DE19808051A1

DE19808051A1 - Zylinderkopf einer Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE19808051A1
Application number: DE1998108051
Authority: DE
Inventors: Reitz
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1998-02-26
Filing date: 1998-02-26
Publication date: 1999-09-02

Description

Technisches Gebiet

Die Erfindung betrifft einen Zylinderkopf einer Brennkraftmaschine, insbesondere Hubkolbenmaschine, der zumindest ein Hubventil zur Steuerung des Gaswechsels durch einen Strömungskanal aufweist.

Stand der Technik

Derartige Zylinderköpfe unterliegen dem Stand der Technik entsprech end bei der Fertigung einem hohen mechanischen Bearbeitungs- und Montageaufwand. Dessen größter Teil entfällt auf die Gaswechselven tile mit allen zugehörigen Bauteilen. So müssen nach vorheriger Bear beitung der entsprechenden Stellen unterkühlte Ventilsitzringe und Ventilführungen eingepreßt und nach Abkühlung erneut bearbeitet werden. Es folgt die Bestückung mit Ventil, Ventilfederscheibe, Ventil schaftdichtung, Ventilfeder und Ventilfederteller. Nun muß unter Ge genhalten des Ventils die Ventilfeder vorgespannt und die Ventilkeile eingefügt werden. Schließlich erfolgt die Montage der Ventiltriebsele mente wie Flachstößel, Schlepphebel etc. Auch die geometrische Zu ordnung zwischen Ventilsitzring und dem zugehörigen Gaswechsel kanal ist von großer Bedeutung, so daß häufig dieser Übergang mech anisch nachbearbeitet werden muß. Durch die Vielzahl der erforder lichen Stationen sind lange Bearbeitungsstraßen in der Großserien fertigung nötig.

Darstellung der Erfindung

Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Zylinderkopf anzugeben, der durch geringe ren Bearbeitungs- und Montageaufwand den Umfang der in der Groß serienfertigung erforderlichen Fertigungsstraße, wo vom rohen Zylinderkopf-Gußteil bis zum einbaufertigen Zylinderkopf alle notwendigen Operationen durchgeführt werden, deutlich reduziert.

Diese Aufgabe wird nach den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruchs 1 dadurch gelöst, daß der Zylinderkopf zumindest eine in den Brennraum mündende Ausnehmung besitzt zur Aufnahme eines bestückten Einsatzes, der zumindest besteht aus einem Ventil träger, dem Hubventil und einerseits einer oder mehreren Ventil federn, der Ventilschaftdichtung und den zum Übertragen der Ventil federkraft gebräuchlichen Bauteilen wie Ventilfederteller und Ventil keilen und/oder andererseits einer Vorrichtung zur elektromagnetisch en oder hydraulischen Ventilbetätigung. Der Ventilträger weist dabei zumindest die Dichtstelle zum Ventilteller, die Ventilführung und den ventilseitigen Teil des Gaswechselkanals auf.

Durch die Verwendung eines derartigen vormontierten Einsatzes wird ein beträchtlicher Anteil an Bearbeitungs- und Montageaufwand von der Fertigungsstraße weg zu einer Vorfertigungseinrichtung verlegt. Weiterhin wird eine größere Flexibilität erreicht, weil Änderungen am Einsatz keine Umrüstung der Fertigungsstraße erfordern.

Bei elektromagnetischer oder hydraulischer Ventilbetätigung ist wegen des umkehrbaren Kraftflusses die Verbindung zwischen Betätigungs element und Hubventil aufwendiger. Dem kommt die Montage am einzelnen Einsatz durch bessere Zugänglichkeit und geringere und leicht kontrollierbare Toleranzen zugute.

Der Ventilträger kann einstückig und ggf. mit verschieden behandelten oder beschichteten Oberflächenbereichen versehen sein oder aus mehreren Teilstücken zusammengesetzt sein.

Zur weiteren Reduzierung des Fertigungsaufwandes des Zylinder kopfes kann der Ventilträger in der dem Brennraum entgegenstehen den Richtung einen Fortsatz tragen, der zur Befestigung oder Lager ung zumindest eines Ventiltriebselementes dient.

Zur besseren Kühlung des Ventils, zur Schmierölführung etc. kann der Ventilträger und/oder ggf. dessen Fortsatz zumindest eine Ausneh mung, einen Kanal, eine Nut, eine Querbohrung, einen Absatz, eine Dichtung oder eine Verdrehsicherung aufweisen.

Insbesondere bei einem Hubventil je Einsatz bietet es sich an, daß der Ventilträger eine vorwiegend zylindrische oder konische Außen form aufweist, deren Längsachse mit der Ventilachse zusammenfällt.

Bei zwei parallelen Hubventilen im Inneren eines gemeinsam sie lagernden Ventilträgers kann dieser vorzugsweise eine Außenform aufweisen, die vorwiegend der eines Zylinders oder Konus entspricht, der entlang seiner Längsachse geteilt und um den Ventilabstand aus einandergezogen ist, so daß in der Ebene senkrecht zu den Ventil achsen ein Langlochquerschnitt vorherrscht.

In einer anderen Ausführung kann es vorteilhaft sein, daß die zum Brennraum zeigende Seite des Ventilträgers einen kreisrunden Quer schnitt mit mindestens dem Zylinderdurchmesser des zugehörigen Hubkolbentriebwerkes aufweist. Sind beide Durchmesser identisch, so läßt sich der Einsatz in den Zylinder einführen mit der Möglichkeit, die Einragtiefe zu verändern und so das Verdichtungsverhältnis der Brennkraftmaschine zu beeinflussen. Übersteigt der brennraumseitige Querschnitt des Ventilträgers den Zylinderquerschnitt, so kann der Ventilträger direkt mit dem Zylinderblock unter Zwischenlegung der Brennraumdichtung verschraubt werden.

Zur Komplettierung des Zylinderkopfes wird der Einsatz in dessen entsprechend bearbeitete Ausnehmung eingeführt. Dabei kann der Ventilträger durch Einpressen, Verschrauben oder Kleben bzw. einer Kombination daraus fest mit dem Zylinderkopf verbunden werden.

In einer anderen Ausführung besitzt der Zylinderkopf eine Verstellvor richtung. Der Ventilträger ist nun im Zylinderkopf beweglich gelagert und weist zumindest eine Angriffsfläche für die Verstellvorrichtung auf, durch die er im Betrieb der Brennkraftmaschine relativ zum Zylinderkopf um eine in einem stumpfen Winkel zur Brennraumober fläche liegende Achse gedreht und/oder in deren Richtung axial verschoben werden kann. Durch Drehen des Ventilträgers kann die Gasströmung in einem Einlaßkanal und im Brennraum beeinflußt werden. Durch Verschieben des Ventilträgers in den Brennraum hinein oder in entgegengesetzter Richtung wird das Verdichtungsverhältnis der Brennkraftmaschine verändert. Hierdurch lassen sich niedrige Teillastverbräuche und hohe Endleistung kombinieren. Ist die zum Brennraum zeigende Seite des Einsatzes nur wenig größer als der/die Ventilteller des zugehörigen Einlaßventils und wird der Einsatz um den Betrag des maximalen Ventilhubs in Richtung zum Brennraum ver schoben, so erhöht sich das Verdichtungsverhältnis bei PKW-Motoren um ca. 2,5 Einheiten. Bei einem mechanischen Ventiltrieb entfernt sich dabei der Einsatz von der Nockenwelle, so daß unter Zwischen schaltung geeigneter Ventiltriebsglieder ein geringerer Ventilhub entsteht, wie es z. B. zur drosselfreien Laststeuerung im Teillastbetrieb erwünscht ist.

Bei entsprechenden konstruktiven Gegebenheiten kann es günstig sein, daß der Einlaßkrümmer und ggf. der Auslaßkrümmer der Brenn kraftmaschine direkt mit dem Ventilträger verbunden ist. Hierdurch wird die Zylinderkopfbearbeitung weiter reduziert.

Auch ist es möglich, daß der Ventilträger durch Zulauf- und/oder Rücklaufleitungen mit Kühlflüssigkeit versorgt wird. Dadurch entfallen die entsprechenden Dichtstellen zwischen Ventilträger und Zylinder kopf.

Schließlich kann der Einsatz weitere Anbauteile tragen, wie z. B. Zündkerze, Zündspule, Einspritzdüse, Drucksensor, Temperatur sensor, Klopfsensor oder Glühkerze.

Kurze Beschreibung der Zeichnung

Die Erfindung wird im folgenden anhand der in der Zeichnung dar gestellten Ausführungsbeispiele näher beschrieben und erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ausschnittweise einen Querschnitt durch den Zylinderkopf einer Brennkraftmaschine in einem ersten Ausführungs beispiel;

Fig. 2 ausschnittweise einen Querschnitt durch den Zylinderkopf in einem zweiten Ausführungsbeispiel;

Fig. 3 ausschnittweise einen Querschnitt durch den Zylinderkopf in einem dritten Ausführungsbeispiel;

Fig. 4 ausschnittweise einen Querschnitt durch den Zylinderkopf in einem vierten Ausführungsbeispiel.

Wege zum Ausführen der Erfindung

Der Zylinderkopf 10 einer Brennkraftmaschine ist in Fig. 1 aus schnittweise dargestellt. Der Einsatz 15 ist bereits von unten in den Zylinderkopf 10 eingeschoben. Er besteht aus dem Ventilträger 20 und bereits fertig daran montiert dem Ventil 40, der Ventilfeder 36, dem Ventilfederteller 34, den Ventilkeilen 35 und der Ventilschaftdichtung 33. Der Ventilträger 20 weist eine leicht konische Außenform, einen Montageanschlag 23 und eine Verdrehsicherung 25 auf. Er beinhaltet den ventilseitigen Teil 11 des Gaswechselkanals 12, die Dichtstelle 21 zum Ventilteller 41 und die Ventilführung 22. Zur besseren Kühlung des Ventils 40 kann der Ventilträger 20 mit Aussparungen 26, Kanälen 27, Querbohrungen etc. versehen sein. Zur Abdichtung des Ventil trägers 20 dient die Dichtung 32, nicht dargestellt sind eine Klebe dichtmasse auf der konischen Außenfläche und die Dichtpressung zwischen dem unteren Ende des Ventilträgers 20 und der entsprech enden Bohrung im Zylinderkopf 10.

Die Fig. 2 und 3 zeigen ähnliche Ausführungsbeispiele, wobei der Ventilträger 20.2 bzw. 20.3 einen Fortsatz 28.2 bzw. 28.3 trägt, der vor oder nach der - hier von oben erfolgten - Montage des Einsatzes 15.2 bzw. 15.3 mit Ventiltriebselementen 42, 43, 44 versehen werden kann.

In Fig. 4 ist ein im Betrieb der Brennkraftmaschine verschieblicher Einsatz 15.4 zu sehen. Er wurde durch eine im Zylinderkopf 10.4 gelagerte, an seinen Angriffsflächen 29 wirksame Verstellwelle 13 in Richtung des Brennraumes geschoben. Dadurch wird das Verdich tungsverhältnis der Brennkraftmaschine erhöht, wodurch bei Otto motoren in der Teillast ein niedriger Kraftstoffverbrauch erzielt wird. Bei Vollast schließt in diesem Ausführungsbeispiel der Ventilträger mit seinem unteren Ende mit der Zylinderkopfunterkante ab. Das gering ere Verdichtungsverhältnis erlaubt eine höhere Endleistung. Bei einem mechanischen Ventiltrieb entfernt sich der herunterfahrende Einsatz 15.4 von der Nockenwelle, so daß durch Zwischenschaltung geeig neter Ventiltriebsglieder ein geringerer Ventilhub entsteht, wie es z. B. zur drosselfreien Laststeuerung im Teillastbetrieb erwünscht ist.

Claims

1. Zylinderkopf (10) einer Brennkraftmaschine

- mit zumindest einem Hubventil (40) je Zylinder, das sich in seiner Ruhestellung mit seinem Teller (41) an einer Dichtstelle (21) am Ende des Gaswechselkanals (12) befindet und das durch eine Führung (22) gelagert ist,
- mit zumindest einem Gaswechselkanal (12), der von einer an einer Außenfläche des Zylinderkopfes befindlichen Öffnung zu der Dichtstelle (21) des Ventiltellers (41) führt,
dadurch gekennzeichnet, daß
- der Zylinderkopf (10) zumindest eine in den Brennraum münden de Ausnehmung zur Aufnahme eines bestückten Einsatzes (15) besitzt
- der bestückte Einsatz (15) zumindest besteht aus:
- - einem Ventilträger (20), der zumindest aufweist:
  - - die Dichtstelle (21) zum Ventilteller (41)
  - - die Ventilführung (22),
  - - den ventilseitigen Teil (11) des Gaswechselkanals (12),
- - dem Hubventil (40),
- - zumindest einem der folgenden Merkmale:
  - - einer oder mehreren Ventilfedern (36), der Ventil schaftdichtung (33) und den zum Übertragen der Ventil federkraft gebräuchlichen Bauteilen wie Ventilfederteller (34) und Ventilkeilen (35),
  - - einer Vorrichtung zur elektromagnetischen oder hydraulischen Ventilbetätigung.

2. Zylinderkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilträger (20) einstückig ist und ggf. mit verschieden behandelten oder beschichteten Oberflächenbereichen versehen ist oder aus mehreren Teilstücken zusammengesetzt ist.

3. Zylinderkopf nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilträger (20) in der dem Brennraum entgegenstehenden Richtung einen Fortsatz (28) trägt der zur Befestigung oder Lagerung zumindest eines Ventiltriebselementes (42, 43, 44) dient.

4. Zylinderkopf nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilträger (20) und/oder ggf. dessen Fortsatz (28) zumin dest eines der folgenden Merkmale aufweist:
eine Ausnehmung (26), einen Kanal (27), eine Nut, eine Quer bohrung, einen Absatz (23), eine Dichtung (32), eine Verdreh sicherung (25).

5. Zylinderkopf nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilträger (20) eine vorwiegend zylindrische oder konische Außenform aufweist, deren Längsachse mit der Ventilachse zusammenfällt.

6. Zylinderkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilträger (20) zwei parallele Hubventile (40) in seinem Inneren lagert und vorwiegend eine Außenform aufweist, die der eines Zylinders oder Konus entspricht, der entlang seiner Längs achse geteilt und um den Ventilabstand auseinandergezogen ist, so daß in der Ebene senkrecht zu den Ventilachsen ein Langloch querschnitt vorherrscht.

7. Zylinderkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die zum Brennraum zeigende Seite des Ventilträgers (20) einen kreisrunden Querschnitt mit mindestens dem Zylinderdurchmesser des Hubkolbentriebwerks aufweist.

8. Zylinderkopf nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilträger (20) zum Betrieb der Brennkraftmaschine durch Einpressen, Verschrauben oder Kleben bzw. einer Kombination daraus fest mit dem Zylinderkopf (10) verbunden ist.

9. Zylinderkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß

- der Zylinderkopf (10) eine Verstellvorrichtung (13) besitzt,
- der Ventilträger (20) im Zylinderkopf (10) beweglich gelagert ist und zumindest eine Angriffsfläche (29) für die Verstellvorrichtung (13) aufweist, durch die er im Betrieb der Brennkraftmaschine relativ zum Zylinderkopf (10) um eine in einem stumpfen Winkel zur Brennraumoberfläche liegende Achse gedreht und/oder in deren Richtung axial verschoben werden kann.

10. Zylinderkopf nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Einlaßkrümmer und ggf. der Auslaßkrümmer direkt mit dem Ventilträger (20) verbunden ist.

11. Zylinderkopf nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilträger (20) durch Zulauf- und/oder Rücklaufleitungen mit Kühlflüssigkeit versorgt wird.

12. Zylinderkopf nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Einsatz (15) zumindest eines der folgenden Anbauteile trägt Zündkerze, Zündspule, Einspritzdüse, Drucksensor, Temperatur sensor, Klopfsensor, Glühkerze.