DE3838305A1

DE3838305A1 - Cylinder head of an internal combustion engine

Info

Publication number: DE3838305A1
Application number: DE19883838305
Authority: DE
Inventors: Erwin Dipl Ing Korostenski
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 1988-11-11
Filing date: 1988-11-11
Publication date: 1990-05-17

Abstract

In a reciprocating piston internal combustion engine with three inlet valves 4, 5, 6 per cylinder, which are individually actuated directly by bucket tappets of cams 9, 10, 11 of an inlet camshaft 12, the centre axes B of the two outer valves 4, 6 enclose an angle @ of more or less than 90@ with the longitudinal centre axis C of the inlet camshaft 12 and are inclined in opposite directions. The two outer valves 4, 6 are actuated by corresponding conical cams 9, 11. The valve seats of the three inlet valves lie in a continuous surface. As a result the distance of the middle valve seat from the piston at tdc is increased, so that the valve pocket in the piston head can be designed flatter for the valve disc of the middle inlet valve or can be entirely dispensed with. <IMAGE>

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Zylinderkopf einer Brennkraftmaschine entsprechend dem Oberbegriff des An spruchs.The invention relates to a cylinder head Internal combustion engine according to the preamble of the An saying.

Bei bekannten Brennkraftmaschinen dieser Art (EP-B 00 63 385 muß das mittlere der drei Einlaß- oder Auslaßventile mit der Zylindermittelachse einen kleineren Winkel einschließen als die beiden äußeren Ventile, damit alle Einlaß- bzw. Auslaßventile von den Nocken einer Ein laß- bzw. Auslaßnockenwelle direkt über Tassenstößel, d.h. ohne Zwischenschaltung von Kipphebeln, betätigt werden können. Handelt es sich bei dem mittleren Ventil um ein Einlaßventil, so taucht dieses beim Öffnen aufgrund seiner geringeren Schrägstellung als erstes der drei Auslaß ventile in den Zylinder ein. Ist das mittlere Ventil ein Auslaßventil, so taucht es beim Schließen als letztes der drei Auslaßventile aus dem Zylinder aus. Bei hochverdich tenden Brennkraftmaschinen, bei denen der Kolbenboden in OT fast in der Teilungsebene zwischen dem Zylinderblock und dem Zylinderkopf liegt, bedeutet dies, daß im Kolben boden eine Ventiltasche vorgesehen werden muß, in die der Ventilteller des mittleren Ventils eintauchen kann. Sind drei Einlaßventile und drei Auslaßventile vorgesehen, so muß für das mittlere Einlaßventil und für das mittlere Auslaßventil jeweils eine derartige Ventiltasche vorge sehen werden, damit ein Aufschlagen des Kolbens auf die Ventilteller dieser mittleren Ventile mit Sicherheit ver mieden ist. Diese Ventiltaschen sind jedoch für die Güte der Verbrennung schädlich, da sich in diesen Taschen un verbrannte Kohlenwasserstoffe sammeln können, wodurch nicht nur der Wirkungsgrad herabgesetzt, sondern auch die Abgaszusammensetzung negativ beeinflußt wird. Ein weiterer Nachteil derartiger Ventiltaschen besteht darin, daß der Abstand des ersten Kolbenringes vom Kolbenboden größer sein muß als dies ohne Ventiltaschen erforderlich wäre, um die notwendige Höhe des Feuersteges im Bereich der Ventil taschen zu erhalten, was zur Folge hat, daß der Kolben insgesamt länger und dadurch schwerer wird. Außerdem können die Kanten der Ventiltaschen Auslöser einer klopfenden Verbrennung sein.In known internal combustion engines of this type (EP-B 00 63 385 must be the middle of the three inlet or Exhaust valves with the cylinder center axis a smaller one Include angles as the two outer valves so all intake and exhaust valves from the cams of an on Let or exhaust camshaft directly over the tappet, i.e. without the intermediary of rocker arms can. Is the middle valve one Inlet valve, this plunges when opening due to its less inclination than the first of the three outlets valves in the cylinder. The middle valve is on Exhaust valve, it is the last to emerge when it is closed three exhaust valves from the cylinder. With high compression tendency internal combustion engines in which the piston crown in TDC almost in the parting plane between the cylinder block and the cylinder head, it means that in the piston floor a valve pocket must be provided, in which the Can immerse the valve plate of the middle valve. are three inlet valves and three outlet valves are provided, so must be for the middle inlet valve and for the middle one Exhaust valve featured such a valve pocket be seen so that the piston hits the Valve plate of these middle valves with ver ver is avoided. However, these valve bags are for goodness harmful to the burn, because there are un can collect burned hydrocarbons, which not only reduced the efficiency, but also the Exhaust gas composition is adversely affected. Another The disadvantage of such valve pockets is that Distance of the first piston ring from the piston crown larger must be than would be required without valve pockets to the necessary height of the top land in the area of the valve to get pockets, which results in the piston overall longer and therefore heavier. Furthermore can the edges of the valve pockets trigger a knocking combustion.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Zylinder kopf der gattungsgemäßen Art zu schaffen, bei dem eine hohe Verdichtung ohne nachteilige Auswirkungen auf den Verbrennungsablauf und eine optimale Kolbengestaltung verwirklicht werden kann.The invention has for its object a cylinder create head of the generic type, in which a high compression without adverse effects on the Combustion process and an optimal piston design can be realized.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Kenn zeichen des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.This object is achieved by the in the Kenn Character of claim 1 specified features solved.

Bei dem erfindungsgemäßen Zylinderkopf kommt der Ventil sitz und damit der Ventilteller des mittleren Einlaß- oder Auslaßventils in einem größeren Abstand von der Teilungs ebene zwischen dem Zylinderblock und dem Zylinderkopf zu liegen, so daß auch bei gleichzeitiger Betätigung aller drei Ventile das mittlere Ventil nur wenig früher in den Zylinder eintaucht bzw. nur wenig später aus dem Zylinder austaucht als die beiden äußeren Ventile und die Ventil tasche im Kolbenboden verkleinert wird oder gegebenenfalls ganz entfallen kann.In the cylinder head according to the invention, the valve comes seat and thus the valve plate of the middle inlet or Exhaust valve at a greater distance from the division level between the cylinder block and the cylinder head lie, so that even with simultaneous actuation of all three valves the middle valve just a little earlier in the Immersed cylinder or just a little later out of the cylinder emerges as the two outer valves and the valve pocket in the piston crown is reduced or if necessary can be completely eliminated.

Entgegengesetzt schräggestellte Ventile sind an sich be kannt, siehe beispielsweise GB-PS 2 26 442, DE-PS 9 53 672 u.a. Bei diesen Brennkraftmaschinen handelt es sich je doch nicht um solche mit drei Einlaß- und/oder Auslaß ventilen, so daß nicht die Aufgabe bestand, den Einfluß des mittleren Einlaß- oder Auslaßventils auf die Kolben gestaltung zu verringern oder zu beseitigen.Opposed slanted valves are inherently be knows, see for example GB-PS 2 26 442, DE-PS 9 53 672 i.a. These internal combustion engines are each but not those with three inlet and / or outlet valves, so that there was no task, the influence of the middle intake or exhaust valve on the pistons reduce or eliminate design.

Aufgrund der Neigung der beiden äußeren Ventile in ent gegengesetzter Richtung ist der Abstand der Ventilsitze dieser äußeren Ventile von der Drehachse der Nockenwelle größer als der Abstand des Ventilsitzes des mittleren Ventils von der Nockenwellendrehachse. Um trotzdem Ventile gleicher Länge verwenden zu können, was fertigungstech nisch und zur Vermeidung von Montagefehlern anzustreben ist, wird vorgeschlagen, den Durchmesser des Grund kreises des Nockens, der das mittlere Ventil betätigt, entsprechend dem kürzeren Abstand des Ventilsitzes des mittleren Ventils von der Nockenwellendrehachse gegenüber dem Abstand der Ventilsitze der beiden äußeren Ventile von der Nockenwellendrehachse kleiner auszuführen, so daß die Länge dieses mittleren Ventils gleich der Länge der äußeren Ventile sein kann.Due to the inclination of the two outer valves in ent the opposite direction is the distance between the valve seats of these outer valves from the axis of rotation of the camshaft larger than the distance of the valve seat of the middle Valve from the camshaft rotation axis. To valves anyway same length to be able to use what manufacturing tech nically and to avoid assembly errors is, it is suggested the diameter of the reason circle of the cam that actuates the middle valve, corresponding to the shorter distance of the valve seat of the middle valve from the camshaft axis of rotation the distance of the valve seats of the two outer valves from run the camshaft axis of rotation smaller, so that the Length of this middle valve is equal to the length of the external valves can be.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. Es zeigt:An embodiment of the invention is as follows described with reference to the drawings. It shows:

Fig. 1 eine schematische Teilansicht eines Zylinderkopfes von unten in Richtung der Pfeile 1-1 in Fig. 2, Fig. 1 is a partial schematic view of a cylinder head from the bottom in the direction of arrows 1-1 in Fig. 2,

Fig. 2 einen Schnitt entlang Linie 2-2 in Fig. 1, Fig. 2 shows a section along line 2-2 in Fig. 1,

Fig. 3 eine perspektivische Darstellung der drei Einlaß ventile und der zugehörigen Einlaß-Nockenwelle so wie der beiden Auslaßventile, und Fig. 3 is a perspective view of the three intake valves and the associated intake camshaft as the two exhaust valves, and

Fig. 4 einen Schnitt entlang Linie 4-4 in Fig. 3, wobei die Einlaßventile weggelassen sind. Fig. 4 is a section along line 4-4 in Fig. 3, wherein the intake valves are omitted.

Der in den Fig. 1 und 2 dargestellte Zylinderkopf 1 weist für jeden Zylinder 2, d.h. für jeden Brennraum 3, drei Einlaßventile 4, 5 und 6 und zwei Auslaßventile 7 und 8 auf. Die Einlaßventile 4, 5 und 6 werden von Nocken 9, 10 und 11 einer gemeinsamen Einlaß-Nockenwelle 12 über Tassenstößel 13 betätigt. Die Betätigung der Auslaßventile 7 und 8 erfolgt durch die Nocken 15 und 16 einer Auslaß- Nockenwelle 17 über Tassenstößel 14.The cylinder head 1 shown in FIGS. 1 and 2 has three intake valves 4 , 5 and 6 and two exhaust valves 7 and 8 for each cylinder 2 , ie for each combustion chamber 3 . The inlet valves 4 , 5 and 6 are actuated by cams 9 , 10 and 11 of a common inlet camshaft 12 via tappets 13 . The exhaust valves 7 and 8 are actuated by the cams 15 and 16 of an exhaust camshaft 17 via bucket tappets 14 .

Damit die drei Einlaßventile 4, 5 und 6 von den Nocken 9, 10 und 11 der Einlaßnockenwelle 12 direkt über die Tassen stößel 13 betätigt werden können, ist es erforderlich, daß das mittlere Einlaßventil 5 mit einer Längsmittelachse A des Zylinders 2 einen Winkel α einschließt, der kleiner ist als der Winkel β zwischen den beiden äußeren Ventilen 4, 6 und der Zylindermittelachse A. Diese geringere Schrägstellung des mittleren Einlaßventils 5 hat zur Folge, daß bei gleichen Steuerzeiten der drei Einlaß ventile das mittlere Einlaßventil 5 mit seinem Ventil teller 20 beim Öffnungsbeginn früher in den Zylinder 2 eintaucht als die beiden Einlaßventile 4 und 6. Um dabei ein Aufschlagen des in Fig. 4 angedeuteten Kolbens 21 auf den Ventilteller 20 des mittleren Einlaßventils 5 zu ver meiden, muß insbesondere bei hochverdichtenden Brennkraft maschinen im Kolbenboden eine Ventiltasche 22 vorgesehen werden, in welche der Ventilteller 20 eintauchen kann. Diese Ventiltasche beeinträchtigt jedoch die Güte der Ver brennung.So that the three intake valves 4 , 5 and 6 of the cams 9 , 10 and 11 of the intake camshaft 12 can be actuated directly via the tappet cup 13 , it is necessary that the central intake valve 5 includes an angle α with a longitudinal central axis A of the cylinder 2 , which is smaller than the angle β between the two outer valves 4 , 6 and the cylinder central axis A. This lower inclination of the middle inlet valve 5 has the result that the middle inlet valve 5 with its valve plate 20 is immersed earlier in the cylinder 2 than the two inlet valves 4 and 6 at the start of opening at the same timing of the three inlet valves. In order to avoid the opening of the piston 21 indicated in FIG. 4 on the valve plate 20 of the central inlet valve 5 , a valve pocket 22 must be provided, in particular in the case of high-compression internal combustion engines, in which the valve plate 20 can be immersed. However, this valve pocket affects the quality of combustion.

Um die Tiefe der Ventiltasche 22 möglichst klein halten zu können oder gegebenenfalls auf eine solche Ventiltasche verzichten zu können, sind die beiden äußeren Einlaß ventile 4 und 6 so angeordnet, daß ihre Mittelachsen B mit der Längsmittelachse C der Einlaß-Nockenwelle 12 einen von 90° abweichenden Winkel einschließen und nach entgegen gesetzten Richtungen geneigt sind, wie dies insbesondere aus Fig. 3 ersichtlich ist. Bei der angestrebten Anordnung der Ventilsitze 23, 24 und 25 der drei Einlaßventile in einer stetigt verlaufenden Fläche 26 wird der Ventilsitz 24 des mittleren Einlaßventils 5 in einem größeren Ab stand vom Kolbenboden 27 in der OT-Stellung des Kolbens 21 zu liegen kommt, als dies bei der üblichen Anordnung der Fall ist, bei der alle Einlaßventile mit der Längsmittel achse der Einlaß-Nockenwelle einen rechten Winkel ein schließen. Bei gleichzeitigem Öffnen aller Ventile taucht das mittlere Einlaßventil 5 mit seinem Ventilteller 20 erst dann in den Zylinder 2 ein, wenn sich der Kolben 21 aus seiner oberen Totpunktstellung bereits wieder nach unten bewegt hat, so daß die Ventiltasche 22 eine ge ringere Tiefe erhalten oder ganz entfallen kann. Die Nocken 9 und 11 für die beiden äußeren Einlaßventile 4 und 6 müssen dabei eine konische Form erhalten.In order to keep the depth of the valve pocket 22 as small as possible or to be able to do without such a valve pocket, the two outer inlet valves 4 and 6 are arranged so that their central axes B with the longitudinal central axis C of the inlet camshaft 12 are 90 ° include different angles and are inclined in opposite directions, as can be seen in particular from FIG. 3. In the desired arrangement of the valve seats 23 , 24 and 25 of the three inlet valves in a steadily extending surface 26 , the valve seat 24 of the middle inlet valve 5 was in a larger position from the piston crown 27 in the TDC position of the piston 21 than is in the usual arrangement, the case in which all intake valves with the longitudinal central axis of the intake camshaft close a right angle. With simultaneous opening of all valves, the middle inlet valve 5 is immersed with its valve disk 20 into the cylinder 2 only when the piston 21 has already moved downwards again from its top dead center position, so that the valve pocket 22 receives a greater depth or completely can be omitted. The cams 9 and 11 for the two outer intake valves 4 and 6 must have a conical shape.

Die Schrägstellung der beiden äußeren Einlaßventile 4 und 6 bedingt, daß der Abstand ihrer Ventilsitze 23 und 25 von der Längsmittelachse C der Nockenwelle 12 größer ist als der Abstand des Ventilsitzes 24 des mittleren Einlaß ventils 5. Um trotzdem zu erreichen, daß alle Einlaß ventile 4, 5 und 6 die gleiche Länge haben, ist der Grund kreisdurchmesser D des das mittlere Einlaßventil 5 be tätigenden Nockens 10 kleiner als der Grundkreisdurch messer der die beiden äußeren Einlaßventile 4, 6 betätigenden Nocken 9, 11.The inclination of the two outer intake valves 4 and 6 requires that the distance between their valve seats 23 and 25 from the longitudinal central axis C of the camshaft 12 is greater than the distance of the valve seat 24 of the central intake valve 5th In order to achieve that all the inlet valves 4 , 5 and 6 have the same length, the basic circular diameter D of the central inlet valve 5 be active cam 10 is smaller than the base circle diameter of the two outer inlet valves 4 , 6 actuating cams 9 , 11 .

Durch die Schrägstellung der beiden äußeren Ventile kann der Durchmesser der Tassenstößel und damit der Öffnungs querschnitt der Ventile vergrößert werden.Due to the inclination of the two outer valves the diameter of the tappets and thus the opening cross section of the valves can be enlarged.

Bei einer Brennkraftmaschine mit drei Auslaßventile werden in analoger Weise die beiden äußeren Auslaßventile schräg zur Längsmittelachse der Auslaßnockenwelle gelegt, so daß der Ventilsitz des mittleren Auslaßventils einen größeren Abstand vom Kolbenboden in der OT-Stellung des Kolbens hat und der Ventilteller des mittleren Auslaßventils früher aus dem Zylinder austaucht.In an internal combustion engine with three exhaust valves analogously, the two outer exhaust valves at an angle placed to the longitudinal center axis of the exhaust camshaft, so that the valve seat of the middle exhaust valve a larger one Distance from the piston crown in the TDC position of the piston and the valve plate of the middle exhaust valve earlier emerges from the cylinder.

Claims

1. Cylinder head of an internal combustion engine with three intake and / or exhaust valves per cylinder, which are actuated individually directly by cams of an intake or exhaust camshaft via bucket tappets and arranged obliquely to the cylinder axis, the middle of the three intake and / or exhaust valves with the Cylinder central axis encloses a smaller angle than the two outer valves, the valve seats of the three intake and / or exhaust valves are located in a web-shaped surface, characterized in that the central axes ( B ) of the two outer valves ( 4 , 6 ) with the longitudinal central axis ( C ) the associated intake or exhaust camshaft ( 12 ) enclose an angle ( γ ) deviating from 90 ° and are inclined in opposite directions and the two outer valves ( 4 , 6 ) are actuated by correspondingly conical cams ( 9 , 11 ).

2. Cylinder head according to claim 1, characterized in that the base diameter (D) of the central valve (5) actuating cam (10) is smaller than the base circle diameter of the two outer valves (4, 6) actuating cam (9, 11) .