DE10041975A1

DE10041975A1 - Zylinderkopfstruktur für eine Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE10041975A1
Application number: DE10041975A
Authority: DE
Inventors: Frank Beste
Original assignee: AVL List GmbH
Current assignee: AVL List GmbH
Priority date: 1999-08-30
Filing date: 2000-08-25
Publication date: 2001-03-15
Also published as: AT3758U1

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

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 Zylinderkopfgehäu se anschließenden Ventiltriebsgehäuse, in welchem eine Einlassnockenwelle zur Betätigung der Einlassventile und eine Auslassnockenwelle zur Betätigung der Auslassventile drehbar gelagert sind, wobei das Ventiltriebsgehäuse an Auflage flächen des Zylinderkopfgehäuses aufliegt, und wobei das Zylinderkopfgehäuse jeweils im Bereich einer der Zylinderachse einen Schacht für einen in den Brenn raum mündenden Bauteil aufweist und seitliche Einlassflanschflächen und Aus lassflanschflächen für die Einlasskanäle bzw. Auslasskanäle ausbildet.

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

Weiters ist aus der AT 003 209 U1 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 Gehäu seteil geformten Sammelraum ausgehen, welcher auch die Nockenwellenlage rung 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 Ventiltrie bes und der Ventilantriebskomponenten sind durch die Konzeption des Zylinder kopfes festgelegt. Dies hat den Nachteil, dass schon bei geringen Abweichungen vom ursprünglichen Zylinderkopfkonzept für verschiedene Varianten von Brenn kraftmaschinen separate Zylinderköpfe konstruiert und hergestellt werden müs sen. Dies ist relativ aufwendig und schlägt sich insbesondere in den Herstel lungskosten nieder.

Es ist die Aufgabe der Erfindung, diese Nachteile zu vermeiden und ein Zylinder kopfsystem vorzuschlagen, das eine große Flexibilität ermöglicht und den Her stellungsaufwand reduziert.

Erfindungsgemäß erfolgt dies dadurch, dass die Zylinderkopfstruktur einen mo dulartigen Aufbau aufweist, wobei auf ein einheitlich konzipiertes Zylinderkopf gehäuse verschiedene Ventiltriebsgehäuse aufsetzbar sind. Vorzugsweise ist da bei vorgesehen, dass der Rohteil des Zylinderkopfgehäuses universell ausgebildet ist und sowohl für Brennkraftmaschinen mit Saugrohreinspritzung, als auch für Brennkraftmaschinen mit Direkteinspritzung konzipiert ist. Das Zylinderkopfsys tem ist somit modulartig aufgebaut, wobei ein Zylinderkopfgehäuse mit ver schiedenen 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 Schraubenbut zen jeweils auf einer Seite des Zylinderkopfgehäuses und eine Reihe von Schrau benbutzen im Bereich einer durch die Zylinderachsen gebildeten Motorlängsebe ne angeordnet ist.

In einer sehr vorteilhaften Ausführungsvariante ist vorgesehen, dass das Zylin derkopfgehäuse seitliche Wandansätze mit Anschlussflächen für eine Ventilhaube aufweist, wobei die Anschlussflächen auf der dem Brennraum zugewandten Seite einer durch die Nockenwellenachsen aufgespannten Nockenwellenebene ange ordnet sind. Durch die entfallene Festlegung der Seitenwandhöhe durch die No ckenwellenposition können die Seitenwandansätze niedriger gewählt werden als die Nockenwellenebene, was zu einer Verringerung der schallabstrahlenden Flä che 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 er möglichen, ist es günstig, wenn das Zylinderkopfgehäuse stirnseitig im An schlussbereich des Ventiltriebsgehäuses freigestellt ist. Das Gussstück des Zylin derkopfgehäuses ist somit im Ventilantriebsbereich zu zumindest einer Stirnflä che 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 Boh rung, vorzugsweise für ein Einspritzventil, aufweist. Die Einlasskanäle sind dabei als separate Zwillingskanäle ausgeführt, welche im Mittenbereich genügend Frei raum für einen in den Brennraum ragenden Bauteil, wie etwa eine Einspritzdüse, zulassen. Auf diese Weise kann die Technologie der direkten Kraftstoffeinsprit zung in den Brennraum bei dem vorgeschlagenen Zylinderkopfsystem wahlweise angewendet werden.

Das Zylinderkopfgehäuse kann wahlweise mit einem Ventiltriebsgehäuse kombi niert werden, welches als Tassenstößel, Schlepphebel, Rollenschlepphebel oder als Kipphebel ausgebildete Ventilantriebskomponenten, sowie Schmierölzufüh rungsleitungen zu deren Schmierung beinhaltet. Es können auch Ventiltriebsge häuse eingesetzt werden, welche Einrichtungen zur Ventil- und/oder Zylinderab schaltung bzw. Einrichtungen zur Phasenverstellung der Steuerzeiten der Einlass- bzw. Auslassventile aufweisen. Weiters kann auch vorgesehen sein, dass das Ventiltriebsgehäuse eine mechanische, in Ventilhub und/oder Ventilöffnungsdau er 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 Ventiltriebs gehäuse übernommenen Aufgaben umfassen somit die Lagerung der Nockenwel len und der Ventilantriebskomponenten und deren Schmierung. Die Fertigung des Zylinderkopfgehäuses selbst vereinfacht sich dahingehend, dass ein separa ter Einlegekern im Bereich des Ölraumes entfällt, der komplette Bereich des Öl raumes ist von oben entformbar.

Die auszuführende Form und Art des Ventiltriebsgehäuses hängt von den Anfor derungen an das Ventilantriebsystem ab. Das modulare Zylinderkopfsystem be sitzt konzeptionell eine hohe Flexibilität, so dass wahlweise die Technologien va riabler Ventiltrieb, Saugrohreinspritzung und/oder Direkteinspritzung mit nur ge ringer Anpassung des Rohteiles und beibehaltener spanender Bearbeitung er möglicht werden. Die Ausführung aller spanend zu bearbeitenden Flächen ist un abhängig vom verwendeten Verbrennungskonzept, da sich das Zylinderkopfge häuse 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 erfindungsgemä ßen 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 Zy linderkopfgehäuse 2 aufgesetztes Ventiltriebsgehäuse 30 auf. Zur Befestigung des Ventiltriebsgehäuses am Zylinderkopfgehäuse 2 weist das Zylinderkopfge häuse 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 exak te Positionierung des Ventiltriebsgehäuses 30 am Zylinderkopfgehäuse 2 zu er möglichen, 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 Einlasskanä le 12 sowie zwei Auslasskanäle 13 eingeformt. Die Einlasskanäle 12 gehen dabei von einer geneigt zur Motorlängsebene 6 angeordneten seitlichen Einlassflansch fläche 14 aus und münden in den Brennraum 10. Die Auslasskanäle 13 erstre cken sich jeweils zwischen einer seitlichen Auslassflanschfläche 15 und dem Brennraum 10. Das Ventiltriebsgehäuse 30 beinhaltet die Nockenwellenlager 31 für die Nockenwellen 32 mit den Nockenwellenlagerwänden 33, sowie die Ventil antriebskomponenten 34, welche im Ausführungsbeispiel durch Rollenschlepphe bel sowie deren Lagerung gebildet sind. Die Ventilantriebskomponenten 34 kön nen aber auch als Kipphebel oder Tassenstößel ausgebildet sein. Das Ventilan triebsgehäuse 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 Einspritzvor richtung 17 oder dgl. anzubringen. Das Zylinderkopfgehäuse 2 kann dadurch wahlweise für Brennkraftmaschinen mit Direkteinspritzung oder mit Saugrohrein spritzung verwendet werden. Dies erlaubt es, das Zylinderkopfgehäuse 2 sehr flexibel einzusetzen.

Die Anschlussflächen 3a, 4a der Wandansätze 3, 4 für eine nicht weiter darge stellte Nockenwellenantriebsabdeckung oder dgl. sind auf der dem Brennraum 10 zugewandten Seite einer durch die Nockenwellenachsen 37 aufgespannten No ckenwellenebene 38 angeordnet. Die nicht mehr an die Nockenwellenposition gebundene Höhe der Wandansätze 3, 4 kann relativ niedrig ausgebildet sein, so dass 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 Stirnsei ten 18, 19 keine Wandansätze auf und ist offen ausgeführt, um die Integration der Ventilantriebskomponenten 34 und der Nockenwelle 32 in das Ventiltriebsge häuse 30 zu ermöglichen. Das Ventiltriebsgehäuse 30 wird nach außen durch die separate Nockenwellenantriebsabdeckung abgedeckt.

Das modular aufgebaute Zylinderkopfsystem 1 ermöglicht es, mit einem Zylin derkopfgehäuse 2 verschiedene Technologien, wie variablen Ventiltrieb, Saug rohreinspritzung und/oder Direkteinspritzung mit nur begrenzter Anpassung des Rohgussteiles hinsichtlich Einlasskanälen 12 und Brennraum 10 und beibehalte ner spanender Bearbeitung zu ermöglichen. Die auszuführende Form des Ventil triebsgehäuses 30 hängt dabei direkt von den Anforderungen an das Ventilan triebssystem ab. Die Ventilantriebskomponenten 34 können dabei durch Tassen stößel, durch Schlepphebel, Rollenschlepphebel oder durch Kipphebel gebildet werden. Das Ventiltriebsgehäuse 30 kann mit einer Einrichtung zur Ventilab schaltung und/oder Zylinderabschaltung ausgeführt sein. Weiters kann wahlwei se eine Einrichtung zur Phasenverstellung der Steuerzeiten der Einlassventile 20 und der Auslassventile 21 vorgesehen sein. Gegebenenfalls kann auch ein me chanischer in Ventilhub und/oder Ventilöffnungsdauer 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 Verschraubungsbohrungen zu Schmierölzuführungsleitungen 37 im Ventil triebsgehäuse 30 vorgesehen. Die Aufgaben des Ventiltriebsgehäuses 30 umfas sen dabei die Lagerung der Nockenwellen 32 und Ventilantriebskomponenten 34, sowie deren Schmierung. Das Ventiltriebsgehäuse 30 kann als Modul mit weni gen Handgriffen montiert oder demontiert, sowie gewechselt werden. Die Ferti gung des Zylinderkopfgehäuses 2 vereinfacht sich dahingehend, dass ein separa ter Einlegekern 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 ver wendeten 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

1. Zylinderkopfstruktur (1) für eine Brennkraftmaschine mit einem Zylinder kopfgehäuse (2), in welchem zumindest ein durch ein Einlassventil (20) ge steuerter Einlasskanal (13) 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 (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 modulartigen Aufbau aufweist, wobei auf ein einheitlich konzipiertes Zylinderkopfgehäuse (2) verschiedene Ventiltriebsgehäuse (30) aufsetzbar sind.

2. Zylinderkopfstruktur (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Rohteil des Zylinderkopfgehäuses (2) universell ausgebildet ist und so wohl für Brennkraftmaschinen mit Saugrohreinspritzung, als auch für Brenn kraftmaschinen mit Direkteinspritzung konzipiert ist.

3. Zylinderkopfstruktur (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Zylinderkopfgehäuse (2) im Anschlussbereich an das Ventiltriebsgehäu se (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 Zylin derachsen (5) gebildeten Motorlängsebene (6) angeordnet ist.

4. Zylinderkopfstruktur (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge kennzeichnet, 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. Zylinderkopfstruktur (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch ge kennzeichnet, dass das Zylinderkopfgehäuse (2) stirnseitig (18, 19) im An schlussbereich des Ventiltriebsgehäuses (30) freigestellt ist.

6. Zylinderkopfstruktur (1) nach einem der Ansprüche 1 bis S. mit zwei von der seitlichen Einlassflanschfläche (14) ausgehenden Einlasskanälen (12) pro Zylinder (11), dadurch gekennzeichnet, dass der Rohteil des Zylinder kopfgehäuses (2) zwischen den beiden Einlasskanälen (12) eine Materialan häufung (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. Zylinderkopfstruktur (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch ge kennzeichnet, dass im Ventiltriebsgehäuse (30) die Ventilantriebskompo nenten (34) und deren Schmierölzuführleitungen (37) angeordnet sind.

8. Zylinderkopfstruktur (1) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventilantriebskomponenten (34) Tassenstößel, Kipphebel, Schlepphebel oder Rollenschlepphebel beinhalten.

9. Zylinderkopfstruktur (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch ge kennzeichnet, dass das Ventiltriebsgehäuse (30) eine Einrichtung zur Ven tilabschaltung und/oder Zylinderabschaltung aufweist.

10. Zylinderkopfstruktur (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch ge kennzeichnet, dass das Ventiltriebsgehäuse (30) eine Einrichtung zur Pha senverstellung der Steuerzeiten aufweist.

11. Zylinderkopfstruktur (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch ge kennzeichnet, dass das Ventiltriebsgehäuse (30) eine mechanische in Ven tilhub und/oder Ventilöffnungsdauer variable Ventiltriebseinrichtung auf weist.