DE3841355C2

DE3841355C2 - Method for increasing the displacement of a valve-controlled reciprocating internal combustion engine

Info

Publication number: DE3841355C2
Application number: DE19883841355
Authority: DE
Inventors: Armin Ing Grad Bauder
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 1988-12-08
Filing date: 1988-12-08
Publication date: 1997-02-27
Anticipated expiration: 2008-12-09
Also published as: DE3841355A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Hubraumvergrößerung einer ventilgesteuerten Hubkolben-Brennkraftmaschine entsprechend dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.The invention relates to a method for increasing the displacement corresponding to a valve-controlled reciprocating piston internal combustion engine the preamble of claim 1.

Eine derartige ventilgesteuerte Hubkolben-Brennkraftmaschine ist zum Beispiel aus der DE 28 38 681 A1 bekannt. Diese Brennkraftmaschine weist einen Zylinderblock und einen Zylinderkopf auf. Der Zylinderblock ist dabei mit einer Anzahl von in Reihe angeordneten Zylinderbohrungen ausgestattet und der Zylinderkopf weist für jede dieser Zylinderbohrungen einen Brennraum auf, an den eine Zünd- oder Einspritzeinrichtung sowie eine Ladungswechseleinheit angrenzen. Dabei sind die Zylinderbohrun gen wie auch die Ladungswechseleinheiten benachbarter Zylinder jeweils in gleichen äquidistanten Abständen zueinander angeordnet.Such a valve-controlled reciprocating internal combustion engine is for Example known from DE 28 38 681 A1. This internal combustion engine has a cylinder block and a cylinder head. The cylinder block is with a number of cylinder bores arranged in series equipped and the cylinder head has for each of these cylinder bores a combustion chamber to which an ignition or injection device and adjoin a charge exchange unit. Here are the cylinder bores conditions as well as the gas exchange units of neighboring cylinders in each case arranged at equal equidistant distances from each other.

In der Praxis besteht häufig die Aufgabe, zur Erzielung einer Leistungs- und Drehmomentsteigerung einer bestehenden Brennkraftmaschine deren Hubraum zu vergrößern. Wenn es, beispielsweise im Hinblick auf den verfügbaren Bauraum, nicht möglich ist, die Anzahl der Zylinder zu vergrößern, bleibt nur die Möglichkeit, den Durchmesser der Zylinder bohrungen und den Kolbenhub zu vergrößern. Hinsichtlich der Vergröße rung des Durchmessers der Zylinderbohrungen sind jedoch durch die erforderliche Mindestbreite des Steg es zwischen benachbarten Zylindern Grenzen gesetzt. Ist diese Mindeststegbreite erreicht, so führt eine Ver größerung der Durchmesser der Zylinderbohrungen zwangsläufig zu einer Verlängerung des Zylinderblocks und damit auch zu einer entsprechen den Verlängerung des Zylinderkopfes wobei die Abstände zwischen den Brennräumen und den Ladungswechseleinheiten benachbarter Zylinder entsprechend der Vergrößerung des Abstandes zwischen den Längs mittelachsen benachbarter Zylinderbohrungen vergrößert werden. Dies hat eine erhebliche konstruktive Änderung des Zylinderkopfes und der daran angeschlossenen Teile, wie Saugrohr und Auspuffkrümmer, sowie der Nockenwelle(n) und ihrer Lagerungen zur Folge. Der dadurch beding te Investitionsaufwand für die Fertigung ist erheblich, und zwar insbeson dere hinsichtlich der Fertigungseinrichtungen für die Bearbeitung der Ventilsitze, Ventilführungen, Tassenstößelführungen, Nockenwellenlager stellen usw., sowie der Nockenwellen selbst und deren Antrieb. In practice, the task is often to achieve a performance and torque increase of an existing internal combustion engine to increase their displacement. If it is, for example with regard to the available space, the number of cylinders is not possible only the possibility remains to enlarge the diameter of the cylinder holes and increase the piston stroke. Regarding the size tion of the diameter of the cylinder bores are, however, due to the required minimum width of the web it between adjacent cylinders Set limits. If this minimum web width is reached, a Ver enlarging the diameter of the cylinder bores inevitably leads to a Extension of the cylinder block and thus also to correspond the extension of the cylinder head, the distances between the Combustion chambers and the charge exchange units of neighboring cylinders according to the increase in the distance between the longitudinal center axes of adjacent cylinder bores are enlarged. This has a significant design change to the cylinder head and the parts connected to it, such as intake manifold and exhaust manifold, as well the camshaft (s) and their bearings. The condition Investment expenditure for production is considerable, in particular regarding the manufacturing facilities for processing the Valve seats, valve guides, bucket tappet guides, camshaft bearings places etc., as well as the camshafts themselves and their drive.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einer ventilgesteuerten Hubkolben-Brennkraftmaschine eine Hubraumvergrößerung mit einem möglichst geringem fertigungstechnischen Aufwand zu ermög lichen.The invention has for its object in a valve-controlled reciprocating internal combustion engine an increase in displacement with one if possible to allow low manufacturing costs lichen.

Diese Aufgabe wird bei einer gattungsgemäßen Einrichtung durch die im Kenn zeichen des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.This task is performed in a generic device by the in Kenn Character of claim 1 specified features solved.

Bei dem erfindungsgemäßen Vorschlag sind die Ladungs wechseleinheiten nicht in allen Zylindern an der gleichen Stelle in Bezug auf die Längsmittelachse der betreffenden Zylinderbohrung angeordnet, sondern in Längsrichtung des Zylinderkopfes mehr oder weniger versetzt. Die Größe dieses Versatzes ist naturgemäß durch die Forderung nach Unterbringung der Gaswechselöffnungen begrenzt. Diese unübliche unsymmetrische Anordnung der Gaswechselein heiten in den zugehörigen Zylindern für der vergleichs weisen kleinen Versätze wegen nur zu tendenziellen Unter schieden im Ladungswechsel- und Verbrennungs-Verhalten. Wesentlich ist jedoch, daß durch den erfindungsgemäßen Vorschlag für Brennkraftmaschinen, bei denen eine Hub raumvergrößerung durch Vergrößerung der Zylinderabstände und dadurch ermöglichte Vergrößerung der Zylinderdurch messer durchgeführt wird, die gleichen Einrichtungen zur Bearbeitung des Zylinderkopfes eingesetzt werden können. Es kann lediglich erforderlich werden, bei Änderung der Ventildurchmesser andere Werkzeuge mit entsprechendem Durchmesser zu verwenden. Die Lage der Ladungswechselein heiten und deren Antrieb bleibt jedoch unverändert. Da durch ist der Investitionsaufwand bei einer Hubraumver größerung einer bestehenden Brennkraftmaschine ver ringert.In the proposal according to the invention, the charge Exchange units are not the same in all cylinders Position in relation to the longitudinal central axis of the concerned Cylinder bore arranged, but in the longitudinal direction of the Cylinder head more or less offset. The size this offset is naturally due to the requirement for Accommodation of the gas exchange openings limited. This unusual asymmetrical arrangement of the gas changes units in the associated cylinders for the comparative show small offsets due to tendencies towards sub differed in the gas exchange and combustion behavior. It is essential, however, that the inventive Proposal for internal combustion engines where a stroke Enlargement of space by increasing the cylinder spacing and thereby enabled enlargement of the cylinder knife is carried out, the same facilities for Machining the cylinder head can be used. It may only be necessary when changing the Valve diameter other tools with appropriate Diameter to use. The location of the charge changes units and their drive remains unchanged. There is the investment in a displacement enlargement of an existing internal combustion engine wrestles.

Die Brennräume im Zylinderkopf können, wie üblich symme trisch zu den Ladungswechseleinheiten oder auch symme trisch zu den Längsmittelachsen der Zylinderbohrungen ausgebildet sein, wobei im letzteren Fall die Gaswechsel öffnungen in Längsrichtung des Zylinderkopfes verschoben im Brennraum angeordnet sind.The combustion chambers in the cylinder head can, as usual, symme trisch to the charge exchange units or also symme trisch to the longitudinal central axes of the cylinder bores be formed, the gas exchange in the latter case openings shifted in the longitudinal direction of the cylinder head are arranged in the combustion chamber.

Die Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen erläutert. Es zeigt:The invention is described below with reference to the Drawings explained. It shows:

Fig. 1 einen Längsschnitt des Zylinderblocks und des Zylinderkopfes einer Vierzylinder-Brennkraft maschine oder einer Zylinderbank einer V8-Brenn kraftmaschine gemäß dem Stand der Technik entlang Linie 1-1 in Fig. 2 in schematischer Darstellung, Fig. 1 is a longitudinal section of the cylinder block and cylinder head of a four-cylinder engine or one cylinder bank of a V8 engine according to the prior art taken along line 1-1 in Fig. 2 in a schematic representation,

Fig. 2 eine Ansicht des Zylinderkopfes der Brennkraft maschine von Fig. 1 von unten, Fig. 2 is a view of the cylinder head of the internal combustion engine of FIG. 1 from below,

Fig. 3 einen Schnitt der Zylinderbank von Fig. 1 mit vergrößertem Zylinderabstand zur Ermöglichung einer Hubraumvergrößerung, Fig. 3 shows a section of the cylinder bank of Fig. 1 with an enlarged cylinder spacing to permit displacement magnification,

Fig. 4 einen Schnitt entlang Linie 4-4 in Fig. 5 einer Zylinderbank mit einer bevorzugten Anordnung der Zylinder gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung, und Fig. 4 is a section along line 4-4 in Fig. 5 of a cylinder bank with a preferred arrangement of the cylinders according to an embodiment of the invention, and

Fig. 5 eine Ansicht des Zylinderkopfes der Zylinderbank von Fig. 4 von unten. Fig. 5 is a bottom view of the cylinder head of the cylinder bank of Fig. 4.

In den Fig. 1 und 2 ist eine Zylinderbank, bestehend aus Zylinderblock 1 und Zylinderkopf 2, in konventioneller An ordnung der Zylinder und Gaswechseleinheiten dargestellt. Der Zylinderblock 1 enthält im Ausführungsbeispiel vier Zylinderbohrungen 3, die durch Stege 4 voneinander ge trennt sind. Im Zylinderkopf 2 ist für jede Zylinderboh rung ein Brennraum 5 vorgesehen, der aus Gründen der ein facheren Darstellung als Grundfläche einen Kreis mit einem dem Zylinderdurchmesser D entsprechenden Durchmesser hat. Jeder Brennraum 5 weist im Ausführungsbeispiel eine Zünd kerzenöffnung Z sowie zwei Einlaßventilöffnungen 6 und zwei Auslaßventilöffnungen 7 auf, an die sich in Fig. 2 nur bei dem rechten äußeren Zylinder angedeutete Einlaß- und Auslaßkanäle 6a bzw. 7a anschließen und die von Ein laßventilen 8 bzw. Auslaßventilen 9 beherrscht sind. Die Einlaß- und Auslaßventile 8, 9 werden in üblicher Weise durch nicht gezeigte, im Zylinderkopf 2 gelagerte Nocken wellen betätigt.In Figs. 1 and 2, a cylinder bank, consisting shown for cylinder block 1 and cylinder head 2, in a conventional cylinder and on the gas exchange units proper. In the exemplary embodiment, the cylinder block 1 contains four cylinder bores 3 , which are separated from one another by webs 4 . In the cylinder head 2 , a combustion chamber 5 is provided for each cylinder bore, which has a circle with a diameter corresponding to the cylinder diameter D for the sake of simpler representation as base area. Each combustion chamber 5 has a spark plug opening Z in the exemplary embodiment and two inlet valve openings 6 and two outlet valve openings 7 , to which in Fig. 2 only indicated in the right outer cylinder inlet and outlet channels 6 a and 7 a and the one of a lassventilen 8 or exhaust valves 9 are controlled. The intake and exhaust valves 8 , 9 are actuated in the usual manner by not shown, mounted in the cylinder head 2 cam shafts.

Für die folgende Betrachtung werden die Einlaßöffnungen 6, die Auslaßöffnungen 7, die Einlaßventile 8, die Auslaß ventile 9 und die zugehörigen Steuerelemente für jeden Zylinder als eine Ladungswechseleinheit bezeichnet. Der Abstand zwischen den senkrecht zur Längsachse L des Zylin derkopfes 2 verlaufenden Symmetrieebenen 10 der Ladungs wechseleinheiten benachbarter Zylinder ist für alle Zylinder gleich und mit A bezeichnet. Da die Mittelachsen M der Zylinderbohrungen 3 in diesen Symmetrieebenen 10 liegen, beträgt der Abstand zwischen benachbarten Zylinderbohrungen ebenfalls A.For the following consideration, the intake ports 6 , the exhaust ports 7 , the intake valves 8 , the exhaust valves 9 and the associated controls for each cylinder are referred to as a gas exchange unit. The distance between the perpendicular to the longitudinal axis L of the Zylin derkopfes 2 planes of symmetry 10 of the charge exchange units of adjacent cylinders is the same for all cylinders and designated A. Since the central axes M of the cylinder bores 3 lie in these planes of symmetry 10 , the distance between adjacent cylinder bores is also A.

Besteht die Aufgabe, bei einer bestimmten Hubkolben-Brenn kraftmaschine gemäß den Fig. 1 und 2 den Hubraum zu ver größern, so bietet sich hierzu unter anderem die Ver größerung des Durchmessers D durch Aufbohren der Zylin derbohrungen 3 an. Ist jedoch die kleinste zulässige Breite s der Stege 4 zwischen den Zylinderbohrungen 3 erreicht, so kann eine weitere Hubraumvergrößerung durch Vergrößerung des Durchmessers nur bewerkstelligt werden, wenn die Zylinderabstände, wie in Fig. 3 dargestellt, auf einen Wert A1 vergrößert werden. Dies ermöglicht unter Beibehaltung der zulässigen Mindeststegbreite s eine Ver größerung der Durchmesser der Zylinderbohrungen 3 auf den Wert D1. Wenn nun in konventioneller Weise die Ladungs wechseleinheiten der einzelnen Zylinder symmetrisch zu den zugehörigen Zylinderbohrungen 3 angeordnet werden, wie dies in Fig. 3 dargestellt ist, so hat dies erhebliche konstruktive Änderungen des Zylinderkopfes 2 zur Folge und es ist ein hoher Investitionsaufwand für die Fertigungs einrichtungen des Zylinderkopfes erforderlich, da sich der Abstand zwischen den Ladungswechseleinheiten benachbarter Zylinder von dem Wert A in den Fig. 1 und 2 auf den Wert A1 in Fig. 3 vergrößert hat.There is the task to increase the displacement in a particular reciprocating internal combustion engine according to FIGS . 1 and 2, so this offers, among other things, the increase in diameter D by drilling the cylinder holes 3 at. However, if the smallest permissible width s of the webs 4 between the cylinder bores 3 has been reached, a further increase in displacement can only be achieved by increasing the diameter if the cylinder distances, as shown in FIG. 3, are increased to a value A1. This allows the diameter of the cylinder bores 3 to be increased to the value D1 while maintaining the permissible minimum web width s. If, in a conventional manner, the charge exchange units of the individual cylinders are arranged symmetrically to the associated cylinder bores 3 , as shown in FIG. 3, this has considerable structural changes to the cylinder head 2 and it is a high investment for the manufacturing facilities of the cylinder head is necessary because the distance between the charge exchange units of adjacent cylinders has increased from the value A in FIGS. 1 and 2 to the value A1 in FIG. 3.

In den Fig. 4 und 5 ist nur eine Möglichkeit aufgezeigt, wie sich eine Hubraumvergrößerung durch Vergrößerung der Durchmesser der Zylinderbohrungen 3 mit wesentlich ge ringerem Investitionsaufwand verwirklichen läßt. Zwar wird hier wie bei der Ausführung gemäß Fig. 3 ein größerer Zylinderabstand A1 und der dadurch ermöglichte größere Zylinderdurchmesser D1 festgelegt, jedoch werden die bei dem Zylinderkopf gemäß den Fig. 1 und 2 festgelegten Abstände A zwischen den Ladungswechseleinheiten benachbarter Zylinder beibehalten. Dadurch kommen, wie insbesondere aus Fig. 5 ersichtlich ist, die Ladungswechseleinheiten in eine in Bezug auf die Längsmittelachse M ihrer Zylinder unsymmetrische Lage. Durch die Beibehaltung des Abstandes A zwischen den Ladungswechseleinheiten benachbarter Zylinder kann die gleiche Fertigungsstraße für die Be arbeitung des Zylinderkopfes verwendet werden, wie bei der Ausführung gemäß den Fig. 1 und 2, von der ausgegangen wurde.In Figs. 4 and 5 only one possibility is shown how an increase in capacity can be by increasing the diameter of the cylinder bores 3 with substantially realize ge lesser capital investment. Although a larger cylinder spacing A1 and the larger cylinder diameter D1 that is made possible as a result is determined here, as in the embodiment according to FIG. 3, the distances A between the charge exchange units of adjacent cylinders, which are defined in the cylinder head according to FIGS. 1 and 2, are retained. As a result, as can be seen in particular from FIG. 5, the charge exchange units come into an asymmetrical position with respect to the longitudinal central axis M of their cylinders. By maintaining the distance A between the gas exchange units of adjacent cylinders, the same production line can be used for machining the cylinder head as in the embodiment according to FIGS. 1 and 2, which was assumed.

Wie aus den Fig. 4 und 5 ersichtlich ist, sind alle Ladungs wechseleinheiten gegenüber den Längsmittelachsen der zu gehörigen Zylinderbohrungen in Längsrichtung des Zylinder kopfes versetzt. Dadurch wird die Differenz zwischen den Zylinderabständen A1 und den Abständen A auf alle Zylinder aufgeteilt. Würde bei einem Zylinder die Längsmittelachse M der Zylinderbohrung in der Symmetrieebene 10 der zuge hörigen Ladungswechseleinheit liegen, so würde sich für den von diesem Zylinder am weitesten entfernten Zylinder ein so großer Versatz ergeben, daß die Unterbringung von Ein- und Auslaßöffnungen mit der gleichen Größe wie bei den anderen Zylindern nicht mehr möglich wäre.As can be seen from FIGS . 4 and 5, all charge exchange units are offset relative to the longitudinal central axes of the associated cylinder bores in the longitudinal direction of the cylinder head. As a result, the difference between the cylinder distances A1 and the distances A is divided between all cylinders. If the longitudinal center axis M of the cylinder bore were in the plane of symmetry 10 of the associated charge exchange unit for a cylinder, there would be such a large offset for the cylinder most distant from this cylinder that the accommodation of inlet and outlet openings with the same size as would no longer be possible with the other cylinders.

Claims

1.Method for increasing the displacement of a valve-controlled reciprocating internal combustion engine with at least one cylinder block which contains a plurality of cylinder bores, the longitudinal center axes of which are arranged at equal distances from one another, and a cylinder head which has a combustion chamber with an ignition or injection device and one for each cylinder bore Charge exchange unit, consisting of inlet and outlet openings and channels as well as these dominating inlet and outlet valves and the associated valve controls, the same distances between charge exchange units of adjacent cylinders are easily seen, characterized in that while maintaining the distances between the charge exchange units of neighboring Cylinder and while maintaining the web widths between adjacent cylinder bores, the distance between the longitudinal central axes of adjacent cylinder bores is increased ver.

2. The method according to claim 1, characterized in that all charge exchange units compared to the longitudinal means axes of the associated cylinder bores in the longitudinal direction direction of the cylinder head.