DE19953903C1 - Zylinderkopf für eine Hubkolben-Brennkraftmaschine - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Zylinderkopf (1) für eine Hubkolben-Brennkraftmaschine (2). Jedem Zylinder (3) der Hubkolben-Brennkraftmaschine sind mehrere Gaswechselventile (4, 5, 6, 7, 8) mit Stößeln zugeordnet. Von den Gaswechselventilen sind mindestens drei Einlaßventile (6, 7, 8) im Zylinderkopf jedes Zylinders (3) der Hubkolben-Brennkraftmaschine angeordnet. Die Längsachsen (10, 10', 10'') der Einlaßventile (6, 7, 8) sind in Bezug zur Längsachse (11) der Hubkolben-Brennkraftmaschine (2) im wesentlichen parallel versetzt ausgerichtet. Die Stößel (9) der Einlaßventile (6, 7, 8) sind von je einem Nocken (13) einer einzigen Nockenwelle (12) angesteuert und die Längsachsen (10, 10', 10'') der Einlaßventile (6, 7, 8) mit einer Desaxierung D zur Längsachse (16) der Nockenwelle (12) angeordnet. Ein Einlaßventil (7) ist in entgegengesetzter Richtung wie die übrigen Einlaßventile (6, 8) desaxiert zur Nockenwellenlängsachse (16).

Description

Die Erfindung betrifft einen Zylinderkopf für eine Hubkol­ ben-Brennkraftmaschine, insbesondere Mehrzylinderreihen- Brennkraftmaschine nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Durch die DE 41 08 469 A1 ist eine Einlaßvorrichtung für einen Mehrventil-Motor, vorzugsweise einen Fünfventil-Motor bekannt. Der Zylinderkopf ist mit vorzugsweise drei Einlaß­ ventilen versehen, deren Längsachsen annähernd parallel ausgerichtet sind und quer zur Motorlängsachse gegeneinan­ der versetzt angeordnet sind. Durch diese Anordnung des Einlaßsystems soll eine taumelnde oder turbulente Luftbewe­ gung im Brennraum verursacht werden und die Kraftstoffver­ brennung verbessert werden. Die Ansteuerung der Einlaßven­ tile erfolgt durch einen elektromechanischen Ventilbetäti­ ger mit Kurven, Nocken und Kipphebeln. Diese Ventilsteue­ rung ist komplex im Aufbau mit vielen Bauteilen ausgeführt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Zylinder­ kopf einer Mehrventil-Hubkolben-Brennkraftmaschine zu schaffen, der bei emissionsmindernder Brennraumgestaltung eine einfache Ventilsteuerung ermöglicht.

Diese Aufgabe wird bei einer gattungsgemäßen Einrichtung mit den kennzeichnenden Merkma­ len des Patentanspruchs 1 gelöst.

Die Erfindung sieht vor, unter Umgehung aufwendiger Ventil­ steuerungen, sämtliche Einlaßventile einer Zylinderreihe einer Mehrzylinderreihen-Brennkraftmaschine mit Hilfe einer Nockenwelle mit darauf je für ein Einlaßventil vorgesehenen Nocken anzusteuern. Der jeweilige Nocken wirkt unmittelbar ohne Zwischenschaltung von beispielsweise Schlepphebeln auf einen Tassenstößel am einen Ende des Einlaßventiles. Vorzugsweise ist ein Boden des Tassenstößels an seiner der Nockenwelle zugewandten Seite ballig, d. h. gewölbt ausgebildet. Die Nockenwellenlängsachse ist in Bezug auf die beiden seitlichen Einlaßventile um ein bestimmtes Maß entgegen der Nockenwellendrehrichtung von der Längsachse des Stößels und der Einlaßventile versetzt. Bei dem mittle­ ren, zentralen Einlaßventil sind diese Verhältnisse invers, d. h. die Längsachse des Einlaßventils und seines Stößels ist in Drehrichtung der Nockenwelle gegenüber der Nocken­ wellenlängsachse versetzt angeordnet. Diese Desaxierung be­ wirkt in Verbindung mit der balligen Bodenoberfläche des Stößels, daß der Nocken linienförmig auf die schiefe Ebene des Stößelbodens aufgleitet und so ein Rotieren des Stößels um seine Längsachse allein durch die Auflagerkräfte des Nockens, insbesondere der Nockennormalkraft und Nockensei­ tenkraft auf den Stößelboden, verhindert wird. Dieser ge­ wollte Versatz des Tassenstößels gegenüber der Nockenwel­ lenlängsachse zum Zwecke der Verdrehsicherung des Tassen­ stößels ist konform mit dem annähernd parallelen Versatz der Einlaßventillängsachsen zueinander zum Zwecke der Opti­ mierung der Luftbewegung im Brennraum der Mehrzylinder-Hub­ kolben-Brennkraftmaschine.

Das Ansaug- und Auslaßverhalten eines Verbrennungsmotors kann dadurch verbessert werden, daß man die Ventilfläche, das heißt die totale Fläche, welche die Einlaß- und Aus­ laßventile in einer Querschnittsfläche des Brennraumes je­ des Zylinders eines Verbrennungsmotors einnimmt, vergrö­ ßert. Üblicherweise erfolgt dies durch Anordnung mehrerer Einlaß- und Auslaßventile im Zylinderkopf der Hubkolben- Brennkraftmaschine, vorzugsweise drei Einlaß- und zwei Aus­ laßventile. Es ist dadurch ein mittlerer Ansauganschluß oder Einlaßventil näher an einer Mittenachse des Zylinders angeordnet als die beiden seitlichen Ansauganschlüsse oder Einlaßventile, die an gegenüberliegenden Seiten des zentra­ len Einlaßventils angeordnet sind. Um eine turbulente, für den Verbrennungsvorgang im Brennraum der Hubkolben-Brenn­ kraftmaschine förderliche Luftbewegung zu erreichen, ist es vorteilhaft, die Längsachsen der Einlaßventile parallel zu­ einander anzuordnen, damit die Ventilteller der Einlaßven­ tile in etwa in einer Ebene zu liegen kommen.

Es kann zweckmäßig sein, die Längsachsen der Einlaßventile versetzt mit einem geringen Winkel zueinander anzuordnen. Ferner kann es zweckmäßig sein, die Längsachsen der Nocken für die Einlaßventile eines jeden Zylinders in bestimmtem Maße winkelversetzt auf der Nockenwelle anzuordnen. Durch diese Maßnahme läßt sich ein Öffnen der Einlaßventile eines Zylinders in zeitlicher Abfolge nacheinander oder in son­ stiger Abfolge gestalten. Dadurch ist die Luftbewegung im jeweiligen Brennraum eines Zylinders der Hubkolben-Brenn­ kraftmaschine beeinflußt.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist nachstehend an­ hand der Zeichnung im einzelnen beschrieben. Es zeigt:

Fig. 1 einen Querschnitt durch einen erfindungsgemäßen Zy­ linderkopf,

Fig. 2 eine Ansicht eines Ventiltriebes der Einlaßventile eines erfindungsgemäßen Zylinderkopfes,

Fig. 3 eine Draufsicht auf einen erfindungsgemäßen Zylin­ derkopf und

Fig. 4 eine Ansicht eines erfindungsgemäßen Zylinderkopfes vom Brennraum aus.

Fig. 1 zeigt einen Querschnitt durch einen erfindungsgemä­ ßen Zylinderkopf 1 mit einem Zylinder 3 einer Hubkolben- Brennkraftmaschine 2. Die Hubkolben-Brennkraftmaschine 2 ist mit einer Mehrzahl an Zylindern 3 versehen, von denen lediglich ein einziger dargestellt ist. Jeder Zylinder 3 nimmt einen nicht gezeigten Kolben zur hin- und hergehenden Gleitbewegung auf. Der Zylinderkopf 1 ist auf dem Zylinder 3 angebracht und ist mit zwei in der Bildebene hintereinan­ der liegenden Auslaßkanälen 20 und drei Einlaßkanälen 21 versehen, welche sich zu gegenüberliegenden Seiten der Hub­ kolben-Brennkraftmaschine 2 hin erstrecken. Die Einlaßka­ näle 21 werden unter einem vorgegebenen Zeitverlauf geöff­ net und geschlossen durch, wie in Fig. 2 gezeigt, drei Ein­ laßventile 6, 7 und 8. Die Auslaßkanäle 20 werden durch zwei Auslaßventile 4 und 5 geöffnet und geschlossen. Der Zylinderkopf 1 weist eine Bohrung auf, die zwischen den Auslaß- und Einlaßventilen angeordnet ist und in welcher eine Zündkerze 23 aufgenommen ist. In Richtung der Längs­ achse 11 der Hubkolben-Brennkraftmaschine 2 betrachtet, ist eine zweite Bohrung im Zylinderkopf 1 neben der Bohrung für die Zündkerze vorgesehen. In dieser Bohrung ist ein Ein­ spritzventil 22 zur direkten Einspritzung von Kraftstoff in den Brennraum eines jeden Zylinders der Hubkolben-Brenn­ kraftmaschine festgelegt. Parallel zur Motorlängsachse 11 erstreckt sich am oberen, dem Zylinder 3 abgewandten Ende des Zylinderkopfes 1 eine Nockenwelle 12 mit ihrer Längs­ achse 16. Auf der Nockenwelle 12 ist je ein Nocken 13 für die drei Einlaßventile 6, 7 und 8 eines jeden Zylinders 3 angeordnet. Die Längsachsen 18 der Nocken 13 verlaufen vor­ zugsweise zueinander parallel. Es kann jedoch zweckmäßig sein, zur Variierung der Öffnungszeiten der Einlaßventile die Längsachsen 18 der Nocken 13 zueinander winkelversetzt anzuordnen.

Die Längsachsen 10, 10' der gezeigten Einlaßventile 6, 7 sind parallel zueinander und quer zur Motorlängsachse 11 versetzt angeordnet. Das in Fig. 1 nicht gezeigte dritte seitliche Einlaßventil ist in dem gezeigten Querschnitt in Deckung mit dem Einlaßventil 6 angeordnet. Die Nockenwel­ lenlängsachse 16 ist in Bezug auf die gezeigten Längsachsen 10 und 10' der Einlaßventile 6 und 7 zwischen den Längsach­ sen 10 und 10' mit gleichem Abstand D angeordnet. Die Noc­ ken 13 der Nockenwelle 12 gleiten auf dem Boden 15 der Stö­ ßel 9 unmittelbar ab. Die Stößel 9 sind als Tassenstößel 14 ausgebildet. Der Boden 15 der Tassenstößel 14 ist ballig, d. h. mit einer Wölbung zur Nockenwelle 12 hin ausgebildet. Die Desaxierung D der Nockenwellenlängsachse 16 entgegen der Nockenwellendrehrichtung gegenüber den Längsachsen der Einlaßventile 6 und 8 und in Nockenwellendrehrichtung in Bezug auf das Einlaßventil 7 bewirkt, in Verbindung mit der balligen Bodenoberfläche des Tassenstößels 14, daß der No­ cken 13 linienförmig auf die schiefe Ebene des Stößelbodens 15 aufgleitet. Ein Rotieren des Tassenstößels 14 um seine Längsachse ist somit allein durch die Auflagerkräfte des Nockens 13 verhindert. Durch den gezeigten parallelen Ver­ satz der Längsachsen 10 und 10' der Einlaßventile 6 und 7 in Verbindung mit dieser selbsttätig sich ergebenden Ver­ drehsicherung der Tassenstößel 14 ist es möglich, die Ven­ tilteller 24 der Einlaßventile in einer Ebene anzuordnen.

Dadurch ist eine verbesserte Brennraumgestaltung der Hub­ kolben-Brennkraftmaschine 2 ermöglicht. Der Bearbeitungs­ aufwand für den gezeigten Fünfventil-Zylinderkopf ist da­ durch minimiert.

Die Fig. 2 zeigt eine Ansicht eines Ventiltriebs der Ein­ laßventile 6, 7 und 8 des erfindungsgemäßen Zylinderkopfes 1. Die Stößel des Ventiltriebs sind als Tassenstößel 14 ausgebildet. Die schraubenförmigen Ventilfedern 19 sind als Druckfedern ausgebildet und übernehmen das Schließen des Brennraumes der Hubkolben-Brennkraftmaschine 2. Auf der Nockenwelle 12 ist für jedes Einlaßventil ein Nocken 13 an­ geordnet. Die Nocken 13 liegen in Verlängerung der Längs­ achsen 10, 10' und 10" der Einlaßventile 6, 7 und 8 auf dem Boden 15 der Tassenstößel 14 linienförmig auf.

Die Fig. 3 zeigt eine perspektivische Draufsicht auf den erfindungsgemäßen Zylinderkopf 1. Für gleiche Bauteile gel­ ten gleiche Bezugszeichen wie in den Fig. 1 und 2. Der Zy­ linderkopf 1 weist drei Einlaßventile 6, 7 und 8 auf und die beiden Auslaßventile 4 und 5 sind auf der gegenüberlie­ genden Seite der Einlaßventile angeordnet. Die Ventilteller 24 der Einlaßventile 6, 7 und 8 sind im Durchmesser kleiner als diejenigen der Auslaßventile 4 und 5. Die Einlaßventile sind unmittelbar, ohne Zwischenschaltung von Schlepphebeln oder dgl. von den Nocken 13 einer einzigen Nockenwelle 12 angesteuert. Hierdurch ist ein in Bezug auf die Anzahl der Bauteile günstig gestalteter Zylinderkopf einer Mehrventil- Brennkraftmaschine ermöglicht.

Fig. 4 zeigt eine perspektivische Ansicht des erfindungs­ gemäßen Zylinderkopfes 1 vom Brennraum aus. Für gleiche Bauteile gelten dieselben Bezugszeichen wie in den vorigen Figuren. Das erste Einlaßventil 6 und das dritte Einlaßven­ til 8 sind an beiden Seiten des zweiten Einlaßventils 7 so­ wie symmetrisch in Bezug auf eine Mittellinie 26, welche das Zentrum des Ventiltellers das zweiten Einlaßventiles 7 und die vertikale Zylinderlängsachse 25 durchsetzt oder schneidet, angeordnet. Die Längsachse 10' des zentralen Einlaßventiles 7 ist mit ihrem Austrittspunkt aus dem Ven­ tilteller von der Zylinderlängsachse 25 geringer beabstan­ det als die Längsachsen 10 und 10" der ersten und dritten Einlaßventile 6 und 8.

Die in Fig. 1 gezeigten Längsachsen 10, 10' der Einlaßven­ tile 6, 7 können gleichwohl mit geringem Winkel zueinander angeordnet sein anstatt, wie dort gezeigt, parallel zuein­ ander. Es kann zweckmäßig sein, den in Fig. 1 gezeigten Ab­ stand D der Längsachsen 10, 10' der Einlaßventile 6, 7 zur Nockenwellenlängsachse 16 unterschiedlich groß zu gestal­ ten. Beispielsweise kann der Abstand D der Längsachse 10 von der Nockenwellenlängsachse sehr gering im Vergleich zum Abstand D der Längsachse 10' von der Nockenwellenlängsachse 16 sein.

Claims (7)

1. Zylinderkopf (1) für eine Hubkolben-Brennkraftmaschine (2), die je Zylinder (3) mehrere Gaswechselventile (4, 5, 6, 7, 8) mit Stößeln (9) aufweist, wobei jedem Zy­ linder (3) zumindest drei Einlaßventile (6, 7, 8) zuge­ ordnet sind und die Längsachsen (10, 10', 10") der Einlaßventile (6, 7, 8) quer zur Längsachse (11) der Hubkolben-Brennkraftmaschine (2) im wesentlichen paral­ lel zueinander versetzt ausgerichtet sind, dadurch gekennzeichnet, daß für die Einlaßventile (6, 7, 8) eine gemeinsame Nockenwelle (12) mit je einem Nocken (13) für jedes der Einlaßventile (6, 7, 8) vor­ gesehen ist und die Längsachse (16) der Nockenwelle (12) zu den Längsachsen (10, 10', 10") der Einlaßven­ tile (6, 7, 8) eine Desaxierung (D) aufweisen und ein Einlaßventil (7) in entgegengesetzter Richtung wie die übrigen Einlaßventile (6, 8) desaxiert ist.

2. Zylinderkopf (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stößel (9) Tassenstößel (14) sind und der Nocken (13) unmittelbar auf den Stö­ ßel (9) wirkt.

3. Zylinderkopf (1) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Boden (15) der Tassen­ stößel (14) an seiner der Nockenwelle (12) zugewandten Seite ballig ausgebildet ist, so daß eine Zentrierung und Verdrehsicherung des Tassenstößels (14) durch die Wirkung der Nockennormalkraft (N) auf den Boden (15) gegeben ist.

4. Zylinderkopf (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Längsachsen (10, 10', 10") der Einlaßventile (6, 7, 8) gegeneinander ver­ setzt und in geringem Winkel zueinander verlaufen.

5. Zylinderkopf (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Längsachse (16) der Nockenwelle (12) zu den Längsachsen (10, 10', 10") der Einlaßventile (6, 7, 8) eine gleich große Desaxierung (D) aufweist.

6. Zylinderkopf (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Längsachsen (18) der Nocken (13) für die Einlaßventile (6, 7, 8) eines jeden Zylinders (3) winkelversetzt zueinander sind.

7. Zylinderkopf (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Hubkolben-Brennkraftma­ schine eine direkteinspritzende Brennkraftmaschine ist.