehülse 14 und die Vorkammerhülle 18 sind Kühlräume und Kühlkanäle angeordnet, die mit Bezugszeichen K bezeichnet sind. Auch um die Gaswechselkanäle 4 sind Kühlräume K zur Kühlung des Zylinderkopfs 1 vorgesehen. Zum Schutz der einzelnen Betriebsflüssigkeiten voreinander sind Dichtungen vorgesehen.
Entlang einer Gasventildrehachse 19 ist ein Gasventil 20 ausgerichtet. Dieses Gasventil 20 reicht in einen Gaskanal 21, der wiederum das Gasventil 20 mit der
Vorkammer 17 strömungsverbindet.
Die Aufnahmehülse 14 erstreckt sich bis über eine Höhe H, vom Feuerdeck 3 aus. In dieser Höhe sitzt das erste Ende 10 der Ventilfeder 7 an einer Auflagefläche 22 auf. In der gezeigten Ausführung reicht die Aufnahmehülse 14 in der Öffnung 13 fast bis an die Deckfläche 9 heran.
Die Aufnahmehülse 14 und die Elemente innerhalb der Aufnahmehülse 14, sowie die Vorkammerhülle 18 sind in Fig. 2 vergrößert dargestellt. Dabei ist gut erkennbar, dass die Gasventildrehachse 19 geneigt zur Zündkerzendrehachse 16 ist. Der Neigungswinkel q@ ist in der gezeigten Ausführung etwas 1,5 ° groß. Der Neigungswinkel g@ ist bei alternativen Ausführungen zwischen 0,5° und 5° groß. Dabei ist das Gasventil 20 zur Zündkerze 15 in Richtung der Deckfläche 9 des Zylinderkopfs 1 hin geneigt.
Hier ist die Zündkerze 15 konzentrisch zur Zylinderbohrung mit der Zylinderdrehachse 8 und der Vorkammer 17 angeordnet.
Das Gasventil 20 ist besonders klein und weist einen sehr geringen Abstand A zur Zündkerze 15 auf. Durch die Neigung mit dem Neigungswinkel q@ ist der Bauraum weiter reduziert. Dadurch nimmt der Abstand A zur Deckfläche 9 des Zylinderkopfes
1 hin immer weiter ab.
Die Aufnahmehülse 14 weist eine Ausnehmung 23 in ihrem Inneren auf. Diese Ausnehmung 23 wird für Gasventil 20 und Zündkerze 15 gemeinsam durch Gießen der Aufnahmehülse 14 gebildet. Eine Oberfläche O der Ausnehmung 23 wird nicht
spanend bearbeitet.
Das Gasventil 20 und die Zündkerze 15 reichen beide von einem Brennraum 2 her
in die Ausnehmung 23.
Zur Aufnahme und Befestigung des Gasventils 20 in der Aufnahmehülse 14 ist eine Gasventilaufnahmefläche 24 vorgesehen. Die Gasventilaufnahmefläche 24 wird durch spanende Bearbeitung entlang einer Bearbeitungsfläche 25 für das Gasventil 20 gebildet.
Analog dazu ist zur Aufnahme und Befestigung der Zündkerze 15 eine Zündkerzenaufnahmefläche 26 in der Aufnahmehülse 14 befindlich. Diese Zündkerzenaufnahmefläche 26 wird wiederum durch spanende Bearbeitung entlang
einer zweiten Bearbeitungsfläche 25 für die Zündkerze 15 gebildet.
Diese Gasventilaufnahmefläche 24 und die Zündkerzenaufnahmefläche 26 sind beispielsweise zylindrisch ausgeführt.
In der gezeigten Ausführung sind die Zündkerze 15 und das Gasventil 20 jeweils in Bohrungen angeordnet.
Die Vorkammerhülle 18 ist bevorzugterweise über eine nicht näher gezeigte Verbindung mit der Aufnahmehülse 14 verbunden.
Die Bearbeitungsflächen 25 für das Gasventil 20 und für die Zündkerze 15 sind in Fig. 2 und 3 mit strichpunktierten Linien angedeutet.
Die Bearbeitungsflächen 25 überschneiden sich innerhalb der Aufnahmehülse 14 nicht und weisen innerhalb der Aufnahmehülse 14 immer eine Entfernung
zueinander auf.
Fig. 3 zeigt eine weiteres vergrößertes Detail der Aufnahmehülse 14 und der Vorkammerhülle 18 aus Fig. 2.

Claims (1)

  1. PATENTANSPRÜCHE
    Zylinderkopf (1) mit zumindest einer Ausnehmung (23) zur Anordnung zumindest eines Gasventils (20) und zumindest einer Zündkerze (15), wobei die Zündkerze (15) in eine Vorkammer (17) reicht, die Zündkerze (15) entlang einer Zündkerzendrehachse (16) angeordnet ist und das Gasventil (20) entlang einer Gasventildrehachse (19) angeordnet ist, wobei die Gasventildrehachse (19) zur Zündkerzendrehachse (16) geneigt ist, dadurch gekennzeichnet, dass ein Abstand (A) zwischen der Gasventildrehachse (19) und der Zündkerzendrehachse (16) mit einer Entfernung von der Vorkammer
    (17) in einer von der Brennraum (2) abgewandten Richtung abnimmt.
    Zylinderkopf (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Neigungswinkel (@®) zwischen der Gasventildrehachse (19) und der
    Zündkerzendrehachse (16) zwischen 0,5° und 5° beträgt, vorzugsweise 1,5°.
    Zylinderkopf (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Zündkerzendrehachse (16) konzentrisch zu einer Zylinderdrehachse (8) einer Zylinderbohrung angeordnet ist.
    Zylinderkopf (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine Vorkammerdrehachse (27) konzentrisch zu der Zylinderdrehachse
    (8) der Zylinderbohrung angeordnet ist.
    Zylinderkopf (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Zylinderkopf (1) zumindest eine Aufnahmehülse (14) für Gasventil (20) und Zündkerze (15) aufweist, in der die Ausnehmung (23) ausgebildet ist.
    Zylinderkopf (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausnehmung (23) zu Zündkerze (15) und Gasventil (20) eine Oberfläche (0) aufweist, die durch Urformen vorzugsweise durch Gießen - gebildet ist und besonders bevorzugt nicht
    spanend nachbearbeitet ist.
    Zylinderkopf (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass ausgehend von der Ausnehmung (23) eine
    Zündkerzenaufnahmefläche (26) durch eine mechanisch bearbeitete Fläche
    vorzugsweise durch eine Bohrung gebildet ist.
    8. Zylinderkopf (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass ausgehend von der Ausnehmung (23) eine Gasventilaufnahmefläche (24) durch eine Bohrung gebildet ist.
    9. Zylinderkopf (1) nach einem der Ansprüche 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass Zündkerzenaufnahmefläche (26) und Gasventilaufnahmefläche (24) mechanisch bearbeitete Flächen sind, die von einander beabstandet sind und sich nicht schneiden.
    10. Zylinderkopf (1) nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass Bearbeitungsflächen (25) zum Erhalt der Gasventilaufnahmefläche (24) und Zündkerzenaufnahmefläche (26) in der Ausnehmung (23) nicht durchdringen, sodass die Bearbeitungsflächen (25) keine Überschneidungen
    aufweisen.
    11. Zylinderkopf (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass zum Ladungswechsel in den Brennraum (2) Gaswechselventile (5) vorgesehen sind, wobei jedem Gaswechselventil (5) eine Ventilfeder (7) zugeordnet ist.
    12. Zylinderkopf (1) nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Aufnahmehülse (14) in Richtung einer Zylinderdrehachse (18) bis zu einer Höhe (H) erstreckt und/oder über diese Höhe (H) erstreckt, in der die Ventilfedern (7) angeordnet sind, wobei die Gaswechselventile (5) in geschlossener Stellung sind.
    13. Zylinderkopf (1) nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass eine Entfernung (E) zwischen Aufnahmehülse (14) und Gaswechselventilen (5) in einer Ebene (eg) normal zur Zylinderdrehachse (8) gering ist, wobei ein Verhältnis (D/E) zwischen Durchmesser (D) und Entfernung (E) zwischen 1,5 und 3,5 beträgt.
    16.03.2020 WR
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