DE4137561A1 - Zylinderkopf fuer eine brennkraftmaschine - Google Patents

Description

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

Bei derartigen Brennkraftmaschinen befindet sich in dem Raum zwischen dem Zylinderkopf und der Zylinderkopfhaube stets eine gewisse Menge an Schmieröl, das von der Schmierölpumpe zu den Nockenwellenlagern gefördert wird, aus diesen Lagern austritt und durch Rücklaufbohrungen im Zylinderblock und im Zylinderkurbelgehäuse in die Ölwanne zurückfließt. Die in dem genannten Raum im Betrieb stets verbleibende Ölmenge kann recht beträchtlich sein, insbe­ sondere wenn auch noch hydraulische Tassenstößel zum selbsttätigen Ventilspielausgleich vorgesehen sind. Um ein möglichst schnelles Rückführen dieses Öls in die Öl­ wanne zu erreichen, laufen die Nocken in muldenförmigen Vertiefungen des Zylinderkopfes, in denen sich das Öl sammelt und von denen die Ölrücklaufbohrungen ausgehen. Es hat sich nun gezeigt, daß ein Teil des sich in diesen Mulden ansammelnden Schmieröls von den Nocken mitgenommen wird, was insbesondere bei hochdrehenden Brennkraftma­ schinen zu einem merklichen Leitungsverlust führt und ein starkes Verschäumen des Öls zur Folge hat. Da die Kurbel­ gehäuseentlüfung in der Regel über den Zylinderkopf er­ folgt, der zu diesem Zweck mit dem Ansaugsystem der Brennkraftmaschine verbunden ist, bereitet dieses Ver­ schäumen erhebliche Probleme, denn es muß sichergestellt sein, daß die dem Ansaugsystem zugeführten Dämpfe mög­ lichst ölfrei sind. Der zu diesem Zweck im Zylinderkopf vorgesehene Ölabscheider muß dann verhältnismäßig aufwen­ dig aufgeführt werden, was Platzprobleme mit sich bringt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Zylinder­ kopf der gattungsgemäßen Art zu schaffen, bei dem die Verwirbelung des Öls im Zylinderkopf und die damit ver­ bundene Leistungseinbuße und Ölverschäumung auf ein Min­ destmaß reduziert ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Kennzei­ chen den Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Bei dem erfindungsgemäßen Vorschlag wird das von den Nocken der Nockenwelle mitgerissene Schmieröl gezielt zu Rücklaufkanälen geführt, so daß die Verwirbelung des Öls in dem von der Zylinderkopfhaube umschlossenen Raum weit­ estgehend vermieden ist. Die Erfindung ist dabei insbe­ sondere bei Zylinderköpfen von geneigt eingebauten Zylin­ derreihen z. B. von V-Motoren, von Vorteil bei denen die tieferliegende Nockenwelle eine Drehrichtung hat, bei der die Nocken das Öl gegen die Zylinderkopfhaube schleudern, da das Öl ohne den erfindungsgemäßen Vorschlag durch die Schwerkraft immer wieder in den Bereich der Nocken ge­ langt und sich mit zunehmender Drehzahl eine regelrechte umlaufende Ölwalze bildet. Dieser Umstand wird bei Mehr­ ventilmotoren mit zwei obenliegenden Nockenwellen und die dadurch bedingten beengten Platzverhältnisse zusätzlich verstärkt.

Durch die jedem Nocken zugeordnete Ölfangwand werden die von den Nocken mitgenommenen und abgeschleuderten Öl­ tröpfchen in den Ölführungskanal geleitet und sie werden durch die ihnen innewohnende kinetische Energie in den Ölrücklaufkanal befördert.

Zusätzlich kann auch eine Abscheidung des Ölnebels an der Nockenwelle zwischen den Nocken vorgesehen werden, indem dort ebenfalls Ölfangwände vorgesehen werden, die sich von einer Stellen nahe des Wellenschaftes zu dem Rück­ laufkanal erstrecken.

Die den einzelnen Nocken und die dem Wellenschaft zwi­ schen den Nocken zugeordneten Ölfangwände können zusammen mit den Kanalwänden von einem einzigen, aus Blech oder Kunststoff bestehenden und sich über die ganze Länge der Nockenwelle erstreckenden Bauteil gebildet sein, das vor­ zugsweise im Bereich der Nockenwellenlager am Zylinder­ kopf befestigt ist. Alternativ ist es denkbar, zumindest die Kanalwände, die mit den den Nocken zugeordneten Öl­ fangwänden die Ölführungskanäle bilden, an die Zylinder­ kopfhaube anzuformen bzw. diese entsprechend auszubilden. Dabei ist es auch möglich, daß sich ein einziger Ölfüh­ rungskanal über die ganze Länge der Zylinderkopfhaube erstreckt und die Rücklaufkanäle am vorderen und/oder hinteren Ende des Zylinderkopfes angeordnet werden.

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

Fig. 1 einen Querschnitt eines Zylinderkopfes mit zwei Nockenwellen etwa entlang der Linie 1-1 in Fig. 2

Fig. 2 einen Teil-Längsschnitt entlang der Linie 2-2 in Fig. 1,

Fig. 3 eine Draufsicht des Zylinderkopfes bei abgenomme­ ner Zylinderkopfhaube und ohne Ölfangeinrichtung, und

Fig. 4 eine perspektivische Teilansicht der Ölfangein­ richtung.

Der in Fig. 1 dargestellte Zylinderkopf 1 ist zur Senk­ rechten geneigt, wie dies bei V-Brennkraftmaschinen zwin­ gend und bei Reihen-Brennkraftmaschinen, die zum Einbau in Kraftfahrzeugen bestimmt sind, häufig zu finden ist. Auf dem Zylinderkopf sind eine Einlaßnockenwelle 2 mit Nocken 3 zur Betätigung eines darunterliegenden Einlaß­ ventils 4 und eine Auslaßnockenwelle 5 mit Nocken 6 zur Betätigung eines darunterliegenden Auslaßventils 7 in Lagern 8 bzw. 9 gelagert. Ihre Drehrichtung ist durch die Pfeile in Fig. 1 veranschaulicht. Die Lager 8 und 9 der Nockenwellen 2, 5 und die hydraulischen Tassenstößel 10, über welche im Ausführungsbeispiel die Ventile 4 und 7 betätigt werden, werden durch nicht gezeigte Bohrungen im Zylinderkopf 1 und im Zylinderkurbelgehäuse 11 in übli­ cher Weise von einer Ölpumpe mit Schmieröl aus der Ölwan­ ne der Brennkraftmaschine versorgt. Der Zylinderkopf 1 ist von einer Zylinderkopfhaube 12 abgedeckt, wodurch ein Raum 13 begrenzt wird, in den ein Entlüfungskanal 14 für die Kurbelgehäusedämpfe mündet und von dem eine Leitung 15 ausgeht, durch den die Kurbelgehäusedämpfe dem Ansaug­ system der Brennkraftmaschine zugeführt werden. Die Nocken 3 und 6 laufen in muldenförmigen Vertiefungen 16 bzw. 17 in der Oberseite des Zylinderkopfes 1, von denen Ölrücklaufbohrungen 18 ausgehen, von denen nur eine für einen Nocken 6 der Auslaßnockenwelle 5 dargestellt ist. Die Rücklaufbohrung 18 ist durch eine Bohrung 19 im Zy­ linderkopf 1 und eine Bohrung 20 im Zylinderkurbelgehäuse 11 mit der nichtdargestellten Ölwanne in Verbindung.

Aus den Lagerstellen der Nockenwellen und der Tassenstö­ ßel austretendes Schmieröl sammelt sich in den muldenför­ migen Vertiefungen 16 und 17 und soll durch die Ölrückl­ aufbohrungen 18 abgeführt werden. In der Praxis hat sich nun gezeigt, daß bei großen Ölmengen im Zylinderkopf, die insbesondere bei Brennkraftmaschinen mit Hydrostößeln auftreten, das sich in den Mulden 16 und 17 ansammelnde Öl nicht schnell genug unter Schwerkrafteinwirkung in die Ölwanne zurückfließt, sondern vor allem bei schnellaufen­ den Brennkraftmaschinen von den Nocken mitgerissen wird. Dies ist insbesondere der Fall für die Nocken 6 der tie­ ferliegenden Nockenwelle 5 bei einem schrägliegenden Zy­ linderkopf 1 gemäß Fig. 1, da sich bei dieser Anordnung auch ein Großteil des von den Nocken 3 der höherliegenden Nockenwelle 2 mitgenommene Öls in Richtung auf die tie­ ferliegende Nockenwelle 5 geschleudert wird und in den Bewegungsbereich der Nocken 6 dieser Nockenwelle 5 ge­ langt. Damit wird eine umlaufende Ölwalze erzeugt, die einen merklichen Leistungsverlust zur Folge hat. Überdies tritt ein starkes Verschäumen des Öls in dem Raum 13 zwi­ schen Zylinderkopf 1 und Zylinderkopfhaube 12 ein, wo­ durch das Abscheiden von Öl aus den Kurbelgehäusedämpfen in dem Raum 13 erschwert wird und nur mit erhebeliche Aufwand sichergestellt werden kann, daß weithgehend ent­ ölte Kurbelgehäusedämpfe in das Ansaugsystem zurückge­ führt werden.

Um hier Abhilfe zu schaffen, ist eine Ölfangeinrichtung vorgesehen, die für jeden Nocken 6 der tieferliegende Nockenwelle 5 eine gekrümmte Ölfangwand 21 aufweist, die den Nocken 6 teilweise umgibt und sich in der Drehrich­ tung dieser Nockenwelle erstreckt und mit ihrem hinteren Ende 22 bis nahe an den Kreis 23 reicht, der von der Spitze des Nockens 6 beschrieben wird. Die Ölfangwand 21 ist mit Abstand von einer ebenfalls gekrümten Kanalwand 24 umgeben, die mit der Ölfangwand 21 einen Ölführungska­ nal 25 begrenzt, dessen hinteres Ende 26 zu dem den Nocken 6 aufnehmenden Raum hin offen und dessen vorderes Ende 27 im wesentlichen auf die Mündung 28 mindestens eines im Zylinderkopf 1 angeordenten Ölrücklaufkanals 29 gerichtet ist, der mit der Ölrücklaufbohrung 19 in Ver­ bindung steht. Das von dem Nocken 6 mitgerissene Öl wird nun in den Ölführungskanal 25 geschleudert und durch die ihm durch die Drehung des Nockens 6 erteilte kinetische Energie in den Ölrücklaufkanal 29 befördert. Das Entste­ hen einer umlaufenden Ölwalze ist dadurch wirksam verhin­ dert.

Um auch den um die Nockenwelle 5 zwischen benachbarten Nocken 6 sich bildenden Ölnebel zu erfassen, sind im Aus­ führungsbeispiel zwischen benachbarten Nocken 6 zweite, ebenfalls in Nockenwellen-Drehrichtung verlaufende Öl­ fangwände 30 vorgesehen, die sich von einer Stelle nahe des Umfanges der Nockenwelle 5 bis nahe an die Mündung 28 des Rücklaufkanals 29 erstreckt, so daß der erwähnte Öl­ nebel entsprechend den Pfeilen abgeführt wird.

Da von der ersten Ölfangwand 21 nicht sämtliches von dem Nocken 6 mitgerissenes Öl erfaßt werden kann, ist eine dritte gekrümmte Ölfangwand 31 vorgesehen, die sich in Nockenwellen-Drehrichtung in einem Abstand an das vordere Ende der ersten Ölfangwand 21 anschließt und ebenso wie diese von einer Stelle nahe des Kreises 23 ausgeht, den die Spitze des Nockens 6 beschreibt. Wie durch die Pfeile verdeutlicht, wird das von der Ölfangwand 31 aufgenommene Öl wiederum in Richtung auf die Mündung 28 des Ölrückl­ aufkanals 29 geleitet.

Um alle Ölfangwände für eine Nockenwelle in einem einzi­ gen Bauteil verwirklichen zu können, sind die Ölfangwände 30 und 31 jeweils durch eine senkrecht zur Nockenwelle und nahe der betreffenden Stirnfläche des Nockens 6 ver­ laufende Querwand 32 und die einem Nocken zugeordneten Ölfangwände 31 und 21 durch eine nahe der anderen Stirn­ fläche des Nockens verlaufende Querwand 33 (Fig. 2) mit­ einander verbunden, die gleichzeitig die Verbindung zwi­ schen der ersten Ölfangwand 21 und der Kanalwand 24 her­ stellt, wie dies aus Fig. 2 ersichtlich ist. Das so ge­ bildete, in Fig. 4 perspektivisch dargestellte Bauteil, das aus Blech oder Kunststoff bestehen kann, wird im Be­ reich der Nockenwellenlager, wie in Fig. 2 gezeigt, befe­ stigt.

Wie aus Fig. 2 ersichtlich ist, kann sich eine gemeinsame erste Ölfangwand 21 und eine gemeinsame Kanalwand 24 über alle zwischen zwei Lagerstellen 9 liegende Nocken 6 er­ strecken.

Abweichend von dem dargestellten Ausführungsbeispiel kön­ nen insbesondere die Kanalwände 24 an die Zylinderkopf­ haube 12 angeformt werden, wodurch sich der Aufbau der Ölfangeinrichtung beträchtlich vereinfacht.

Bei einer weiteren, nicht dargestellten Abwandlung des Ausführungsbeispiels kann sich die Kanalwand 24 über alle Nocken der Nockenwelle erstrecken, wobei der Ölführungs­ kanal 25 zwischen den ersten Ölfangwänden 21 geschlossen ist und lediglich an einem oder beiden Enden Ölaustritt­ söffnungen aufweist, durch welche das Öl in am vorderen und/oder hinteren Ende des Zylinderkopfs angeordente Öl­ rückführungskanäle gelangen kann.

Selbstverständlich ist die Erfindung auch bei Zylinder­ köpfen mit nur einer Nockenwelle und bei Zylinderköpfen für nicht geneigte Zylinderreihen mit Erfolg anwendbar, auch wenn das durch die Erfindung zu lösende Problem ver­ stärkt bei Zylinderköpfen für geneigt angeordnete Zylin­ derreihen auftritt.

Claims (8)

1. Zylinderkopf für eine Zylinderreihe einer Brennkraftma­ schine mit mindestens einer Nockenwelle (5), die in Lagern (9) im Zylinderkopf (1) gelagert ist und zwi­ schen den Lagern Nocken (6) zur Betätigung von darunter liegenden Gaswechselventilen (7) aufweist und die von einer Zylinderkopfhaube (12) abgedeckt ist, und mit mindestens einer Rücklaufbohrung (18) zum Rückführen von Schmieröl aus dem Zylinderkopf (1) in die Ölwanne der Brennkraftmaschine, gekennzeichnet durch eine Ölfangeinrichtung, die für jeden Nocken (6) eine diesen oben, d. h. auf der von dem Ventil (7) ab­ gewandten Seite, zumindest teilweise umgebende in Dreh­ richtung der Nockenwelle (5) verlaufenden gekrümmten ersten Ölfangwand (21) aufweist, die von einer Stelle nahe des von der Nockenspitze beschriebenen Kreises (23) ausgeht und um die sich in einem Abstand eine Ka­ nalwand (24) erstreckt, die mit der Ölfangwand (21) ei­ nen Ölführungskanal (25) begrenzt, der an seinem in Nockenwellen-Drehrichtung hinteren Ende (26) zu dem den Nocken (6) aufnehmenden Raum hin offen und mit seinem in der genannten Drehrichtung vorderen Ende (27) auf die Mündung (28) eines im Zylinderkopf angeordneten Öl­ rücklaufkanals (29) gerichtet ist.

2. Zylinderkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich die erste Ölfangwand (21) über einen kleineren Winkelbereich erstreckt als die Kanalwand (24) und, in Drehrichtung der Nockenwelle (5) gesehen, hinter dem hinteren Ende der Kanalwand (24) beginnt und vor dem vorderen Ende dieser Wand endet.

3. Zylinderkopf nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß zwischen benachbarten Nocken (6) zweite in Nockenwellen-Drehrichtung verlaufende Ölfangwände (30) vorgesehen sind, die sich von einer Stelle nahe der Nockenwelle (5) bis nahe an die Mündung (28) des Rücklaufkanals (29) erstrecken.

4. Zylinderkopf nach den Ansprüchen 1 und 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß sich in Nockenwellen-Drehrichtung in einem Abstand an das vordere Ende der ersten Ölfangwand (21) eine dritte gekrümmte Ölfangwand (31) anschließt, die ebenfalls von einer Stelle nahe des von der Nocken­ spitze beschriebenen Kreises (23) ausgeht und mit der benachbarten zweiten Ölfangwand (30) durch eine senk­ recht zur Nockenwelle (5) und nahe an der betreffenden Stirnfläche des Nockens (6) verlaufende Querwand (32) verbunden ist.

5. Zylinderkopf nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sich eine gemeinsame erste Ölfangwand (21) und eine gemeinsame Kanalwand (24) über alle zwischen zwei Lagerstellen (9) liegende Nocken (6) erstreckt.

6. Zylinderkopf nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Ölfangwände (21, 30, 31) und die Kanalwände (24) für die gesamte Nockenwelle von einem einzigen Bauteil gebildet sind, das im Be­ reich der Nockenwellenlager (9) mit dem Zylinderkopf (1) verbunden ist.

7. Zylinderkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest die Kanalwände (24) an die Zylinderkopfhaube (12) angeformt sind.

8. Zylinderkopf nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß sich der von den Kanalwänden (24) und den ersten Ölfangwänden (21) begrenzte Ölführungskanal (25) über die ganze Länge der Nockenwelle erstreckt und Ölrück­ führungskanäle am vorderen und/oder hinteren Ende des Zylinderkopfes (1) angeordnet sind.