DE3913844A1 - Brennkraftmaschine mit mindestens einer obenliegenden nockenwelle - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Brennkraftmaschine entsprechend dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Eine Brennkraftmaschine dieser Art ist in der US-PS 44 30 968 beschrieben. Wie in dieser Patentschrift ausge­ führt, muß bei derartigen Brennkraftmaschinen häufig ein Kompromiß zwischen der Lage der Nockenwelle(n) bzw. der Befestigungsstellen ihrer Lagerdeckel und der Lage der zur Befestigung des Zylinderkopfes am Zylinderblock dienenden Schrauben getroffen werden, da diese Lagen oftmals übereinstimmen, so daß es nicht möglich ist, den Zylinderkopf zusammen mit der Nockenwelle bzw. den Nockenwellen vorzumontieren und diese Einheit dann auf den Zylinderblock aufzuschrauben. Vielmehr muß zuerst der Zylinderkopf auf den Zylinderblock aufgeschraubt und dann die Nockenwelle auf den Zylinderkopf montiert werden. Ein Nachziehen der Zylinderkopfschrauben ist dabei erst nach Demontage der Nockenwelle(n) möglich. Um diesen Nachteil zu vermeiden, ist bei der bekannten Aus­ führung an den Stellen, an denen sich die optimale Lage für die Zylinderkopfschrauben befindet, eine Bohrung vorgesehen, die sich durch den Lagerdeckel und quer durch die Nockenwelle erstreckt und in eine Bohrung größeren Durchmessers im Zylinderkopf mündet. Dadurch ist es möglich, den Zylinderkopf und die Nockenwelle(n) vorzumontieren und diese Einheit mit dem Zylinderblock zu verschrauben. Allerdings wird diese Möglichkeit mit einem erheblichen Aufwand erkauft, da sonst nicht er­ forderliche Bohrungen im Lagerdeckel und in der Nocken­ welle vorgesehen werden müssen, die Bohrung im Lager­ deckel durch ein eigenes Bauteil abgeschlossen werden muß und die Verschraubung des Zylinderkopfes mit dem Zylinderblock mittels einer Mutter erfolgen muß, die vor Montage der Nockenwelle in die Bohrung größeren Durch­ messers im Zylinderkopf eingelegt wurde, da der Durch­ messer der Nockenwelle nicht ausreicht, um eine so große Querbohrung vorzusehen, daß der Schraubenkopf oder eine Mutter hindurchgeführt werden kann. Nachteilig ist bei dieser bekannten Ausführung auch, daß ein sehr hoher Aufwand für eine ausreichende Schmierung der Nocken­ wellenlager erforderlich ist, da durch die genannte, die Lagerfläche durchsetzende Bohrung die tragende Fläche des Lagers verringert wird und überdies die Bildung eines Schmierölkeils in Frage gestellt ist.

Eine andere Möglichkeit, eine vormontierte Einheit aus Zylinderkopf und Nockenwelle(n) auf den Zylinderblock aufzuschrauben, ist aus der EP-PS 00 98 180 bekannt. Hierbei ist der Lagerdeckel der Nockenwellenlager mit einer Öffnung versehen, die zwischen der Nockenwelle und einer Befestigungsschraube des Lagerdeckels am Zylinder­ kopf angeordnet ist und für den Durchgang einer Kopf­ schraube bestimmt ist, mit welcher der Zylinderkopf am Zylinderblock befestigt wird. Nachteilig ist hierbei vor allem, daß sich die genannte Befestigungsschraube in einem relativ großen Abstand von der Nockenwelle be­ findet und der Lagerdeckel überdies durch die Durch­ gangsbohrung im Bereich zwischen dieser Schraube und der Nockenwelle geschwächt ist, so daß Verformungen des Lagerdeckels durch die auf die Nockenwelle wirkenden, von den Ventilfedern und den zu beschleunigenden Massen herrührenden Kräfte nicht ausgeschlossen werden können und zu einer entsprechend steifen und schweren Aus­ bildung des Lagerdeckels zwingen.

Zur Vermeidung der geschilderten Nachteile ist es auch bekannt (DE-OS 35 41 700), mindestens eine Lagerdeckel­ schraube und mindestens eine Zylinderkopfschraube mit­ einander fluchtend anzuordnen und die Lagerdeckel­ schraube mit einer axialen Durchgangsbohrung zu ver­ sehen, durch welche die Zylinderkopfschraube oder ein zum Festziehen dieser Schraube dienendes Werkzeug hin­ durchführbar ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Brenn­ kraftmaschine der gattungsgemäßen Art zu schaffen, bei der die Nockenwellenlagerung von der Verschraubung der aus Zylinderkopf und Nockenwelle(n) bestehenden Einheit am Zylinderblock völlig unbeeinflußt ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Zylinderkopfschrauben schräg zur Längsmittelebene des Zylinderblocks angeordnet sind.

Durch diese Schrägstellung der Zylinderkopfschrauben wird es möglich, diese Schrauben bzw. ein zum Festziehen dieser Schrauben dienendes Werkzeug an der Nockenwelle bzw. den Nockenwellen seitlich vorbeizuführen. Dadurch, daß die Lage der Zylinderkopfschrauben von der Lage der Nockenwellen-Lagerdeckel und deren Verschraubung unab­ hängig ist, können die Zylinderkopfschrauben in optimalen Positionen angeordnet werden.

Die Zylinderkopfschrauben können derart schräg gestellt sein, daß sie zum Zylinderblock hin relativ zur Längs­ mittelebene nach innen oder nach außen verlaufen. Be­ sonders vorteilhaft ist es, die Schrauben nach außen zu verlaufend anzuordnen, also derart, daß ihr Abstand von der Längsmittelebene im Bereich der Abstützflächen am Zylinderkopf kleiner ist als im Bereich der Gewinde­ löcher im Zylinderblock. Dadurch ergibt sich eine Reihe von Vorteilen. So ist der Abstand zwischen den Auflage­ flächen gegenüberliegender Zylinderkopfschrauben am Zylinderkopf gegenüber einer Parallelanordnung der Zylinderkopfschrauben erheblich verringert, was eine hohe Steifigkeit des Zylinderkopfes und eine geringere Verformung des Kopfes im Stegbereich zwischen zwei Zylindern aufgrund der Zünddrücke zur Folge hat. Durch den genannten geringeren Abstand kann die Baubreite und damit auch das Gewicht des Zylinderkopfes verringert werden, zumal durch den schrägen Verlauf der Schrauben im Zylinderkopf der Abstand des Saugrohrflansches und des Auspuffflansches zur Zylinderkopfmitte verringert werden kann.

Vorzugsweise sind die Gewindelöcher im Zylinderblock nicht, wie üblich, im direkten Anschluß an die Fläche des Zylinderblocks angeordnet, auf dem der Zylinderkopf sitzt, sondern in einem Abstand von dieser Fläche. Durch die Schrägstellung der Zylinderkopfschrauben ergibt sich damit ein mit größer werdendem Abstand von der genannten Fläche immer größer werdender Abstand der Gewindelöcher von der Zylinderbohrung, so daß ein freier Querschnitt für den Durchtritt eines Kühlmittels zwischen der Wand der Zylinderbohrung, gegebenenfalls auch einer Lauf­ büchse, und der das Gewindeloch aufnehmenden Pfeife entsteht. Das Gewindeloch ist vorzugsweise in der Ebene des Bodens des Kühlwassermantels, gegebenenfalls sogar erst im Zylinderkurbelgehäuse im Bereich der Hauptlagerstühle für die Kurbelwelle angeordnet.

Die bevorzugte Schrägstellung der Zylinderkopfschrauben, also ein Verlauf vom Zylinderkopf zum Zylinderblock schräg nach außen, ermöglicht auch die Anordnung der Zylinderkopfschrauben in den Zwickeln zwischen be­ nachbarten Zylinderbohrungen, so daß eine besonders günstige Aufnahme der auf den Zylinderkopf wirkenden Zünddrücke im Stegbereich der Zylinder erreicht wird.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. Es zeigt:

Fig. 1 eine Teil-Draufsicht einer Mehrzylinder-Brenn­ kraftmaschine mit abgenommenem Zylinderkopf­ deckel, und

Fig. 2 einen Schnitt entlang Linie 2-2 in Fig. 1.

Die in den Zeichnungen dargestellte Brennkraftmaschine weist einen Zylinderblock 1 mit Zylinderbohrungen 2 und diese teilweise umgebenden Kühlwasserräumen 3 auf, auf dessen Planfläche 4 ein Zylinderkopf 5 unter Zwischen­ schaltung einer Zylinderkopfdichtung 6 aufgesetzt ist. Der Zylinderkopf 5 wird am Zylinderblock 1 mit Schrauben 7 befestigt, die mit ihren Köpfen 8 auf Abstützflächen 9 am Zylinderkopf 5 aufliegen, sich durch Bohrungen 10 im Zylinderkopf 5 erstrecken und in Gewindelöcher 11 im Zylinderblock 1 eingeschraubt sind. Auf dem Zylinderkopf 5 sind im Ausführungsbeispiel eine Einlaßnockenwelle 12 und eine Auslaßnockenwelle 13 gelagert, deren Nocken 14 bzw. 15 die jeder Zylinderbohrung zugeordneten Einlaß- bzw. Auslaßventile betätigen. Die von den Einlaßventilen beherrschten Einlaßkanäle 16 gehen von einem Saugrohr­ flansch 17 aus, und die von den Auslaßventilen be­ herrschten Auslaßkanäle 18 münden in einen Auspuffflansch 19. Die Nockenwellen 12 und 13 sind in Lagern gelagert, deren Lagerdeckel mit 20 bzw. 21 be­ zeichnet sind.

Die Zylinderkopfschrauben 7 sind in üblicher Weise zu beiden Seiten einer durch die Mittelachsen der Zylin­ derbohrungen 2 gelegten Längsmittelebene L angeordnet, verlaufen jedoch nicht wie üblich parallel, sondern, wie insbesondere aus Fig. 2 ersichtlich ist, schräg zu dieser Ebene, und zwar derart, daß ihr Abstand von der Längsmittelebene L im Bereich der Abstützflächen 9 am Zylinderkopf 5 kleiner ist als im Bereich der Gewinde­ löcher 11 im Zylinderblock 1. Durch diese Schräg­ stellung wird eine Reihe von Vorteilen erzielt. So können die Zylinderkopfschrauben auch bei kleinem Ventilwinkel von z.B. jeweils 13° an den optimalen Stellen plaziert werden, ohne daß besondere Maßnahmen getroffen werden müssen, um das Einführen und Festziehen der Schrauben zu ermöglichen. Kleine Ventilwinkel er­ geben kompakte Brennräume mit kleinem Oberflächen- Volumenverhältnis, wodurch der Verbrennungsablauf be­ günstigt wird. Durch den geringen Abstand zwischen den Auflageflächen 9 gegenüberliegender Schraubenköpfe 8 erhält der Zylinderkopf eine hohe Steifigkeit, womit insbesondere die Verformung im Stegbereich zwischen zwei Zylinderbohrungen durch den Zünddruck verringert wird. Die Schrägstellung der Zylinderkopfschrauben gestattet es ferner, den Saugrohrflansch 17 und den Auspuffflansch 19 in geringerem Abstand von der Längsmittelebene L als bisher anzuordnen, wodurch die Gesamtbreite des Zylin­ derkopfes und damit auch dessen Gewicht verringert wird. Ein weiterer Vorteil der schräggestellten Zylinderkopf­ schrauben besteht darin, daß sich die Gewindelöcher 11 mit größer werdendem Abstand von der Planfläche 4 immer weiter von den Zylinderbohrungen 2 entfernen, wodurch zwischen den Gewindelöchern und der Wand der Zylinder­ bohrung ein freier Querschnitt für den Durchtritt von Kühlwasser in Längsrichtung entsteht. Daher sind, wie aus Fig. 2 ersichtlich, die Gewindelöcher 11 in einem verhältnismäßig großen Abstand von der Planfläche 4 angeordnet, und zwar vorzugsweise im Bodenbereich der Kühlwasserräume 3.

Besonders kleine Ventilwinkel lassen sich verwirklichen, wenn die Nockenwelle oder die Nockenwellen im Bereich der Zylinderkopfschrauben mit Abflachungen versehen ist bzw. sind. Dies ist für die Einlaßnockenwelle 12 vorge­ sehen, die, wie ersichtlich, zwei gegenüberliegende Ab­ flachungen 22 aufweist, welche das Einführen und Fest­ ziehen der in Fig. 2 rechten Zylinderkopfschrauben 7 er­ möglichen, wie dies durch die gestrichelten Linien 23 veranschaulicht ist.

Die Zugänglichkeit der Zylinderkopfschrauben bei kleinen Ventilwinkeln ließe sich grundsätzlich auch dann er­ reichen, wenn die Schrauben nicht, wie dargestellt, nach außen, sondern nach innen schräggestellt sind, also ihr Abstand von der Längsmittelebene L im Bereich der Schraubenköpfe größer ist als im Bereich der Gewinde­ löcher. Allerdings gehen damit die erwähnten Vorteile hinsichtlich der Baubreite und der Steifigkeit verloren. Andererseits werden die Verhältnisse im Zylinderblock hinsichtlich der Anordnung der Kühlflüssigkeitsräume verbessert.

Die Erfindung ist auch für eine Brennkraftmaschine mit nur einer obenliegenden Nockenwelle verwendbar, wie dies in Fig. 2 bei 24 gestrichelt angedeutet ist.

Claims (5)

1. Brennkraftmaschine mit einem Zylinderblock (1) und einem Zylinderkopf (5), auf dem mindestens eine Nockenwelle (12, 13) gelagert ist und der mit dem Zylinder (1) durch Schrauben (7) verbunden ist, die zu beiden Seiten einer durch die Mittelachsen der Zylinderbohrungen (2) gelegten Längsmittelebene (L) vorgesehen sind und einerseits mit Abstützflächen (9) am Zylinderkopf (5) zusammenwirken und sich anderer­ seits durch den Zylinderkopf (5) hindurch in Gewinde­ löcher (11) im Zylinderblock (1) erstrecken, dadurch gekennzeichnet, daß die Schrauben (7) schräg zur Längsmittelebene (L) angeordnet sind.

2. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand der Schrauben (7) von der Längsmittelebene (L) im Bereich der Abstütz­ flächen (9) am Zylinderkopf (5) kleiner ist als im Bereich der Gewindelöcher (11) im Zylinderblock (1).

3. Brennkraftmaschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Gewindelöcher (11) in einem Abstand von der Fläche (4) des Zylinderblocks (1) angeordnet sind, auf der der Zylinderkopf (5) sitzt.

4. Brennkraftmaschine nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schrauben in den Zwickeln zwischen benachbarten Zylinderbohrungen (2) ange­ ordnet sind.

5. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Nockenwelle (12) in der Ebene der benachbarten Zylinderkopfschrauben (7) mindestens eine Abflachung (22) aufweist.