DE19814679A1 - Zylinderkopfaufbau für einen Verbrennungsmotor - Google Patents
Zylinderkopfaufbau für einen VerbrennungsmotorInfo
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Description
Auf den Offenbarungsgehalt der am 2. April 1997 einge
reichten Japanischen Patentanmeldung Nr. HEI 9-83706 ein
schließlich der Beschreibung und der Ansprüche, der Zeich
nung und der Zusammenfassung wird hierin in vollem Umfang
Bezug genommen.
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Zylinder
kopfaufbau für einen Verbrennungsmotor und insbesondere ei
nen Zylinderkopfaufbau für einen in einem Fahrzeug einge
bauten Verbrennungsmotor, bei dem wenigstens das Einlaßven
til oder das Auslaßventil ein Magnetventil ist.
Gemäß der Offenbarung in der Japanischen Patentoffenle
gungsschrift HEI Nr. 58-101206 ist es bekannt, eine Magnet
ventil als ein Einlaßventil eines Verbrennungsmotors zu
verwenden. In diesem herkömmlichen Verbrennungsmotor weist
das Magnetventil ein Einlaßventil zum Öffnen und Schließen
einer Einlaßöffnung sowie einen Magnetantrieb zum Antrieb
des Einlaßventils auf. Das Einlaßventil und der Magnetan
trieb, welche das Magnetventil bilden, sind beide im Ver
brennungsmotor integriert.
Der Magnetantrieb ist an eine außerhalb des Verbren
nungsmotors angeordnete Steuervorrichtung gekoppelt. Zu ei
nem bestimmten Zeitpunkt, der vom Betriebszustand des Ver
brennungsmotors abhängt, versorgt die Steuervorrichtung den
Magnetantrieb mit einem Ansteuerstrom, um das Einlaßventil
zwischen seiner offenen Stellung und seiner geschlossenen
Stellung anzutreiben. Diese technische Maßnahme ermöglicht
es, daß das Einlaßventil zu einem bestimmten Zeitpunkt, der
vom Betriebszustand des Verbrennungsmotors abhängt, geöff
net oder geschlossen wird.
Bei diesem Verbrennungsmotor muß die Steuervorrichtung
mit einer Ansteuereinrichtung ausgestattet sein, die Lei
stungselemente oder Schaltelemente aufweist, um den Magnet
antrieb mit Ansteuerstrom zu versorgen, und die bei der
Versorgung mit Ansteuerstrom Wärme erzeugt. Die Antriebsein
richtung arbeitet zudem nur unterhalb ihrer Wärmebeständig
keitstemperatur in einer angemessenen Art und Weise. Ist
diese Ansteuereinrichtung eingebaut, ist es daher erforder
lich, daß eine ausreichende Kühlung sichergestellt ist.
So ist es beispielsweise bekannt, zur Kühlung der An
steuereinrichtung eine Wärmesenke bzw. Wärmeabfuhreinrich
tung zu verwenden. Bei dem vorstehend erwähnten herkömmli
chen Verbrennungsmotor kann die Ansteuereinrichtung durch
eine in der Steuereinrichtung angeordnete Wärmeabfuhrein
richtung gekühlt werden. Für den Antrieb des Einlaßventils
ist es jedoch erforderlich, daß das Magnetventil mit einem
relativ hohen Ansteuerstrom versorgt wird. Daher muß eine
verhältnismäßig große Wärmeabfuhreinrichtung verwendet wer
den, um sicherzustellen, daß die Ansteuereinrichtung aus
reichend gekühlt wird.
Der Einbau einer Steuervorrichtung, die solch eine
große Wärmeabfuhreinrichtung enthält, in das Fahrzeug ist
jedoch sehr schwierig. Somit stellt sich bei diesem Ver
brennungsmotor entweder das Problem im Zusammenhang mit der
für die Ansteuereinrichtung erforderlichen Kühlung oder das
Problem im Zusammenhang mit dem Einbau der Steuervorrich
tung in den Verbrennungsmotor.
Die vorliegende Erfindung hat daher die Aufgabe, einen
Zylinderkopfaufbau für einen Verbrennungsmotor zu schaffen,
der sich durch ein Kühlvermögen auszeichnet, das ausreicht,
um eine Ansteuereinrichtung zur Ansteuerung eines Magnet
ventils unterhalb der Wärmebeständigkeitstemperatur des Ma
gnetventils zu halten, und der sich problemlos in ein Fahr
zeug montieren läßt.
Diese Aufgabe wird durch einen Zylinderkopfaufbau gemäß
den Merkmalen des Patentanspruchs 1 oder 2 gelöst. Erfin
dungsgemäße Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteran
sprüche.
Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung
wird diese Aufgabe im besonderen durch einen Zylinder
kopfaufbau für einen Verbrennungsmotor gelöst, der ein Ma
gnetventil, das ein Einlaßventil oder ein Auslaßventil bil
det, eine Zylinderkopfabdeckung, die das Magnetventil um
gibt, sowie eine an der Innenfläche der Zylinderkopfab
deckung angeordnete Ansteuereinrichtung, um das Magnetven
til mit Ansteuerungsstrom zu versorgen, aufweist.
Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung
wird diese Aufgabe im besonderen durch einen Zylinder
kopfaufbau für einen Verbrennungsmotor gelöst, der ein Ma
gnetventil, das ein Einlaßventil oder ein Auslaßventil bil
det, eine Zylinderkopfabdeckung, die das Magnetventil um
gibt und einen Ansaugluftkanal bildet, sowie eine an der
Innenfläche der Zylinderkopfabdeckung angeordnete Ansteuer
einrichtung, um das Magnetventil mit Ansteuerungsstrom zu
versorgen, aufweist.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist die Ansteuerein
richtung zur Versorgung des Magnetventils mit einem Ansteu
erstrom an der Zylinderkopfabdeckung angeordnet, so daß die
durch die Ansteuereinrichtung erzeugte Wärme auf die Zylin
derkopfabdeckung übertragen wird. Die Zylinderkopfabdeckung
dient somit als eine Wärmesenke bzw. Wärmeabfuhreinrichtung
für die Ansteuereinrichtung und hat eine Oberfläche,
die groß genug ist, um die Ansteuereinrichtung ausreichend
zu kühlen.
Gemäß dem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung
bildet die Zylinderkopfabdeckung wenigstens einen Teil des
Ansaugluftkanals. Während des Betriebs des Verbrennungsmo
tors strömt die Ansaugluft in den Ansaugluftkanal, wobei
die von der Ansteuereinrichtung erzeugte Wärme über die
durch die Zylinderkopfabdeckung strömende Luft durch die
Zylinderkopfabdeckung abgeführt wird.
Gemäß dem ersten und zweiten Aspekt der vorliegenden
Erfindung können an einer Außenfläche der Zylinderkopfab
deckung Kühlrippen angeordnet sein, die die Oberfläche der
Zylinderkopfabdeckung vergrößern und zu einem besseren
Kühlvermögen zum Kühlen der Ansteuereinrichtung beitragen.
Gemäß dem ersten und zweiten Aspekt der vorliegenden
Erfindung kann der Zylinderkopfaufbau des weiteren mit ei
nem Kühllüfter zum Blasen von Kühlluft zur Außenfläche der
Zylinderkopfabdeckung versehen sein, so daß die von der An
steuereinrichtung auf die Zylinderkopfabdeckung übertragene
Wärme effizienter abgeführt wird. Dies ermöglicht somit ei
ne bessere Abfuhr der von der Ansteuereinrichtung erzeugten
Wärme.
Gemäß dem ersten und zweiten Aspekt der vorliegenden
Erfindung kann in der Zylinderkopfabdeckung des weiteren
ein Kühlmittelkanal ausgebildet sein, wodurch sich die von
der Ansteuereinrichtung erzeugte Wärme, wenn in der Zylin
derkopfabdeckung ein Kühlmittel strömt, durch das Kühlmit
tel abführen läßt. Dies ermöglicht somit eine bessere Ab
fuhr der von der Ansteuereinrichtung erzeugten Wärme.
Gemäß dem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung kann
die Zylinderkopfabdeckung einen Ansaugluftkanal bilden. In
diesem Fall bildet ein Raum, den die Zylinderkopfabdeckung
umgibt, d. h. der Raum, in dem die Ansteuereinrichtung ange
ordnet ist, einen Teil des Ansaugluftkanals. Während des
Betriebs des Verbrennungsmotors strömt Ansaugluft in den
Ansaugluftkanal. Die von der Ansteuereinrichtung erzeugte
Wärme wird über die in der nahen Umgebung der Ansteuerein
richtung stromenden Ansaugluft abgeführt.
Gemäß dem ersten und zweiten Aspekt der vorliegenden
Erfindung kann der Leiter (z. B. eine Verdrahtung), die für
den Betrieb des Magnetventils und der Ansteuereinrichtung
erforderlich ist, an der Zylinderkopfabdeckung ausgebildet
sein. Diese Konstruktion ermöglicht in vorteilhafter Weise
die Steigerung des Kühlvermögens zur Abfuhr der von der An
steuereinrichtung erzeugten Wärme und gleichermaßen den Er
halt der für den Betrieb des Magnetventils erforderlichen
Energie.
Der Leiter zur Verbindung der Ansteuereinrichtung mit
dem Magnetventil und der Leiter zur Verbindung der
Ansteuereinrichtung mit einem außerhalb der Zylinderkopfab
deckung befindlichen Schaltkreis können ferner an der Zy
linderkopfabdeckung angeordnet sein. In diesem Fall kann
der Leiter zur Verbindung der Ansteuereinrichtung mit dem
Magnetventil kurz gehalten werden. D.h., daß der Leiter,
durch welchen für die Ansteuerung des Magnetventils ein ho
her Strom fließt, kurz gehalten werden kann. Diese Kon
struktion vermindert den Widerstandsverlust, der auftritt,
wenn die Ansteuereinrichtung das Magnetventil mit einem An
steuerstrom versorgt.
Weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegen
den Erfindung ergeben sich aus der nachstehenden Beschrei
bung der bevorzugten Ausführungsformen unter Bezugnahme auf
die beigefügte Zeichnung, wobei:
Fig. 1 eine schematische Ansicht ist, die einen Ver
brennungsmotor gemäß einer ersten Ausführungsform der vor
liegenden Erfindung zeigt,
Fig. 2 eine Schnittansicht ist, die den Aufbau einer im
Zylinderkopfaufbau des Verbrennungsmotors von Fig. 1 ver
wendeten Magnetventils zeigt und
Fig. 3 eine vergrößerte Ansicht ist, die Bauteile im
Bereich einer Zylinderkopfabdeckung des Verbrennungsmotors
gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfin
dung zeigt.
Fig. 1 ist eine schematische Ansicht, die einen Ver
brennungsmotor 10 gemäß einer ersten Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung zeigt. Der Verbrennungsmotor 10 ist
mit einem Zylinderblock 12 versehen, der einen Zylinder 14
und einen im Zylinderblock 12 ausgebildeten Kühlwasserman
tel 16 aufweist. Der Verbrennungsmotor 10 ist mit einer
Vielzahl von Zylindern versehen, von denen ein Zylinder in
Fig. 1 dargestellt und mit dem Bezugszeichen 14 angegeben
ist.
Im Zylinder 14 ist ein Kolben 18 angeordnet. Der Kolben
18 ist in der Lage, entlang einer Innenwand des Zylinders
14 auf und ab zu gleiten. Am Zylinderblock 12 ist ein Zy
linderkopf 20 befestigt. Der Zylinderkopf 20 ist für jeden
der Zylinder mit einer Einlaßöffnung 22 und einer Aus
laßöffnung 24 versehen. Die untere Oberfläche des Zylinder
kopfs 20, die obere Oberfläche des Kolbens 18 und die In
nenwand des Zylinders 14 definieren einen Brennraum 26. Die
vorstehend erwähnten Einlaß- und Auslaßöffnungen 22, 24
kommunizieren mit dem Brennraum 26. An den jeweiligen offe
nen Endabschnitten der Ein- und Auslaßöffnungen 22 und 24
im Bereich des Brennraums 26 sind Ventilsitze 28 bzw. 30
ausgebildet; der Zylinderkopf 20 ist mit einem Einlaßventil
32 versehen, welches sich zum Ventilsitz 28 hin oder vom
Ventilsitz 28 weg bewegt, wodurch der Grad der Kommunika
tion zwischen der Einlaßöffnung 22 und dem Brennraum 26 ge
steuert wird. Ein mit dem Einlaßventil 32 in Verbindung
stehender Ventilschaft 34 ist in einer im Zylinderkopf 20
ausgebildeten Ventilführung 36 verschiebbar aufgenommen;
ein Magnetantrieb 38 ist an den Ventilschaft 34 gekoppelt,
um das Einlaßventil 32 in Axialrichtung des Ventilschafts
34 hin und her zu bewegen.
Der Zylinderkopf 20 ist desweiteren mit einem Auslaß
ventil 40 versehen, welches sich zum Ventilsitz 30 hin oder
von diesem weg bewegt, wodurch der Grad der Kommunikation
zwischen der Auslaßöffnung 24 und dem Brennraum 26 gesteu
ert wird. Ein mit dem Auslaßventil 40 in Verbindung stehen
der Ventilschaft 42 ist in einer im Zylinderkopf 20 ausge
bildeten Ventilführung 44 verschiebbar aufgenommen; ein Ma
gnetantrieb 46 ist an den Ventilschaft 42 gekoppelt, um das
Auslaßventil 40 in Axialrichtung des Ventilschafts 42 hin
und her zu bewegen.
Da die Magnetantriebe 38, 46 im Aufbau identisch sind,
wird nachstehend unter Bezugnahme auf Fig. 2 nur der Aufbau
und der Betrieb des Magnetantriebs 38 beschrieben. Fig. 2
ist eine Schnittansicht, die den Gesamtaufbau des Magnetan
triebs 38 zeigt. Es sei darauf hingewiesen, daß dieselben
Bauteile in den Fig. 1 und 2 mit denselben Bezugszeichen
bezeichnet sind, und daß die in Fig. 1 gezeigten Bauteile
im Zusammenhang mit Fig. 2 nicht noch einmal beschrieben
werden.
Wie es in Fig. 2 gezeigt ist, ist der Magnetantrieb 38
mit einem Kolbenhalter 48 versehen, der an einem oberen
Endabschnitt des Ventilschafts 34 angebracht ist. Der Kol
benhalter 48 besteht aus einem nichtmagnetischen Material.
An einem unteren Endabschnitt des Kolbenhalters 48 ist ein
unterer Sicherungsring 50 angebracht. An der unteren Ober
fläche des Sicherungsringes 50 ist eine untere Feder 52 an
geordnet, deren unterer Endabschnitt am Zylinderkopf 20 an
liegt. Gemäß der Darstellung in Fig. 2 drückt die untere
Feder 52 den unteren Sicherungsring 50 und damit den Kol
benhalter 48 nach oben.
An einem oberen Endabschnitt des Kolbenhalters 48 ist
ein oberer Sicherungsring 54 angebracht. Der untere Endab
schnitt einer oberen Feder 56 liegt an der oberen Oberflä
che des oberen Sicherungsrings 54 an. Eine zylindrische
obere Abdeckung 57 umgibt die obere Feder 56. Der obere
Endabschnitt der oberen Feder 56 liegt ferner an einer Ein
stellschraube 58 an, die in die obere Abdeckung 57 ge
schraubt ist. Gemäß der Darstellung in Fig. 2 drückt die
obere Feder 56 den oberen Sicherungsring 54 und damit den
Kolbenhalter 48 nach unten.
Der Kolbenhalter 48 ist um seinen Umfang mit einem Kol
ben 60 versehen. Der Kolben 60 ist ein aus einem weichma
gnetischen Material hergestelltes ringförmiges Bauteil.
Oberhalb des Kolbens 60 sind eine erste Magnetwicklung 62
und ein erster Kern 64 angeordnet, wohingegen unterhalb des
Kolbens 60 eine zweite Magnetwicklung 66 und ein zweiter
Kern 68 angeordnet sind. Der erste Kern 64 und der zweite
Kern 68 bestehen aus einem nicht magnetischen Material. Der
Kolbenhalter 48 ist in einem zentralen Abschnitt des ersten
Kerns 64 und in einem zentralen Abschnitt des zweiten Kerns
68 verschiebbar aufgenommen.
Ein äußeres Gehäuse 74 umgibt den ersten Kern 64 und
den zweiten Kern 68. Der erste Kern 64 und der zweite Kern
68 sind in dem äußeren Gehäuse 74 in der Weise aufgenommen,
daß der erste Kern 64 in einem bestimmten Abstand vom zwei
ten Kern 68 angeordnet ist. Die vorstehend erwähnte obere
Abdeckung 57 ist an der oberen Stirnfläche des ersten Kerns
64 befestigt. Die vorstehend erwähnte Einstellschraube 58
wird so eingestellt, daß der Kolben 60 seine Neutralstel
lung an der Stelle einnimmt, die vom ersten Kern 64 und
zweiten Kern 68 gleich weit entfernt liegt. Wenn die erste
Magnetwicklung 62 und die zweite Magnetwicklung 66 des Ma
gnetantriebs 38 nicht mit einem Ansteuerstrom versorgt wer
den, nimmt der Kolben 60 seine Neutralstellung ein, die vom
ersten Kern 64 und zweiten Kern 68 gleich weit entfernt
liegt. Wenn die erste Magnetwicklung 62 mit einem Ansteuer
strom versorgt wird, während sich der Kolben 60 in seiner
Neutralstellung befindet, wird eine Magnetkraft erzeugt,
durch welche der Kolben 60 zum ersten Kern 64 hin angezogen
wird.
Gemäß der Darstellung von Fig. 2 bewegt sich das Ein
laßventil 32 mit dem Kolben 60 unter der Wirkung der vor
stehend erwähnten Magnetkraft auf den Kolben 60 nach oben.
Das Einlaßventil 32 bewegt sich dann zum Ventilsitz 28 hin.
Es wird vorausgesetzt, daß sich das Einlaßventil 32 in ei
nem geschlossenen Zustand befindet und eine geschlossene
Stellung innehat, wenn es auf dem Ventilsitz 28 sitzt.
Wenn die Ansteuerstromversorgung der ersten Magnetwick
lung 62 unterbrochen wird, während sich das Einlaßventil 32
in der geschlossenen Stellung befindet, wird die auf den
Kolben 60 wirkende Magnetkraft Null. Gemäß der Darstellung
in Fig. 1 bewegt sich der Kolben 60 dann aufgrund der
Druckkraft der oberen Feder 56 nach unten. Wenn der Kolben
60 eine bestimmte Strecke zurückgelegt hat, wird die zweite
Magnetwicklung 66 in angemessener Weise mit einem Ansteuer
strom versorgt. Als Folge wird eine Magnetkraft erzeugt,
durch welche der Kolben 60 zum zweiten Kern 68 hin angezo
gen wird. Gemäß der Darstellung in Fig. 2 bewegt sich das
Einlaßventil 32 unter der Wirkung der Magnetkraft also nach
unten.
Unter der Wirkung der vorstehend erwähnten Magnetkraft
auf den Kolben 60 bewegt sich der Kolben 60 gemäß der Dar
stellung in Fig. 2 mit dem Einlaßventil 32 gegen die Druck
kraft der unteren Feder 52 nach unten. Das Einlaßventil 32
bewegt sich so lange, bis der Kolben 60 am zweiten Kern 68
anstößt. Es wird vorausgesetzt, daß sich das Einlaßventil
32 in einem vollständig geöffneten Zustand befindet und eine
geöffnete Stellung innehat, wenn der Kolben 60 am zwei
ten Kern 68 anstößt.
Der Magnetantrieb 38 bewirkt also, daß sich das Einlaß
ventil 32 in die geschlossene Stellung bewegt, wenn die er
ste Magnetwicklung 62 mit einem bestimmten Ansteuerstrom
versorgt wird, und bewirkt, daß sich das Einlaßventil 32 in
die geöffnete Stellung bewegt, wenn die zweite Magnetwick
lung 66 mit einem bestimmten Ansteuerstrom versorgt wird.
Das Einlaßventil 32 läßt sich dementsprechend durch den Ma
gnetantrieb 38 zwischen der geöffneten Stellung und der ge
schlossenen Stellung hin und her bewegen, indem die erste
bzw. zweite Magnetwicklung 62, 66 abwechselnd mit einem An
steuerstrom versorgt wird.
In dieser ersten Ausführungsform arbeitet der Magnetan
trieb 46 zum Antrieb des Auslaßventils 40 in derselben Art
und Weise wie der vorstehend erwähnte Magnetantrieb 38. Für
jeden Magnetantrieb 38, 46 wird die erste Magnetwicklung 62
und die zweite Magnetwicklung 66 abwechselnd zum richtigen
Zeitpunkt mit einem Ansteuerstrom versorgt. Auf diese Weise
können das Einlaßventil 32 und das Auslaßventil 40 der Ver
brennungsmotor 10 korrekt arbeiten.
Wie es in Fig. 1 gezeigt ist, deckt eine Zylinder
kopfabdeckung 76 den Zylinderkopf 20 des Verbrennungsmotors
10 ab; die Zylinderkopfabdeckung 76 umgibt die oberen End
abschnitte der am Zylinderkopf 20 angebrachten Magnetan
triebe 38, 46. Die Zylinderkopfabdeckung 76 besteht vor
zugsweise aus einem wärmeleitenden Material, wie z. B. AlN
(Aluminiumnitrid), einem Kupfer-Metall, MMC
(Metallmatrixverbundwerkstoff) oder dergleichen. Ebenso ist
es möglich, für die Zylinderkopfabdeckung 76 Harz zu ver
wenden.
An der Innenfläche der Zylinderkopfabdeckung 76 sind
als eine Ansteuereinrichtung Leistungselemente 77 bis 80
angeordnet. Da die Leistungselemente 77 bis 80 an der In
nenseite der Zylinderkopfabdeckung 76 angeordnet sind, sind
sie nicht dem Regenwasser oder Staub ausgesetzt. Jedes der
Leistungselemente 77 bis 80 ist aus einem bipolaren Tran
sistor, wie z. B. einem FET (Feldeffekttransistor) oder der
gleichen aufgebaut, durch welchen ein großer Strom fließen
kann. Die Leistungselemente 77, 78 versorgen die erste bzw.
zweite Magnetwicklung 62, 66 des Magnetantriebs 38 mit ei
nem Ansteuerstrom, wohingegen die Leistungselemente 79, 80
die erste bzw. zweite Magnetwicklung 62, 66 des Magnetan
triebs 46 mit einem Ansteuerstrom versorgen. Dadurch, daß
die Leistungselemente 77 bis 80 die Magnetantriebe 38, 46
zu den richtigen Zeitpunkten mit einem Ansteuerstrom ver
sorgen, arbeiten das Einlaßventil 32 und das Auslaßventil
40 korrekt. Andere Elemente oder Schaltkreise der Ansteuer
einrichtung werden als Schaltelemente oder Transistoren
etc. angenommen. In dieser Ausführungsform werden die Lei
stungselemente verwendet.
Jedes der Leistungselemente 77 bis 80 weist ein aus
Aluminiumnitrid bestehendes Substrat auf, welches eine her
vorragende Isolierung bietet. Abgesehen davon wird auf die
Innenfläche der Zylinderkopfabdeckung 76 ein wärmeleitendes
Schmiermittel geschmiert, um den Wärmeleitwiderstand zwi
schen den Leistungselementen 77 bis 80 und der Zylinder
kopfabdeckung 76 zu vermindern. Die von den Leistungsele
menten 77 bis 80 erzeugte Wärme wird somit effizient auf
die Zylinderkopfabdeckung 76 übertragen.
In der Zylinderkopfabdeckung 76 ist ein einlaßseitiger
Öffnungsabschnitt 72 ausgebildet. Der einlaßseitige Öff
nungsabschnitt 72 kommuniziert mit einem Ansaugrohr 82. Ein
Luftfilter 84 kommuniziert mit einem Endabschnitt des An
saugrohrs 82, wobei stromabwärts des Luftfilters 84 ein
Luftmengenmesser 86 und eine Drosselklappe 88 angeordnet
sind. In der Zylinderkopfabdeckung 76 ist des weiteren ein
abzweigrohrseitiger Öffnungsabschnitt 73 ausgebildet. Der
abzweigrohrseitige Öffnungsabschnitt 73 kommuniziert mit
einem Ansaugabzweigrohr 89. Die Einlaßöffnung 22 kommuni
ziert mit dem anderen Endabschnitt des Ansaugabzweigrohrs
89. Das Ansaugabzweigrohr 89 ist mit einem Injektor 90 ver
sehen, der Kraftstoff in die Einlaßöffnung 22 spritzt. Wie
es vorstehend beschrieben wurde, kommuniziert das Ansaugab
zweigrohr 89, das zu den jeweiligen Zylindern der Verbren
nungsmotor 10 führt, mit dem Ansaugrohr 82 über einen durch
die Zylinderkopfabdeckung 76 und den Zylinderkopf 20 defi
nierten Raum. Dieser durch die Zylinderkopfabdeckung 76 und
den Zylinderkopf 20 definierte Raum dient als ein Druckaus
gleichsbehälter zum Abschwächen einer Ansaugluftpulsation
und bildet einen Teil des Ansaugluftkanals. Die Auslaßöff
nung 24 des Verbrennungsmotors 10 kommuniziert mit einem
Abgaskanal 92. Der Abgaskanal 92 steht über einen Abgaska
talysator 94 mit einem Schalldämpfer 96 in Verbindung. Das
vom Verbrennungsmotor 10 abgegebene Abgas wird durch den
Abgaskatalysator 94 gereinigt, durch den Schalldämpfer 96
gedämpft und anschließend an die Außenumgebung abgeführt.
Wie es vorstehend beschrieben wurde, arbeiten das Ein
laßventil 34 und das Auslaßventil 40 in einer angemessenen
Art und Weise, indem die Leistungselemente 77 bis 80 die
Magnetantriebe 38, 46 mit einem Ansteuerstrom versorgen.
Bei der Versorgung der Magnetantriebe 38, 46 mit einem An
steuerstrom erzeugen die Leistungselemente 77 bis 80 sehr
viel Wärme; die Leistungselemente 77 bis 80 arbeiten jedoch
nur unterhalb ihrer Wärmebeständigkeitstemperatur korrekt.
Damit der Verbrennungsmotor 10 korrekt arbeitet, muß
also die von den Leistungselementen 77 bis 80 erzeugte
Wärme effizient abgeführt werden; der Verbrennungsmotor 10
gemäß dieser Ausführungsform zeichnet sich durch sein Ver
mögen aus, die von den Leistungselementen 77 bis 80 erzeug
te Wärme in der Weise abzuführen, daß die Leistungselemente
77 bis 80 unter der Wärmebeständigkeitstemperatur bleiben.
Unter Bezugnahme auf Fig. 3 wird anschließend das charakte
ristische Teil des Verbrennungsmotors 10 beschrieben.
Fig. 3 ist eine vergrößerte Schnittansicht, die die
Bauteile des Verbrennungsmotors 10 im Bereich der Zylinder
kopfabdeckung 76 zeigt. Es wird darauf hingewiesen, daß
dieselben Bauteile in den Fig. 1 und 3 mit denselben Be
zugszeichen bezeichnet sind, und daß die in Fig. 1 gezeig
ten Bauteile im Zusammenhang mit Fig. 3 nicht noch einmal
beschrieben werden. Wie es vorstehend beschrieben wurde,
wird dadurch, daß die Leistungselemente 77 bis 80 an der
Innenfläche der Zylinderkopfabdeckung 76 angeordnet sind,
die von den Leistungselementen 77 bis 80 erzeugte Wärme ef
fizient auf die Zylinderkopfabdeckung 76 übertragen. Wie es
in Fig. 3 gezeigt ist, sind an der Zylinderkopfabdeckung 76
eine Vielzahl von Kühlrippen 98 ausgebildet, wodurch die
Zylinderkopfabdeckung 76 eine vergrößerte Oberfläche auf
weist. Die von den Leistungselementen 77 bis 80 auf die Zy
linderkopfabdeckung 76 übertragene Wärme kann somit effizi
enter an die Außenumgebung abgeführt werden.
Wie es in Fig. 3 gezeigt ist, kommuniziert ein in der
Zylinderkopfabdeckung 76 ausgebildeter Kühlmittelkanal 100
mit einem Kühler 104 und einer Pumpe 102. Die Pumpe 102 und
der Kühler 104 sind vorzugsweise unabhängig von einem Kühl
system des Verbrennungsmotors 10, d. h. unabhängig von dem
Kühlsystem, das den Kühlwassermantel 16 aufweist, vorgese
hen. Der Kühler 104 ist in der Lage, das durch den Kühlmit
telkanal 100 strömende Kühlmittel auf einer Temperatur
(beispielsweise 60°C) zu halten, die weit unterhalb der
Wärmebeständigkeitstemperatur der Leistungselemente 77 bis
80 liegt.
Strömt Kühlmittel mit einer niedrigen Temperatur durch
den Kühlmittelkanal 100, dann kann die von den Leistungs
elementen 77 bis 80 erzeugte Wärme sowohl über das Kühlmit
tel wie auch über die die Zylinderkopfabdeckung 76 umgeben
de Außenumgebung abgeführt werden. Der Verbrennungsmotor 10
ist somit in der Lage, die von den Leistungselementen 77
bis 80 auf die Zylinderkopfabdeckung 76 übertragene Wärme
effizient an die Außenumgebung abzuführen.
Wie es in Fig. 3 gezeigt ist, erstreckt sich über dem
Verbrennungsmotor 10 eine Haube 106. Die Haube 106 ist mit
einem Luftansaugabschnitt 108 versehen, welcher so gestal
tet ist, daß er die Luft, die während des Fahrzustands des
Fahrzeugs in den Luftansaugabschnitt 108 strömt, zur Zylin
derkopfabdeckung 76 leitet. Somit ist es möglich, daß die
von den Leistungselementen 77 bis 80 auf die Zylinder
kopfabdeckung 76 der Verbrennungsmotor 10 übertragene Wärme
effizient an die Außenumgebung abgeführt wird.
Wie es in Fig. 3 gezeigt ist, ist an der Innenfläche
der Haube 106 zudem ein Lüfter 110 angeordnet und an der
Innenfläche der Zylinderkopfabdeckung 76 ein mit einer
Steuerung für den Lüfter 110 in Verbindung stehender Tempe
ratursensor 112 angeordnet. Der Temperatursensor 112 gibt
ein elektrisches Signal aus, das der Temperatur des Raums
entspricht, den die Zylinderkopfabdeckung 76 umgibt. Wenn
das vom Temperatursensor 112 ausgegebene Signal angibt, daß
die Temperatur des Raums, den die Zylinderkopfabdeckung 76
umgibt, sich der Wärmebeständigkeitstemperatur der Lei
stungselemente 77 bis 80 annähert, bläst der Lüfter 110
kühle Luft zur Zylinderkopfabdeckung 76 hin. Durch diese
Konstruktion, bei der der Lüfter 110 kühle Luft zur Zylin
derkopfabdeckung 76 hin bläst, weist die Zylinderkopfab
deckung 76 ein verbessertes Wärmeabführvermögen auf, wo
durch verhindert wird, daß die Temperatur der Leistungsele
mente 77 bis 80 bis auf Wärmebeständigkeitstemperatur hin
ansteigen.
Wie es vorstehend beschrieben wurde, dient der durch
die Zylinderkopfabdeckung 76 und den Zylinderkopf 20 defi
nierte Raum als ein Druckausgleichsbehälter im Ansaugluft
kanal. Dementsprechend strömt die Ansaugluft während des
Betriebs des Verbrennungsmotors 10 durch den Raum, den die
Zylinderkopfabdeckung 76 umgibt, wobei die von den Lei
stungselementen 77 bis 80 erzeugte Wärme über die Ansaug
luft abgeführt werden kann, die durch den Raum strömt, den
die Zylinderkopfabdeckung 76 umgibt. Der Verbrennungsmotor
10 weist somit ein hervorragendes Vermögen auf, die von den
Leistungselementen 77 bis 80 erzeugte Wärme abzuführen.
Wie es vorstehend beschrieben wurde, zeichnet sich der
Verbrennungsmotor 10 dadurch aus, daß die Wärme abgeführt
werden kann, welche von den Leistungselementen 77 bis 80
erzeugt wird, die die Magnetantriebe 38, 46 mit einem An
steuerstrom versorgen. Zudem wird das Vermögen, die Lei
stungselemente 77 bis 80 zu kühlen, sichergestellt, ohne
einen zusätzlichen Raum zu benötigen, der erforderlich wä
re, um eine Wärmeabfuhreinrichtung mit einer Oberfläche un
terzubringen, die groß genug wäre, um die Leistungselemente
77 bis 80 genügend zu kühlen. Vielmehr gewährleistet der
Aufbau dieser Ausführungsform, bei der die Zylinderkopfab
deckung 76 als eine Wärmeabfuhreinrichtung verwendet wird,
ein ausreichendes Kühlvermögen, ohne die Montierbarkeit der
Peripherieschaltkreise, die die Leistungselemente 77 bis 80
aufweisen, zu beeinträchtigen.
Wie es in Fig. 3 gezeigt ist, sind die Magnetantriebe
38, 46 mit Steckvorrichtungen 114, 116 versehen. Die Steck
vorrichtung 114 enthält Anschlüsse 126 bis 129, die mit der
ersten Magnetwicklung 62 bzw. der zweiten Magnetwicklung 66
des Magnetantriebs 38 in Verbindung stehen, wohingegen die
Steckvorrichtung 116 Anschlüsse 130 bis 133 enthält, die
mit der ersten Magnetwicklung 62 bzw. der zweiten Magnet
wicklung 66 des Magnetantriebs 46 in Verbindung stehen.
Die Zylinderkopfabdeckung 76 ist mit Verbindungsab
schnitten 118, 120 versehen, an welchen die Steckvorrich
tungen 114, 116 angebracht sind. Die Verbindungsabschnitte 118, 120
enthalten Anschlüsse 134 bis 137 bzw. Anschlüsse
138 bis 141, die elektrisch mit den Anschlüssen 126 bis 129
der Steckvorrichtung 114 bzw. den Anschlüssen 130 bis 133
der Steckvorrichtung 116 in Verbindung stehen.
An der Innenfläche der Zylinderkopfabdeckung 76 ist ein
Leiter 122 angeordnet. Darüber hinaus ist die Zylinder
kopfabdeckung 76 mit einem Zentralstecker 124 versehen. Der
Leiter 122 verbindet (1) die Anschlüsse 134, 135 elektrisch
mit dem Leistungselement 77, (2) die Anschlüsse 136, 137
elektrisch mit dem Leistungselement 78, (3) die Anschlüsse
138, 139 elektrisch mit dem Leistungselement 79 bzw. (4)
die Anschlüsse 140, 141 elektrisch mit dem Leistungselement
80. Des weiteren verbindet der Leiter 122 die Leistungsele
mente 77 bis 80 elektrisch mit dem Zentralstecker 124. Ob
wohl in Fig. 3 die Anschlüsse 134 bis 137 als eine Linie
dargestellt sind, weiß der Fachmann, daß diese vier An
schlüsse eigentlich in einer sich zur Blattebene von Fig. 3
im wesentlichen senkrecht erstreckenden Ebene nebeneinan
derliegend angeordnet sein können. Ähnlicherweise sind in
Fig. 3 die Anschlüsse 138 bis 141 als eine Linie darge
stellt, obwohl diese vier Anschlüsse eigentlich in einer
zur Blattebene von Fig. 3 im wesentlichen senkrechten Ebene
nebeneinanderliegend angeordnet sein können.
Am Verbrennungsmotor 10 können die Leistungselemente 77
bis 80 mit den Magnetantrieben 38, 46 in Verbindung ge
bracht werden, indem die Zylinderkopfabdeckung 76 korrekt
auf den Zylinderkopf 20 montiert wird. In diesem Fall las
sen sich alle Kontakte, die zur Ansteuerung der Magnetan
triebe 38, 46 erforderlich sind, in dem Zentralstecker 124
zusammenfassen. Daher ermöglicht der Aufbau gemäß dieser
Ausführungsform eine leichte Montage des Verbrennungsmotors
10.
Am Verbrennungsmotor 10 sind die Leistungselemente 77
bis 80 ferner an der Innenfläche der Zylinderkopfabdeckung 76
angeordnet. Daher können die Leiter, die die Leistungs
elemente 77 bis 80 mit den Magnetantrieben 38, 46 verbin
den, kurz gehalten werden. Es ist erforderlich, daß ein re
lativ großer Strom durch diese Leiter fließt. In diesem
Fall kann der Schaltkreis, durch welchen ein relativ großer
Strom fließt, durch die Zylinderkopfabdeckung 76 elektrisch
abgeschirmt werden.
Da die Leiter, durch die der erforderliche relativ
große Strom fließt, kurz gehalten werden können, ist es
ferner möglich, einen durch den Stromfluß verursachten Wi
derstandsverlust zu vermindern. Da der Schaltkreis, durch
welchen ein relativ großer Strom fließt, elektrisch abge
schirmt werden kann, kann ferner verhindert werden, daß ei
ne durch den Stromfluß erzeugte elektromagnetische Welle
andere elektronische Bauelemente, die außerhalb angeordnet
sind, negativ beeinflußt. Der Verbrennungsmotor 10 ist so
mit in der Lage, das Einlaßventil 32 und das Auslaßventil
40 mit weniger Verlust an elektrischer Leistung zu betrei
ben und ohne andere elektronische Bauteile negativ zu be
einflussen.
Der erfindungsgemäße Zylinderkopfaufbau für einen Ver
brennungsmotor mit wenigstens einem Magnetventil als Ein
laßventil oder Auslaßventil weist somit einen Magnetantrieb
zum elektromagnetischen Antrieb des Ventils auf, das von
einer Zylinderkopfabdeckung umgeben ist. Ein Leistungsele
ment, um den Magnetantrieb mit einem Ansteuerungsstrom zu
versorgen, ist an der Innenfläche der aus einem wärmelei
tenden Material hergestellten Zylinderkopfabdeckung ange
ordnet. Die Zylinderkopfabdeckung kann zudem mit Kühlrippen
und einem Kühlmittelkanal versehen sein, durch welchen ein
Kühlmittel strömt; des weiteren kann an der Innenfläche ei
ner Fahrzeughaube ein Lüfter zum Anblasen der Zylinder
kopfabdeckung mit Kühlluft angeordnet sein.
Obwohl die vorliegende Erfindung in Bezug auf die mo
mentan bevorzugten Ausführungsformen beschrieben wurde, sei
darauf hingewiesen, daß die Erfindung nicht nur auf die of
fenbarten Ausführungsformen oder konstruktiven Merkmale be
schränkt ist. Die Erfindung ist vielmehr so zu verstehen,
daß sie verschiedene Abwandlungen und äquivalente Anordnun
gen abdeckt, welche im Grundgedanken und Umfang der beige
fügten Ansprüche enthalten sind.
Claims (8)
1. Zylinderkopfaufbau für einen Verbrennungsmotor mit ei
nem Einlaßventil (32) und einem Auslaßventil (40), wo
bei wenigstens das Einlaßventil (32) oder das Auslaß
ventil (40) ein Magnetventil ist, gekennzeichnet durch
eine Zylinderkopfabdeckung (76), die das Magnetventil
in der Weise umgibt, daß die Innenfläche der Zylinder
kopfabdeckung (76) dem Magnetventil zugewandt ist, und
Leistungselemente (77 bis 80), die an der Innenfläche
der Zylinderkopfabdeckung (76) angeordnet sind, zum
Versorgen des Magnetventils mit einem Ansteuerungs
strom.
2. Zylinderkopfaufbau für einen Verbrennungsmotor mit ei
nem Einlaßventil (32) und einem Auslaßventil (40) sowie
einem Ansaugluftkanal (76, 82, 89) zum Liefern von An
saugluft in einen Brennraum (26) des Verbrennungsmo
tors, wobei wenigstens das Einlaßventil (32) oder das
Auslaßventil (40) ein Magnetventil ist, gekennzeichnet
durch
eine Zylinderkopfabdeckung (76), die das Magnetventil in der Weise umgibt, daß die Innenfläche der Zylinder kopfabdeckung (76) dem Magnetventil zugewandt ist, und wenigstens einen Teil des Ansaugluftkanals (76, 82, 86) bildet, und
Leistungselemente (77 bis 80), die an der Innenfläche der Zylinderkopfabdeckung (76) angeordnet sind, um das Magnetventil mit einem Ansteuerungsstrom zu versorgen.
eine Zylinderkopfabdeckung (76), die das Magnetventil in der Weise umgibt, daß die Innenfläche der Zylinder kopfabdeckung (76) dem Magnetventil zugewandt ist, und wenigstens einen Teil des Ansaugluftkanals (76, 82, 86) bildet, und
Leistungselemente (77 bis 80), die an der Innenfläche der Zylinderkopfabdeckung (76) angeordnet sind, um das Magnetventil mit einem Ansteuerungsstrom zu versorgen.
3. Zylinderkopfaufbau nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeich
net durch Kühlrippen (98), die an der Außenfläche der
Zylinderkopfabdeckung (76) ausgebildet sind.
4. Zylinderkopfaufbau nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
gekennzeichnet durch einen Kühllüfter (110) zum Anbla
sen der Außenfläche der Zylinderkopfabdeckung (76) mit
Kühlluft.
5. Zylinderkopfaufbau nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
gekennzeichnet durch einen ersten Kühlmittelkanal
(100), der sich wenigstens teilweise zwischen der In
nenfläche und der Außenfläche der Zylinderkopfabdeckung
(76) erstreckt.
6. Zylinderkopfaufbau nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
gekennzeichnet durch einen durch die Innenfläche der
Zylinderkopfabdeckung (76) definierten Innenraum, der
mit dem Ansaugluftkanal (76, 82, 89) des Verbrennungs
motors in der Weise kommuniziert, daß die Ansaugluft
durch den Innenraum strömt.
7. Zylinderkopfaufbau nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
gekennzeichnet durch einen in der Zylinderkopfabdeckung
(76) vorgesehenen Leiter (122), der für den Betrieb des
Magnetventils und der Leistungselemente (77 bis 80) er
forderlich ist.
8. Zylinderkopfaufbau nach Anspruch 5, gekennzeichnet
durch einen mit dem ersten Kühlmittelkanal (100) in
Fluidkommunikation stehenden ersten Kühler (104) zum
Abführen von Wärme von einem Kühlmittel, eine in dem
ersten Kühlmittelkanal (100) angeordnete erste Pumpe
(102) zum Pumpen eines Strömungsmittels, einen sich
durch einen Motorblock (12) des Verbrennungsmotors er
streckenden zweiten Kühlmittelkanal (16) zum Kühlen des
Motorblocks, einen mit dem zweiten Kühlmittelkanal in
Fluidkommunikation stehenden zweiten Kühler zum Abfüh
ren von Wärme von einem Kühlmittel und eine in dem
zweiten Kühlmittelkanal angeordnete zweite Pumpe zum
Pumpen eines Strömungsmittels.
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