DE3943727C2 - Zylinderkopf einer Brennkraftmaschine - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft einen Zylinderkopf einer Brennkraftmaschine gemäß dem
Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
In der CH-Z "Automobil Revue" Nr. 20 vom 13. Mai 1993 ist auf Seite 28 ein
gattungsgemäßer Zylinderkopf eines Dieselmotors aus dem Jahre 1935 offenbart.
Dieser weist vier von einer seitlich und unten liegenden Nockenwelle betätigte, parallel
zueinander hängende Ventile pro Zylinder auf, wobei etwa zentral zwischen den
Ventilen eines Zylinders eine Einspritzvorrichtung für Kraftstoff angeordnet ist.
Zur Erhöhung der im Vergleich zu Ottomotoren vergleichsweise niedrigen spezifischen
Werte für Leistung und Drehmoment ist es allgemeiner Stand der Technik bei
Dieselmotoren, diese z. B. mit einem Abgasturbolader aufzuladen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Zylinderkopf einer selbstzündenden
Brennkraftmaschine so zu gestalten, daß dadurch verbesserte Werte für Leistung und
Drehmoment sowie günstige Abgaswerte erreicht werden.
Diese Aufgabe wird bei einer gattungsgemäßen Einrichtung durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen genannt.
Wenn bei einer Brennkraftmaschine vom selbstzündenden Typ die Ventile von zwei
oben liegenden Nockenwellen unter Zwischenschaltung von Tassenstößeln betätigt
werden, so ist dadurch die für eine Erhöhung der spezifischen Werte erforderliche
Anhebung des Drehzahlniveaus schädliche Masse bewegter Stoßstangen und
Kipphebel oder dgl. vermieden und ein drehzahlfester Ventiltrieb möglich. Sind die
Nockenwellen dabei in einem lösbar am Zylinderkopfgehäuse gehaltenen Träger
gelagert, so sind gute Voraussetzungen für eine hochfeste Gestaltung des
Zylinderkopfes gegeben, die aufgrund der bei Selbstzündern üblichen hohen
Verdichtungsverhältnisse und Verbrennungsdrücke notwendig ist.
Der lösbare Träger gestattet eine optimale Lage der erforderlichen Verschraubung in
Bereichen maximaler Festigkeit.
Eine den Träger umschließende, auf einen Flansch des Zylinderkopfgehäuses
aufliegende Haube unterdrückt wirkungsvoll die Schallabgabe durch das
vergleichsweise laute Verbrennungsgeräusch von Selbstzündern.
In vorteilhafter Ausgestaltung weist der Träger oberhalb der Zylinder
Durchgangsöffnungen zur Aufnahme eines Tubus auf, in welchen die
Einspritzvorrichtung eingesetzt ist.
Zusammen mit einer abgedichteten Anordnung dieses Tubus an seinen beiden Enden
ist somit eine Abtrennung des Bereiches der Einspritzvorrichtung vom Schmieröl
führenden Ventiltrieb erreicht.
Die Anordnung des oberen Endes des Tubus in einer Öffnung der Haube gewährleistet
eine einwandfreie Zugänglichkeit zur Montage bzw. Demontage der
Einspritzvorrichtung.
Von weiterem Vorteil bei dieser Erfindung ist es, daß sowohl die Nockenwellenlagerung
als auch die der Führung der Tassenstößel dienenden Aufnahmen aus dem
Zylinderkopfgehäuse herausgelöst sind. Dadurch ist die dem Brennraum zugewandte
Unterseite und die dieser Unterseite gegenüberliegende Zylinderkopfdeckseite
aufgrund der einfachen Formgebung in einem gemeinsamen Gußverfahren, z. B.
Kokillenguß herstellbar. Das dabei entstehende Gußgefüge weist eine große
Homogenität und gegenüber den bekannten Lösungen verbesserte
Werkstoffkennwerte auf. Das Risiko von Rißbildungen im Zylinderkopfgehäuse ist
dadurch deutlich verringert.
Der Träger ist unabhängig vom Zylinderkopfgehäuse im Druckgußverfahren herstellbar
und anschließend kostengünstig zu bearbeiten. Trägerober- und -unterteil umfassen
jeweils Teile eines Mittelsteges sowie Teile von mehreren Querstegen. Zur Aussteifung
der Querstege sind keine gesonderten, gewichtserhöhenden Längsstege im Träger
angeordnet, vielmehr wird diese Funktion von beiderseits des Mittelsteges im
Trägerunterteil verlaufenden Streben übernommen, die Tassenstößel führende
Aufnahmen umfassen, welche untereinander über Brücken verbunden sind. Jede
Aufnahme ist wiederum über mindestens eine Stütze an dem im Trägerunterteil
verlaufenden Teil des Mittelsteges abgestützt. Bei einer bevorzugten Anwendung in
einer Brennkraftmaschine mit jeweils zwei Einlaß- und zwei Auslaßventilen pro Zylinder
sind die der Tassenstößellagerung dienenden, paarweise zusammenwirkenden
Aufnahmen eines Zylinders über eine als Rippe ausgebildete Brücke miteinander
verbunden, während die Brücke zwischen zu benachbarten Zylindern gehörenden
Aufnahmen als Lagerunterteile von Lagern für zwei Nockenwellen ausgebildet ist.
Somit entsteht ein leichtgewichtiger steifer Träger, dessen Streben durch ihre
Gestaltung zur Aussteifung des Trägers beitragen und als Lagerung für Tassenstößel
wirken.
In einer anderen Ausführung der Erfindung sind die paarweise zusammenwirkenden
Aufnahmen eines Zylinders über eine als Lagerunterteil eines Lagers einer
Nockenwelle ausgebildete Brücke verbunden, wobei die Brücke zwischen zu
benachbarten Zylindern gehörende Aufnahmen über eine als Rippe ausgebildete
Brücke verbunden sind.
In beiden Ausführungen der Erfindung erweitert sich der Mittelsteg oberhalb jedes
Zylinders kreisringförmig zu mindestens einem Ringelement. Die von den
Ringelementen gebildeten Durchgangsöffnungen gestatten das Montieren einer
Zündkerze oder einer Einspritzvorrichtung. Bei einer weiteren Ausführung mit zwei
Ringelementen oberhalb jedes Zylinders läßt sich beispielsweise eine Doppelzündung
realisieren.
Bei allen Ausführungen der Erfindung ist die Kontur des Trägeroberteils der des
Trägerunterteils angepaßt d. h., es trägt eine dementsprechende Anzahl von
Ringelementen im Mittelsteg und die Lageroberteile für die Lager der Nockenwellen
sind jeweils über den als Lagerunterteil ausgebildeten Brücken des Trägerunterteiles
angeordnet. Zur weiteren Aussteifung des Trägers können im Trägeroberteil zwischen
den Querstegen Versteifungsrippen angeordnet sein. Er ist somit vorteilhaft bei selbst-
wie auch bei fremdgezündeten Brennkraftmaschinen mit einfacher oder doppelter
Zündkerzenanordnung verwendbar.
Ein weiterer Vorteil ist darin zu sehen, daß durch die Erfindung große Freiheiten bei der
Ventillage bezüglich des Brennraumes sowie bei der Anordnung der
Zylinderkopfschrauben gegeben sind. Bei einer Brennkraftmaschine mit vier Ventilen pro
Zylinder, die sphärisch zum Brennraum angeordnet sind, ist eine
beanspruchungsgerechte und leicht zugängliche Anordnung der Zylinderkopfschrauben
bei im Zylinderkopfgehäuse angeordneten Tassenstößelführungen und gleichzeitiger
Forderung nach geringster Baulänge der Brennkraftmaschine nicht zu erfüllen. Erst das
erfindungsgemäße Herauslösen der Nockenwellenlagerung und der Tassenstößel
ermöglicht freie Zugänglichkeit zu den als Durchgangsöffnung für die
Zylinderkopfschrauben dienenden Bohrungen im Zylinderkopfgehäuse und ermöglicht
eine belastungsgerechte Anordnung dieser Bohrungen in Bereichen maximaler
Festigkeit des darunterliegenden Zylinderblockes.
Die Zylinderkopfmontage erfordert zunächst das Einführen der Ventile in das
Zylinderkopfgehäuse und das Anbringen der Zylinderkopfschrauben. Anschließend
werden die Ventilfedern sowie die Ventilteller angebracht. Im Anschluß daran kann
entweder der komplett vormontierte Träger als gesamte Einheit auf das
Zylinderkopfgehäuse geschraubt werden oder aber dessen Einzelteile
aufeinanderfolgend montiert werden. Im letzten Fall werden zunächst das
Trägerunterteil eingelegt und die Tassenstößel in die Aufnahmen geführt.
Anschließend werden die Nockenwellen eingelegt und das Trägeroberteil auf das
Trägerunterteil geschraubt, ebenso wie der gesamte Träger auf das
Zylinderkopfgehäuse.
Der Träger kann komplett maschinell vormontiert werden und anschließend maschinell
am Zylinderkopfgehäuse angebracht werden.
Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand der nachfolgend
aufgeführten Figuren erläutert.
Es zeigt:
Fig. 1 eine Draufsicht eines Zylinderkopfes, unterteilt in aufeinander folgende
Abschnitte der Montage,
Fig. 2 einen Schnitt entlang der Linie II-II gemäß Fig. 1,
Fig. 3 einen Schnitt entlang der Linie III-III gemäß Fig. 1,
Fig. 4 einen Schnitt entlang der Linie IV-IV gemäß Fig. 1 und
Fig. 5 eine weitere Ausführung der Erfindung.
Der Zylinderkopf 1 einer mehrzylindrigen Brennkraftmaschine weist ein auf einem
Zylinderblock 2 angeordnetes Zylinderkopfgehäuse 3 und einen darauf montierten
Träger 4 auf, in dem Nockenwellen 5 in Lagern 6 angeordnet sind. Der Zylinderkopf 1
weist pro Zylinder vier sphärisch angeordnete Ventile 7 mit ihnen zugeordneten Federn
8 und Federtellern 9 auf. Die Ventile 7 werden von konischen Nocken 10 unmittelbar
über Tassenstößel 11 betätigt. Die Mittellängsachsen V der Ventile 7, entlang derer die
Ventile 7 bewegt werden, schneiden die Mittellängsachsen N der jeweiligen
Nockenwelle 5.
Der Träger besteht aus einem Trägeroberteil 12 und einem Trägerunterteil 13. Ferner
weist der Träger 4 einen als Längssteg 14 verlaufenden Mittelsteg 15 auf, der parallel
zur Kurbelwelle der Brennkraftmaschine verläuft und im Trägeroberteil 12 sowie im
Trägerunterteil 13 ausgebildet ist. Beiderseits des Mittelsteges 15 und parallel dazu
beabstandet verlaufen im Trägerunterteil 13 Streben 16, die aus Aufnahmen 17 für die
Tassenstößel 11 und diese Aufnahmen 17 verbindende Brücken 18 gebildet sind. Die
Aufnahmen 17 sind koaxial zu den Mittellängsachsen V der Ventile 7 angeordnet.
Quer zu dem Mittelsteg 15 und den Streben 16 verlaufen Querstege 19, die im
Trägeroberteil 12 und im Trägerunterteil 13 ausgebildet sind. In der zwischen
Trägeroberteil 12 und Trägerunterteil 13 verlaufenden, planen Trennebene 20
verlaufen die Mittellängsachsen N der Nockenwellen 5. Die Lager 6 sind jeweils aus
Lageroberteil 21 im Trägeroberteil 12 und als Lagerunterteil 22 im Trägerunterteil 13
gebildet.
Jede Aufnahme 17 ist über mindestens eine Stütze 23 am Trägerunterteil 13
angebunden. Die Streben 16 verlaufen mit den Stützen 23 unterhalb der Trennebene
20.
Oberhalb jedes Zylinders der Brennkraftmaschine erweitet sich der Mittelsteg 15
kreisringförmig zu einem Ringelement 24, welches dabei eine Durchgangsöffnung 25
umschließt und konzentrisch zur Zylinderlängsachse Z angeordnet ist. Sie ermöglicht
das Einschieben eines Tubus 26, der den Zugang zu einer Zündkerze 27 ermöglicht.
Im Träger 4 ist ein Schmiermittelkanalsystem angeordnet, welches an den
Schmierölkreislauf der Brennkraftmaschine angeschlossen ist. Dieses System umfaßt
Kanäle 28, 29, 30, wobei die Kanäle 28, 29 innerhalb des Trägeroberteiles 12 im
Mittelsteg 15 und in den Querstegen 19 verlaufen und die Kanäle 30 in den Stützen 23
angeordnet sind. Der Kanal 28 ist an einer nicht gezeigten, beliebigen Stelle an den
Schmierölkreislauf der Brennkraftmaschine angeschlossen und dient als Verteiler für
das Schmieröl in die Kanäle 29, 30. Die Durchgangsöffnungen 25 werden vom Kanal
28 gleichmäßig umströmt, so daß die im Bereich der Ringelemente 24 an das
Trägerunterteil 13 angeschlossene Kanäle 30 die Aufnahmen 17 mit Schmieröl zur
Führung der Tassenstößel versorgen. Im Bereich der Querstege 19 zweigen Kanäle 29
vom Kanal 28 ab und führen Schmieröl zu den Lagern 6 der Nockenwellen 5. Die
Brücken 18 sind zwischen den zu einem Zylinder gehörenden Aufnahmen 17 als
Rippen 31 ausgeführt. Diese Rippen 31 können entfallen, wenn bei einem geringen
Abstand der zugehörigen Aufnahmen 17 diese direkt zusammengegossen werden.
Zwischen zwei nebeneinanderliegenden, zu benachbarten Zylindern gehörenden
Aufnahmen 17 sind die Brücken 18 als die Lagerunterteile 22 ausgeführt. Im Bereich
dieser Lagerunterteile 22 sind zwischen den Streben 16 verlaufend die Querstege 19
angeordnet und einteilig mit den Lagerunterteilen 22 ausgeführt. Unterhalb der
Lagerunterteile 22 weisen die Querstege 19 Vorsprünge 22 auf, die dafür sorgen, daß
die benachbart eines Quersteges 19 liegenden Aufnahmen 17 über ihre gesamte
Bauhöhe steif miteinander verbunden sind.
In dem im Trägeroberteil 12 verlaufenden Teil der Querstege 19 sind die Lageroberteile
21 ausgebildet. Beiderseits der Lageroberteile 21 und im Bereich des Mittelsteges 15
sind im Trägeroberteil 12 Bohrungen 33 angeordnet, die gemeinsam mit weiteren
Bohrungen 33 im Trägerunterteil 13 und im Zylinderkopfgehäuse 3
Schraubverbindungen 34, 35 ermöglichen.
Beim Zusammenbau des zuvor beschriebenen Teiles wird zunächst das
Zylinderkopfgehäuse 3 mit Zylinderkopfschrauben 36 am Zylinderblock 2 befestigt,
nachdem die Ventile 7 in entsprechende Führungen geschoben wurden. Zur Aufnahme
der Zylinderkopfschrauben 36 sind im Zylinderkopfgehäuse 3 Bohrungen 37
vorgesehen. Anschließend werden die Federn 8 und die Federteller 9 an den Ventilen
7 angebracht. Zu diesem Zeitpunkt ergibt sich das in Fig. 1 in dem mit A bezeichneten
Abschnitt dargestellte Bild für den gesamten Zylinderkopf. Im Anschluß daran kann, wie
bereits in der Beschreibungseinleitung erwähnt, der komplett mit den Nockenwellen 5
und den Tassenstößels 11 bestückte Träger 4 als gesamte Einheit oder aber in
Einzelteilen aufeinanderfolgend montiert werden. Letztere Möglichkeit wird im
folgenden näher beschrieben.
Das Trägerunterteil 13 wird zunächst an drei Berührungsflächen 38 auf das
Zylinderkopfgehäuse 3 gelegt, anschließend werden die Tassenstößel 11 in die
Aufnahmen 17 geschoben. Es ergibt sich das in dem mit B bezeichneten Abschnitt in
Fig. 1 dargestellte Bild für den Zylinderkopf.
Nach dem Einlegen der Nockenwellen 5 in die Lagerunterteile 22 (Abschnitt C in Fig. 1)
wird das Trägeroberteil 12 mit den Schraubverbindungen 34 am Trägerunterteil 13
fixiert. Die Schraubverbindungen 35 durchdringen die Berührungsflächen 38 und
verspannen das Trägerunterteil 13 zwischen Zylinderkopfgehäuse 3 und Trägeroberteil
12 und befestigen den Träger 4 im Zylinderkopf 1 (Abschnitt D in Fig. 1). Abschließend
wird eine Haube 39 auf den Zylinderkopf 1 aufgesetzt. Diese Haube 39 umschließt den
Träger 4 U-förmig und liegt auf einem Flansch 40 auf, der gemeinsam mit den
Berührungsflächen 38 bearbeitet werden kann. Vorteilhafterweise ist die zwischen
Haube und Flansch 40 liegende Fläche völlig plan und weist keinerlei Bohrungen auf,
so daß eine einfache Abdichtung möglich ist.
In die Durchgangsöffnung 25 wird der Tubus 26 gesteckt, der den Zündkerzenbereich
mittels zweier Dichtungen 41 in einer Öffnung 42 der Haube 39 und in einer Halterung
43 im Zylinderkopfgehäuse 3 abdichtet. Die Anordnung der Schraubverbindungen 34,
35 in der Ebene, in der die Zylinderkopfschrauben angeordnet sind, ermöglicht eine
optimale, belastungsgerechte Krafteinleitung vom Träger 4 bis in den Zylinderblock 2.
Gemäß Fig. 5 sind bei einer weiteren Ausführung der Erfindung die Querstege 19
oberhalb jedes Zylinders der Brennkraftmaschine angeordnet und nehmen dabei
jeweils ein Ringelement 14 auf. Jeweils zwei einem Zylinder zugeordnete Aufnahmen
17 sind unterhalb eines als Brücke wirkenden Lagerunterteiles 22 zusammengegossen.
Zwei nebeneinanderliegende, zu benachbarten Zylinder gehörende Aufnahmen 17 sind
durch eine Rippe 31 verbunden.
Claims (4)
1. Zylinderkopf einer mehrzylindrigen Brennkraftmaschine vom Typ Selbstzünder, mit
vier Ventilen pro Zylinder und einer etwa zentral zwischen den Ventilen liegenden
Einspritzvorrichtung für Kraftstoff, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Zylinderkopf
(1) zwei obenliegende Nockenwellen (5) gelagert sind, welche über Tassenstößel (11)
auf die Ventile (7) wirken,
wobei die Nockenwellen (5) in einem lösbar an einem Zylinderkopfgehäuse (3)
gehaltenen Träger (4) gelagert sind,
und dieser Träger (4) von einer auf einem Flansch (40) des Zylinderkopfgehäuses (3)
aufliegenden Haube (39) umschlossen ist.
2. Zylinderkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß oberhalb jedes
Zylinders in dem Träger (4) eine Durchgangsöffnung (25) angeordnet ist, in welche ein
die Einspritzvorrichtung aufnehmender Tubus (26) eingesetzt ist.
3. Zylinderkopf nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Tubus (26)
mittels einer Dichtung (41) den Einspritzvorrichtungsbereich in einer Öffnung (42) der
Haube (39) abdichtet.
4. Zylinderkopf nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Tubus (26) an
seinem der Öffnung (42) gegenüberliegenden Ende eine weitere Dichtung (41) trägt.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE3943727A DE3943727C2 (de) | 1989-12-11 | 1989-12-11 | Zylinderkopf einer Brennkraftmaschine |
Applications Claiming Priority (2)
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