DE10101637A1 - Zylinderkopf für eine Kolbenbrennkraftmaschine - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Zylinderkopf für eine Kolbenbrennkraftmaschine mit Führungen (5) für die Ventilschäfte (4) der Gaswechselventile (2, 3), der auf einer jeweils den Zylindern zugekehrten Seite Ventilsitze (8) für die Gaswechselventile (2, 3) aufweist und der auf seiner den Ventilsitzen (8) abgekehrten Seite mit einer Oberflächenstruktur versehen ist, die wenigstens eine Montagefläche (11) aufweist, die so ausgebildet ist, daß eine wahlweise Montage von Einzelaktuatoren (15) zur Betätigung der Gaswechselventile (2, 3) oder einer Montage von Nockenwellen (16) zur Betätigung der Gaswechselventile (2, 3) möglich ist.

Description

Für die Entwicklung von Kolbenbrennkraftmaschinen wird in zu­ nehmenden Maße die Möglichkeiten der Verwendung von vollva­ riabel steuerbaren Ventiltrieben berücksichtigt. Derartige vollvariable Ventiltriebe werden beispielsweise durch elek­ tromagnetische Aktuatoren verwirklicht, die als Einzelaktua­ toren jeweils auf ein zu betätigendes Gaswechselventil ein­ wirken, so daß am Zylinderkopf einer derartigen Kolbenbrenn­ kraftmaschine jedem Zylinder entsprechend der Zahl der vorge­ sehenen Gaswechselventile eine entsprechende Zahl an Ein­ zelaktuatoren zu befestigen sind. Die Gestaltung eines Zylin­ derkopfes für den Einsatz der Einzelaktuator-Technik weicht wesentlich von der bisher üblichen Gestaltung eines Zylinder­ kopfes mit einer Betätigung der Gaswechselventile über Noc­ kenwellen ab. Will man nun durch Untersuchungen mit der Ein­ zelaktuator-Technik gewonnenen Erkenntnisse auf Neukonstruk­ tionen von Kolbenbrennkraftmaschinen übertragen, die noch mit nockenwellenbetätigte Gaswechselventile konzipiert sind, dann müssen unterschiedliche Zylinderköpfe konstruiert und herge­ stellt werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Zylinderkopf für eine Kolbenbrennkraftmaschine zu schaffen, der sowohl für die Einzelaktuator-Technik als auch für die Nockenwellenbetä­ tigung einsetzbar ist.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe gelöst durch einen Zylinder­ kopf für eine Kolbenbrennkraftmaschine mit Führungen für die Ventilschäfte der Gaswechselventile, der auf einer jeweils den Zylindern zugekehrten Seite Ventilsitze für die Gaswech­ selventile aufweist und der auf seiner den Ventilsitzen abge­ kehrten Seite mit einer Oberflächenstruktur versehen ist, die wenigstens eine Montagefläche aufweist, die so ausgebildet ist, daß eine wahlweise Montage von Einzelaktuatoren zur Betätigung der Gaswechselventile oder eine Montage von Nocken­ wellen zur Betätigung der Gaswechselventile möglich ist. Eine derartige Konzeption erlaubt es, einen Zylinderkopf herzu­ stellen, bei dem es für die Bearbeitung ohne Belang ist, ob die Gaswechselventile über Einzelaktuatoren oder über Nocken­ wellen betätigt werden. Da entweder Einzelaktuatoren oder Nockenwellen auf dem Zylinderkopf montiert werden können, wird erst in der Montagephase dem Zylinderkopf die jeweils gewünschte Ventilantriebsart zugeordnet. Der die Ventiltriebe abdeckende Ventildeckel kann dann einheitlich für die höher bauende Ventilantriebsart ausgeführt werden. Da es sich hier um ein kostengünstig herzustellendes Umformteil aus Blech handelt, können für die unterschiedlichen Ventilantriebsarten auch unterschiedliche Ventildeckel vorgesehen werden. Der we­ sentliche Vorteil besteht darin, daß ein zunächst in der Se­ rie mit Nockenwellenantrieben versehene Kolbenbrennkraftma­ schinen später auf den Antrieb über Einzelaktuatoren umge­ stellt werden können, ohne daß die zugehörigen Fertigungs­ straßen für den Zylinderkopf angepaßt werden müssen. Ledig­ lich um Montagebereich sind hier andere Montagehilfen vorzu­ sehen. Damit ist es auch möglich, parallel zur Entwicklung der Einzelaktuator-Technik bereits Zylinderköpfe zu fertigen und Kolbenbrennkraftmaschinen zu erstellen, die zunächst mit Nockenwellen bestückt werden. Sobald dann die Einzelaktuator- Technik für die Serie eingeführt wird, kann ohne Änderung der Fertigungsstraße für den Zylinderkopf eine Bestückung mit Einzelaktuatoren bewirkt werden.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorge­ sehen, daß die Oberflächenstruktur jeweils im Bereich der durch eine Nockenwelle antreibbaren Gaswechselventile als Montagefläche eine Planfläche aufweist. Besonders zweckmäßig ist es hierbei, wenn die Planfläche sich über die ganze Länge des Zylinderkopfes erstreckt. Durch diese Gestaltung steht eine Montagefläche zur Verfügung, die ohne hindernde Vor­ sprünge nahezu beliebige Montagemöglichkeiten bietet. Da üb­ licherweise die Befestigung der Einzelaktuatoren einerseits und der Nockenwellenlager andererseits über Schrauben er­ folgt, ist es ferner zweckmäßig, wenn die Schraubenlöcher für beide Anwendungsfälle zumindest teilweise identisch sind. We­ der für die Fertigung noch für den späteren Betrieb ist es von Bedeutung, wenn in der Montagefläche jeweils ungenutzte Schraublöcher vorhanden sind.

Eine sich über die gesamte Länge des Zylinderkopfes erstrec­ kende Planfläche bietet als weiteren Vorteil die Möglichkeit, sowohl für den Einsatz von Einzelaktuatoren als auch für den Einsatz von Nockenwellen diese Systeme auf einem platten- oder gitterförmigen Zwischenelement vorzumontieren, das dann als Komplettbauteil mit dem Zylinderkopf verbunden werden kann. Dies ermöglicht es, die Verbindungsschrauben einheit­ lich sowohl für die Einzelaktuator-Technik als auch für die Nockenwellen-Technik vorzusehen, wobei dann die Schraubenlö­ cher jeweils in den mechanisch günstigsten Bereich des Zylin­ derkopfes und mit verhältnismäßig großen Durchmessern ange­ ordnet werden können. Der Zylinderkopf ist somit für beide Techniken einheitlich, während lediglich das Zwischenelement entsprechend an die unterschiedlichen Befestigungsgeometrien von Einzelaktuatoren einerseits und Kurbelwellenlagerungen andererseits anzupassen sind.

Weitere Merkmale der Erfindung sind der Beschreibung der Aus­ führungsbeispiele zu entnehmen.

Die Erfindung wird anhand schematischer Zeichnungen von Aus­ führungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen vertikalen Querschnitt durch den Ventilbe­ reich eines Zylinderkopf einer Kolbenbrennkraft­ maschine gem. der Linie I-I in Fig. 2,

Fig. 2 eine Aufsicht auf den Bereich A des Zylinder­ kopfes gem. Fig. 1, etwas verkleinert,

Fig. 3 den Zylinderkopf gem. Fig. 1 mit Einzelaktuato­ ren,

Fig. 4 den Zylinderkopf gem. Fig. 1 mit Nockenwellen­ trieben.

Wie aus Fig. 1 und 2 ersichtlich, ist der Zylinderkopf 1 des Ausführungsbeispiels für eine 4-Zylinder-Kolbenbrennkraft­ maschine vorgesehen, die für jeden Zylinder zwei parallele Gaseinlaßventile 2 und entsprechend zwei parallele Gasauslaß­ ventile 3 aufweist, nachstehend insgesamt als Gaswechselven­ tile bezeichnet. Die Gaswechselventile sind mit ihren Ventil­ schäften 4 in entsprechenden Führungen 5 im Zylinderkopf 1 geführt. An ihrem freien Ende sind die Ventilschäfte 4 mit einem Federteller 6 versehen, so daß über eine Ventilfeder 7, die sich auf dem Zylinderkopf 1 abstützt, die Gaswechselven­ tile in Schließstellung auf ihren Ventilsitzen 8 gehalten werden und die zugehörigen Gaseinlaßkanäle 9 bzw. Gasauslaß­ kanäle 10 verschließen.

Auf seiner den Ventilsitzen 8 abgekehrten Seite ist der Zy­ linderkopf 1 jeweils für die Gaseinlaßventile 2 einerseits und für die Gasauslaßventile 3 andererseits mit einer Monta­ gefläche 11.1 bzw. 11.2 versehen, die bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel jeweils als Planfläche ausgebildet ist und die sich sowohl für die Gaseinlaßventile 2 als auch für die Gasauslaßventile 3 jeweils über die gesamte Länge er­ streckt. Die Planflächen 11.1 und 11.2 sind orthogonal zu den Ventilschäften 4 der Gaswechselventile 2 bzw. 4 ausgerichtet und im Bereich der jeweils durch die Federteller 6 definier­ ten freien Enden der Ventilschäfte 4 verlaufend. Die Planflä­ chen 11.1 und 11.2 sind somit jeweils im Bereich der Gaswech­ selventile mit zwei parallelen zylindrischen Vertiefungen 12 versehen, die die Federteller 6 mit den Ventilfedern 7 umfas­ sen. Es ist aber auch möglich, für jeweils die beiden paral­ lelen Gaseinlaßventile bzw. Gasauslaßventile eines Zylinders nur eine entsprechend langgestreckte Vertiefung vorzusehen.

Bei dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Plan­ fläche 11.1 bzw. 11.2 mit einem umlaufenden Begrenzungssteg 13 versehen, so daß die Planflächen 11 in Verbindung mit den ihnen zugeordneten umlaufenden Begrenzungsstegen 13 eine Auf­ fangwanne für Rücklauföl bilden, der jeweils eine Ablauföff­ nung zugeordent ist. Hierdurch vereinfacht sich die Abdich­ tung zwischen dem Zylinderlopf und einer den Zylinderkopf mit seinen Ventiltrieben auf der Oberseite abschließenden Ventil­ deckel 14.

In Fig. 3 ist schematisch die Anordnung eines elektromagneti­ schen Einzelaktuators 15 zur Betätigung der Gaswechselventile dargestellt. Es ist hierbei jeweils ein Einzelaktuator 15 zur Betätigung jeweils eines Gaswechselventils vorgesehen, so daß je Zylinder je zwei Einzelaktuatoren für die Gaseinlaßventile 2 und zwei Einzelaktuatoren für die Gasauslaßventile 3 zu montieren sind.

In Fig. 4 ist entsprechend schematisch die Anordnung einer Nockenwelle 16 zur Betätigung der Gaseinlaßventile und der Gasauslaßventile dargestellt. Aus Fig. 3 bzw. Fig. 4 ist ohne weiteres abzuleiten, daß die Einzelaktuatoren 15 aber auch sowohl die gaseinlaßseitige Nockenwelle 16 als auch die gas­ auslaßseitige Nockenwelle 16 jeweils auf ein hier nicht näher dargestelltes platten- oder gitterförmiges Zwischenelement vormontiert werden können, das dann als Komplettbauteil auf die Planfläche aufgesetzt und mit dieser verschraubt wird. Hierbei müssen allerdings Montagehilfen vorgesehen werden, die so ausgelegt sind, daß bei der Montage die Ventilfedern 7 entsprechend niedergedrückt werden können.

Claims (10)

1. Zylinderkopf für eine Kolbenbrennkraftmaschine mit Führun­ gen (5) für die Ventilschäfte (4) der Gaswechselventile (2, 3), der auf einer jeweils den Zylindern zugekehrten Seite Ventilsitze (8) für die Gaswechselventile (2, 3) aufweist und der auf seiner den Ventilsitzen (8) abgekehrten Seite mit ei­ ner Oberflächenstruktur versehen ist, die wenigstens eine Montagefläche (11) aufweist, die so ausgebildet ist, daß eine wahlweise Montage von Einzelaktuatoren (15) zur Betätigung der Gaswechselventile (2, 3) oder einer Montage von Nocken­ wellen (16) zur Betätigung der Gaswechselventile (2, 3) mög­ lich ist.

2. Zylinderkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberflächenstruktur jeweils zumindest im Bereich der Gas­ wechselventile als Montagefläche (11) eine Planfläche auf­ weist.

3. Zylinderkopf nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich­ net, daß die als Planfläche ausgebildete Montagefläche (11) sich über die ganze Länge des Zylinderkopfes (1) erstreckt.

4. Zylinderkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Planfläche (11) parallel zur Ebene der zugehörigen Ventilsitze (8) ausgerichtet ist.

5. Zylinderkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Planfläche (11) etwa in der Höhe der freien Enden den Ventilschäfte (4) verläuft.

6. Zylinderkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Oberflächenstruktur Vertiefungen (12) aufweist zur Aufnahme der freien Enden der Ventilschäfte (4) und der zugehörigen Ventilfedern (7).

7. Zylinderkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch ge­ kennzeichnet, daß am Rand der jeweiligen Montagefläche (11) ein umlaufender Begrenzungssteg (13) vorgesehen ist.

8. Zylinderkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch ge­ kennzeichnet, daß für die Anordnung von Einzelaktuatoren (15) ein mit der Montagefläche (11) verbindbares Zwischenelement zur Vormontage der Einzelaktuatoren vorgesehen ist.

9. Zylinderkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch ge­ kennzeichnet, daß für die Montage von Nockenwellen (16) ein alle Nockenwellenlager einschließlich der Nockenwelle (16) umfassendes Zwischenelement vorgesehen ist, das mit der Mon­ tagefläche (11) verbindbar ist.

10. Zylinderkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Schraubenlöcher für die Montage von Einzelaktuatoren einerseits und für die Montage von Nocken­ wellen andererseits zumindest teilweise identisch sind.