DE19833531A1 - Zylinderkopf - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft einen Zylinderkopf für eine Hubkolben-Brennkraftmaschine mit zumindest zwei in Reihe liegenden Zylindern, mit je Zylinder zumindest einem von einer Brennraumplatte ausgehendem Einlaß- und Auslaßkanal, die jeweils in eine plane, in einer einheitlichen Ebene liegende Anschlußfläche für einen Abgaskrümmer bzw. einen Saugrohrverteiler münden, sowie mit beiderseits der Kanäle angeordneten Schraubenbutzen für Zylinderkopf-Befestigungsschrauben, die an den Seitenwänden des Zylinderkopfes entlang angeordnet sind. Zur Erzielung einer baulich und gewichtsmäßig günstigen Konstruktion mit relativ kurzen Einlaß- und Auslaßkanälen sind die Seitenwände des Zylinderkopfes jeweils zwischen den Schraubenbutzen der Zylindermitte zu nach innen eingezogen ausgebildet und grenzen unmittelbar an die Anschlußflächen der Einlaß- und Auslaßkanäle an.
Description
Die Erfindung betrifft einen Zylinderkopf für eine Hubkolben-
Brennkraftmaschine mit zumindest zwei in Reihe liegenden Zylindern,
gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
Einen derartigen Zylinderkopf zeigt beispielsweise die DE 23 42 530, der je
Zylinder zwei Einlaßventile und zwei Auslaßventile aufweist, die über zwei
obenliegende Nockenwellen und Tassenstößel betätigt werden. Die
Zündkerze je Zylinder ist in der Zylindermittelachse angeordnet, wobei ein
zentraler Schacht jeweils gießtechnisch mit der Brennraumplatte des
Zylinderkopfes einerseits und mit Nockenwellenlager bildenden Querwänden
andererseits verbunden ist. Daraus resultiert ein relativ steife Konstruktion
mit günstiger Abstützung der Brennraumplatte gegenüber den
Verbrennungsdrücken und günstiger Krafteinleitung der
Ventilbetätigungsmittel.
Aufgabe der Erfindung ist es, den gattungsgemäßen Zylinderkopf bei
fertigungstechnisch günstiger Konstruktion baulich noch kompakter und
steifer mit kürzeren Ein- und/oder Auslaßkanälen auszubilden.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den kennzeichnenden Merkmalen
des Patentanspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung
sind den weiteren Patentansprüchen entnehmbar.
Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, zumindest eine Seitenwand des
Zylinderkopfes, bevorzugt jedoch beide Seitenwände, jeweils zwischen den
Schraubenbutzen der Zylindermitte zu nach innen eingezogen auszubilden
und die benachbarten Anschlußflächen für den Anschluß des
Abgaskrümmers bzw. des Ansaugverteilers mit ihrer an die Seitenwand
angrenzenden Flanschkontur zwischen diese Schraubenbutzen eintauchen
zu lassen. In Konsequenz dieser Merkmale wird der Zylinderkopf im Bereich
der Brennraumplatte mit den eingezogenen Seitenwänden und bis zwischen
die Schraubenbutzen dem Brennraum zu verkürzten Ein- und/oder
Auslaßkanälen extrem kompakt mit entsprechend steifer Abstützung der
Brennraumplatte und der darüberliegenden Ventilbetätigungsmittel. Durch
das Einziehen der Zylinderkopf-Seitenwände bis in den Bereich der
Schraubenbutzen entsteht mit Einschrauben und Befestigen der
Zylinderkopf-Befestigungsschrauben eine extrem steife Konstruktion in
Längsrichtung, unter anderem dadurch, daß die Seitenwände teilweise in
der Längsmittelebene der Befestigungsschrauben liegen.
Die Verkürzung des Auslaßkanales bewirkt dabei geringe
Abgastemperaturverluste innerhalb des Zylinderkopfes und einlaßseitig die
günstige Anordnung von Einspritzventilen, die unmittelbar bzw. ohne
Kanalwandbenetzung Brennstoff in den Einlaßventil-Öffnungsquerschnitt
einspritzen können.
Die geringen Kanallängen und Massenkonzentrierungen bewirken somit
eine schnelle Aufheizung auf die Betriebstemperatur der
Brennkraftmaschine und geringe Wärmeverluste im Kanalbereich.
Die sich durch die beschriebene Konstruktion ergebende, wellenförmige
Flanschkontur der Anschlußflächen kann durch entsprechende numerische
Steuerung eines Stirnfräsers fertigungstechnisch problemlos hergestellt
werden, wobei der Fräser entsprechend dem Verlauf der Seitenwände
jeweils zwischen die Schraubenbutzen eintaucht und somit die planen
Anschlußflächen mit entsprechender Flanschkontur erzeugt.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist im folgenden mit weiteren
Einzelheiten näher erläutert. Die schematische Zeichnung zeigt in
Fig. 1 einen horizontalen Längsschnitt durch einen Zylinderkopf einer mehr
zylindrigen Vier-Ventil-Hubkolben-Brennkraftmaschine gemäß Linie I-I
der Fig. 2,
Fig. 2 einen Querschnitt entlang der Linie II-II der Fig. 1 durch die zwi
schen zwei Zylindern der Brennkraftmaschine liegenden
Schraubenbutzen für die Zylinderkopf-Befestigungsschrauben; und
Fig. 3 einen weiteren Querschnitt gemäß Linie III-III der Fig. 1 durch den
Zylinderkopf.
Von dem allgemein mit 10 bezeichneten Zylinderkopf für eine Vier-Zylinder-
Hubkolben-Brennkraftmaschine mit je Zylinder vier Gaswechselventilen ist in
der Fig. 1 nur der mittlere Abschnitt dargestellt, der etwa zwei Zylinder des
nicht dargestellten Zylinderkurbelgehäuses überdeckt. Soweit nicht
beschrieben, ist der Zylinderkopf herkömmlicher Bauart.
Der im Gießverfahren aus einer Leichtmetall-Legierung hergestellte
Zylinderkopf 10 weist eine untere, plane Anschlußfläche 12 zum Anbau auf
das Zylinderkurbelgehäuse der Brennkraftmaschine und eine etwa parallel
dazu verlaufende Anschlußfläche 14 für einen Lagerdeckel (nicht
dargestellt) für die in Querwänden 16 des Zylinderkopfes 10 in Lagerstühlen
18, 20 gelagerten Nockenwellen (nicht dargestellt) der Brennkraftmaschine
auf. Die Querwände 16 sind über eine etwa mittig über den Zylindern
verlaufende Längswand 15 miteinander verbunden, wobei die Längswand
15 in nicht dargestellter Weise in die endseitigen Stirnwände des
Zylinderkopfes 10 einmünden.
In die Längswand 15 ist jeweils etwa zentral über den Zylindern bzw. in
deren verlängerten Mittelachsen 22 je ein Zündkerzenschacht 24 eingeformt,
der jeweils in den von der Brennraumplatte 28 des Zylinderkopfes 10
überspannten Brennraum 26 (vergl. Fig. 3) einmündet.
Von der Brennraumplatte 28 gehen zwei Einlaßkanäle 30, 32 aus, die in
eine plan durch laufende Anschlußfläche 34 für den Flanschanschluß eines
nicht dargestellten Ansaugverteilers münden. In den entsprechenden
Kanalwänden 36 der Einlaßkanäle 30, 32 sind Bohrungen 38 für
Ventilführungen für den Einbau der Einlaßventile (vergl. eingezeichnete
Längsmittelachsen 40) eingebracht. Für die Abstützung der üblichen
schraubenförmigen Ventilfedern der Einlaßventile sind ringförmige
Abstützflächen 42 an den Enden der Bohrungen 38 vorgesehen.
Desgleichen erstrecken sich zwei Auslaßkanäle 44 von der Brennraumplatte
28 zu einer durchgehend planen Anschlußfläche 46, an die der Flansch
eines nicht dargestellten Abgaskrümmers anschließbar ist. Die
Auslaßkanäle 44 (es ist nur ein Auslaßkanal 44 ersichtlich) sind vor ihrer
Mündung in die Anschlußfläche 46 zu einem gemeinsamen Auslaßkanal 48
zusammengeführt. Für die Ventilführungen der in den Längsmittelachsen 50
angeordneten Auslaßventile sind in die Kanalwände 52 Bohrungen 54
eingebracht, die wiederum an Abstützflächen 56 für die schraubenförmigen
Ventilfedern enden.
Die Auflageflächen 42, 56 der Ventilfedern bzw. die Ventilachsen 40, 50 sind
in radialer Anordnung (alle Ventilachsen 40, 50 nach unten innen der
Zylindermittelachse 22 zu geneigt) so angeordnet, daß sie zur günstigen
Krafteinleitung unmittelbar benachbart zu jeweils einem der
Schraubenbutzen 64 und zur benachbarten Seitenwand 68, 70 liegen.
Oberhalb der Brennraumplatte 28 ist ein Freiraum 58 für Kühlflüssigkeit
vorgesehen, der von dem darüberliegenden Freiraum 60 für Schmieröl durch
eine etwa horizontal verlaufende Deckwand 62 abgetrennt ist.
Jeweils zwischen den Zylindern (Mittelachsen 22) und selbstverständlich an
den Zylinderkopf-Stirnseiten (nicht dargestellt) sind senkrecht zur
Anschlußfläche 12 Schraubenbutzen 64 vorgesehen, in deren Bohrungen 66
nicht dargestellte Zylinderkopf-Befestigungsschrauben einsetzbar sind. Wie
die Fig. 2 zeigt, erstrecken sich diese Schraubenbutzen 64 bis etwa zur
halben Höhe des Zylinderkopfes 10; von dort schließen sich die teilweise
frei nach oben ragenden, den Freiraum 60 seitlich begrenzenden
Zylinderkopf-Seitenwände 68, 70 an, die mit den Querwänden 16 und den
nicht ersichtlichen Zylinderkopf-Stirnwänden verbunden sind.
Die Seitenwände 68, 70 sind mit ihren zwischen den Schraubenbutzen 64
liegenden Abschnitten 68a bzw. 70a von oben nach unten betrachtet
zunehmend so der Zylindermitte 22 zu eingezogen, daß deren untere
Abschnitte innerhalb der durch die Bohrungsmittelachsen der
Schraubenbutzen 64 gebildeten Ebene 72 liegen bzw. zwischen diese
Schraubenbutzen 64 eintauchen.
Das gleiche gilt für die Anschlußflächen 34, 46 der Einlaßkanäle 30, 32 bzw.
der Auslaßkanäle 48, die ebenfalls innerhalb der Ebenen 72 enden bzw. in
die Schraubenbutzen 64 mit deren Randkontur eintauchen (vergl. z. B.
gestrichelte Linien 34, 46 der Fig. 2).
Die Winkel α zwischen den V-förmig zueinander angeordneten
Seitenwänden 68, 70 zu den Anschlußflächen 34, 46 betragen in der
Quermittelebene je Zylinder gesehen (jeweils stärkste Einwölbung der
Seitenwände 68, 70) einlaßseitig ca. 120° und auslaßseitig ca. 145°.
Der wellenförmige Verlauf der Seitenwände 68, 70 (vergl. Fig. 1) nimmt nach
oben zu betrachtet ab bzw. der im unteren Bereich vorliegende
Krümmungsradius r geht im Bereich der Anschlußfläche 14 gegen ∞ bzw. in
einen gerade verlaufenden Wandabschnitt über.
Die sich im Übergangsbereich zwischen Seitenwänden 68, 70 und planen
Anschlußflächen 34, 46 ergebenden wellenförmigen Flanschkonturen (Fig.
1, Linien 74) können beim Fräsen der Anschlußflächen 34, 46 durch
entsprechende Steuerung des Stirnfräsers (angedeutet mit 76) in Richtung
des Doppelpfeiles 78 zusätzlich zur üblichen Längsvorschubbewegung
problemlos hergestellt werden.
Die beschriebene Zylinderkopfausbildung gibt eine baulich und
gewichtsmäßig besonders günstige Konstruktion mit hoher Steifigkeit der
Brennraumplatte und hoher Längssteifigkeit. Zudem ergeben sich durch
diese Konstruktion besonders kurze Einlaß und Auslaßkanäle, die
einlaßseitig eine besonders brennraumnahe Anordnung der Einspritzventile
zur Brennstoffzumessung und auslaßseitig kurze Abgaswege mit den damit
verbundenen Vorteilen ergeben.
Claims (9)
1. Zylinderkopf für eine Hubkolben-Brennkraftmaschine mit zumindest zwei
in Reihe liegenden Zylindern, mit je Zylinder zumindest einem von einer
Brennraumplatte ausgehenden Einlaß- und Auslaßkanal, die jeweils in
eine plane, in einer einheitlichen Ebene liegende Anschlußfläche für
einen Abgaskrümmer bzw. einen Saugrohrverteiler münden, sowie mit
beiderseits der Kanäle angeordneten Schraubenbutzen für Zylinderkopf-
Befestigungsschrauben, die an den Seitenwänden des Zylinderkopfes
entlang angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest eine
Seitenwand (68, 70) des Zylinderkopfes (10) jeweils zwischen den
Schraubenbutzen (64) der Zylindermitte (22) zu nach innen eingezogen
ausgebildet ist und daß die benachbarte Anschlußfläche (34, 46) mit ihrer
an die Seitenwand (68, 70) angrenzenden Randkontur (74) zwischen
diese Schraubenbutzen (64) eintaucht.
2. Zylinderkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die
Seitenwand (68, 70) und die Anschlußfläche (34, 46) in der Draufsicht
gesehen zumindest bis zu einer durch die Mittelachsen der
Schraubenbutzen (64) verlaufenden Ebene (72) zwischen die
Schraubenbutzen (64) eintauchen.
3. Zylinderkopf nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß
die Seitenwand (68, 70) wellenförmig mit von der Anschlußfläche (34, 46)
weg zunehmendem Krümmungsradius r bis hin zu einer plan
verlaufenden Deckel-Anschlußfläche (14) ausgebildet ist.
4. Zylinderkopf nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß
die Anschlußfläche (34, 46) bzw. deren Randkontur (74) in der Draufsicht
gesehen ebenfalls wellenförmig verläuft.
5. Zylinderkopf nach einem oder mehreren der Ansprüche 1-4, dadurch
gekennzeichnet, daß die Anschlußfläche (34, 46) mit der Seitenwand (68, 70)
im Querschnitt in Zylindermitte (22) ein V bildet, mit einem Winkel α <
150°.
6. Zylinderkopf nach einem oder mehreren der Ansprüche 1-5, dadurch
gekennzeichnet, daß beide Seitenwände (68, 70) nach innen eingezogen
sind und beide Anschlußflächen (34, 46) zwischen die jeweils
benachbarten Schraubenbutzen (64) eintauchen.
7. Zylinderkopf nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der V-
Winkel α zwischen Seitenwand (68, 70) und Anschlußflächen (34, 46) auf
der Einlaßseite des Zylinderkopfes (10) ca. 120° und auf der Auslaßseite
ca. 145° beträgt.
8. Zylinderkopf nach einem oder mehreren der Ansprüche 1-7, dadurch
gekennzeichnet, daß je Zylinder der Brennkraftmaschine zwei
Einlaßventile und zwei Auslaßventile vorgesehen sind und daß die
Auflageflächen (42, 56) für schraubenförmige Ventilfedern der Ventile
jeweils unmittelbar benachbart zu einem der Schraubenbutzen (64) und
zur Seitenwand (68, 70) angeordnet sind.
9. Zylinderkopf nach einem oder mehreren der Ansprüche 1-8, dadurch
gekennzeichnet, daß die Schraubenbutzen (64) etwa in Höhe des
Überganges von den Anschlußflächen (34, 46) in die Seitenwände (68,70)
enden.
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