DE4141063A1 - Zylinderkopf fuer verbrennungsmotoren - Google Patents
Zylinderkopf fuer verbrennungsmotorenInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf einen Zylinderkopf für
Verbrennungsmotoren mit Ein- und Auslaßventilen, Betäti
gungselementen für die Ventile sowie mit angeschlossenen
Gasführungskanälen.
Die Erfindung ist anwendbar bei allen ventilgesteuerten
Verbrennungsmotoren. Im einzelnen seien hier angeführt:
Vier-Takt-Otto-Motoren, Vier-Takt-Diesel-Motoren, ventilge
steuerte Zwei-Takt-Motoren, Motoren mit einem oder mehreren
Zylindern. Zu den letzteren gehören Reihen-, Boxer-, V-,
VR-, W-Motoren. Die Zylinderköpfe können mit zwei oder mehr
Ventilen pro Zylinder versehen sein. Auch bezüglich der
Anordnung der Nockenwellen und der Ausbildung der Betäti
gungselemente für die Ventile bestehen keine Einschränkun
gen, d. h. es können z. B. zwei oben liegende Nockenwellen
verwendet werden, die über Kipp- bzw. Schlepphebel mit
Federn zusammenwirken. Das gleiche gilt für unten liegende
oder halbhoch liegende Nockenwellen mit entsprechenden
Stoßstangen. A1: zwischen geschaltete Federn können
Schraubenfedern, Drehstabfedern, Doppelschenkelfedern oder
sonstige Federn Anwendung finden. Die Ventile können auch
sowohl für die Öffnungsbewegung als auch für die Schließ
bewegung zwangsgeführt werden. Dies geschieht durch Verwen
dung von reziproken Nockenwellen, die an Stelle der Federn
auf die Hebel einwirken. Die Erfindung ist auch nicht nur
bei Motoren mit üblichen zylindrischen Kolben, sondern auch
bei anderen Kolbenformen, z. B. bei Ovalkolben-Motoren
anwendbar.
Im heutigen modernen Motorenbau ist man bestrebt, einer
seits die Notorleistung zu steigern und andererseits den
Verbrauch zu reduzieren und gleichzeitig günstige umwelt
freundliche Abgaswerte zu erzielen. Zur Erreichung dieser
Zielvorstellungen sind zahlreiche Maßnahmen bekannt. Die
Tendenz geht z. B. dahin, für den Gasein- und/oder Gas
auslaß mehr als ein Ventil pro Zylinder vorzusehen, um den
Ladungswechsel trotz verringerter Ventilüberschneidung zu
beschleunigen und günstige Abgaswerte zu erzielen. Eine
weitere Maßnahme besteht darin, die Ansaugkanäle in der
Länge zu variieren, um die beim Ladungswechsel entstehenden
Gasschwingungen für die Zylinderfüllung möglichst gut
nutzen zu können. Andere Ansaugkanäle sind so gestaltet,
daß das zugeführte Gas einem Drall unterworfen wird. Beim
Vier-Takt-Otto-Motor strebt man an, die Zündkerze möglichst
in Zylinderkopfmitte zu installieren, um einen kompakten
Brennraum mit einer günstigen Ausbreitung der Flammenfront
zu ermöglichen und gleichzeitig schädliche Selbstzündungen
(Klopfen, Klingeln) zu vermeiden.
Eine Weiterentwicklung der früher üblichen Stoßstangen
motoren mit unten liegender Nockenwelle bestand darin, z. B.
bei einem wassergekühlten Zwei-Zylinder-V-Motor eine
zwischen den Zylindern halbhoch liegende Nockenwelle zu
verwenden, um kürzere Stoßstangen einsetzen zu können und
eine größere Drehzahlfestigkeit und eine geringere
Geräuschentwicklung zu erreichen. Die Tendenz geht aber
dahin, hauptsächlich Motoren mit einer oder zwei oben
liegenden Nockenwellen zu bauen. Die Schließbewegungen der
Ventile erfolgen fast ausschließlich durch am Ventilschaft
ende über Scheiben und geteilte Kegel angreifende
Schraubenfedern.
Bei allen bisher bekanntgewordenen Zylinderkopfkonstruk
tionen der zu Anfang angegebenen Gattung ragen die Ventil
schäfte schräg in die Gasführungskanäle hinein, weil die
Ventilführungen im wesentlichen außerhalb der Gasführungs
kanäle liegen und durch die Kanalwände hindurchtreten.
Daraus ergibt sich zwangsläufig eine mehr oder weniger
starke Krümmung der Gasführungskanäle im Bereich der
Ventile, insbesondere kurz vor den Ventilsitzen. Auf der
Einlaßseite hat dies einen großen Umlenkwinkel des in den
Zylinder einströmenden Gases und damit eine ungleichmäßige
Verteilung des Gasstromes zur Folge. Hierbei besteht die
Gefahr, daß die Strömung der Umlenkung nur unzureichend
folgen kann und sogar in Teilbereichen abreißen kann.
Dadurch wird die Zylinderfüllung verringert. Auf der
Auslaßseite bedeutet jede Umlenkung des heißen Abgas
stromes in den gekrümmten Abgasführungskanälen eine ent
sprechend große Wärmebelastung des Zylinderkopfes.
Wenn zur Erhöhung des Gasdurchsatzes ein größerer Durch
messer bzw. Querschnitt der Gasführungskanäle gewählt wird,
so vergrößert sich zwangsläufig die Krümmung der Gasfüh
rungskanäle im Bereich der Ventilführungen. Um dem ent
gegenzutreten, werden die Ventile häufig sehr lang dimen
sioniert, um damit zumindest auf der Einlaßseite eine
geringere Krümmung der Gasführungskanäle zu erreichen.
Zwangsläufig erhöhen sich durch die längeren und somit
schwereren Ventile auch die oszillierenden Massen. Damit
die Drehzahlfestigkeit darunter nicht leidet, müssen die
Ventilfedern entsprechend verstärkt werden. Hierdurch
ergibt sich wiederum im Ventiltrieb eine höhere Reibung,
die sich auf den Wirkungsgrad des Motors negativ auswirkt.
Außerdem steigen durch die vorgenannten Maßnahmen die Bau
höhe und das Gewicht des Zylinderkopfes beträchtlich an,
und es verlagert sich der Schwerpunkt je nach Motorbauweise
nach oben hin bzw. nach außen.
Um die Einströmverhältnisse zu verbessern, sind auch schon
Otto-Motoren mit Fallstrom-Einlaßkanälen auf der Innenseite
des Zylinderkopfes gebaut worden. Hierdurch wird jedoch die
Zugänglichkeit zu einer mittig angeordneten Zündkerze er
schwert. Außerdem ergibt sich durch die Nähe des Einlaß
kanals zur Auslaßseite eine etwas stärkere Erwärmung als
üblich des Einlaßkanals und des darin strömenden Gases, so
daß trotz besserer Strömungsverhältnisse der Füllungsgrad
nicht so stark gesteigert wird wie beabsichtigt ist. Ein
weiterer Versuch zur Verbesserung der Einströmverhältnisse
bestand in der Konstruktion eines Y-förmigen, gegabelten
Einlaßkanals, wodurch sich allerdings als nachteilig der
große Bedarf an Bauraum erweist.
Der Erfindung liegt demgegenüber die Aufgabe zu Grunde,
einen Zylinderkopf zu schaffen, bei dem ein schneller und
effektiver Ladungswechsel, günstige Abgaswerte und eine
große Leistungsausbeute erzielt werden können.
Die gestellte Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst,
daß mindestens die Ventile auf der Einlaßseite mit den
Ventilschäften und den an dem jeweiligen Ventil angrei
fenden Teile der Betätigungselemente innerhalb des betref
fenden Gasführungskanales angeordnet und derart von einer
Ummantelung umgeben sind, daß ausschließlich ein Teil des
Ventilschaftes und der Ventilteller aus der Ummantelung
herausragt.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus
den Unteransprüchen.
Durch die besondere Anordnung des Ventilschaftes und durch
die strömungsgünstig gestaltbare Ummantelung ergibt sich
eine gleichmäßige Umströmung im Bereich des Ventilsitzes
und des Ventiltellers. Weil die Schrägstellung des Ventils
zum Gasführungskanal wegfällt, gibt es in diesem keinen
großen Umlenkwinkel mehr, dem die Strömung folgen muß. In
folgedessen können die Gase weitgehend laminar, gleichmäßig
verteilt und an den Wandungen der Gasführungskanäle besser
anliegend strömen. Da der Ventilschaft nicht quer durch den
betreffenden Gasführungskanal hindurchtreten muß und den
zur Verfügung stehenden Bauraum begrenzt, besteht eine
größere Freiheit bei der Formgebung und der Dimensionierung
des Gasführungskanals.
In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung im
Schema dargestellt, und zwar zeigen
Fig. 1 einen Vertikalschnitt durch einen Zylinderkopf,
Fig. 2 einen vertikalen Querschnitt zu einem
Zylinderkopf mit vier Ventilen pro Zylinder,
Fig. 3 eine Draufsicht auf die Anordnung der vier
Ventile zu Fig. 2 in vereinfachter Darstellung,
Fig. 4 eine Draufsicht auf einen Zylinderkopf in einer
anderen Ausgestaltung und
Fig. 5 bis 8 unterschiedliche Querschnitte durch die
Gasführungskanäle.
Fig. 1 veranschaulicht einen vertikalen Schnitt durch
einen vereinfacht gezeichneten Zylinderkopf 1, der auf
einem Zylinderblock 2 sitzt. Der Zylinderblock hat eine
innere Zylinderwandung 3 und einen Kühlraum 4 bzw. Kühl
wasserkanäle bzw. außen angebrachte Kühlrippen. Im Inneren
befindet sich, wie üblich, ein Kolben 5 mit Kolbenringen,
einer Pleuelstange 6 und weiteren üblichen Bauteilen.
Im Zylinderkopf 1 befindet sich ein Einlaßventil 7, welches
aus einem Ventilteller 8, einem Ventilschaftteil 9 und
einem anschließenden Ventilschaft besteht. Der Rand des
Ventiltellers 8 befindet sich in Schließstellung des Ven
tiles auf dem Ventilsitz 10. Der Zylinderkopf 1 weist
ferner ein Auslaßventil 11 auf, welches aus einem Ventil
teller 12, einem Ventilschaftteil 14 und dem anschließen
den Ventilschaft 15 besteht, wobei der Ventilteller
wiederum mit einem Ventilsitz 13 zusammenwirkt. Das Ventil
7 ist von einem Gaseinlaßkanal 16 und das Ventil 11 von
einem Gasauslaßkanal 17 umgeben. Die Ventilschäfte 15 sind
jeweils in einer Ventilführung 18 gehalten und geführt.
Wie Fig. 1 ferner veranschaulicht, befinden sich die
Ventile 7 und 11 mit ihren Ventilschäften 15 über ihre
gesamte Länge innerhalb des betreffenden Gaseinlaßkanals 16
bzw. des Gasauslaßkanals 17. Bei dem Ausführungsbeispiel
nach Fig. 1 ragt mindestens je ein Steg 19 bzw. 20 in den
jeweiligen Gasführungskanal 16 bzw. 17 hinein, so daß die
Ventilschäfte 15 unter Zwischenschaltung der genannten
Führung 18 in dem Steg 19 bzw. 20 längsverschieblich
geführt sind. Die Ventile 7 und 11 mit ihren Ventilschäften
15, die Führungen 18, die Stege 19 und 20 sowie nachfolgend
beschriebene Teile von Betätigungselementen, die an den
Ventilen angreifen, sind derart von einer Ummantelung 21
bzw. 22 umgeben, daß ausschließlich ein Teil 9 bzw. 14 des
Ventilschaftes sowie die Ventilteller 8 bzw. 12 aus der Um
mantelung 21, 22 herausragen.
Vorteilhafterweise sind die Gasführungskanäle 16, 17
mindestens im Bereich der Ventile 7, 11 mit den zugehörigen
Ventilschäften 15 geradlinig ausgebildet. Zur Verbesserung
der Strömungsverhältnisse ist es ferner von Vorteil, daß
die Ventile 7, 11 mit ihren Ventilschäften 15 koaxial in
den Gasführungskanälen 16, 17 angeordnet sind. Damit die
Ventile im Bereich der Ventilteller in geöffneter Stellung
möglichst gleichmäßig auf dem Umfang von den Gasen umströmt
werden, ist der Steg 19, 20 im Bereich zwischen der Ventil
schaftführung 18 und der Wandung der Gasführungskanäle 16,
17 möglichst dünnwandig ausgebildet. Ferner sind zu diesem
Zweck der Steg und die Ummantelung 21, 22 strömungsgünstig
nach Art einer Stromlinienform gestaltet, wie dies im
rechten Teil der Fig. 1 sowie in Fig. 2 dargestellt ist.
Allgemein und ergänzend ist zu sagen, daß sich die Ventil
achsen mit den Achsen der Gasführungskanäle decken. Dabei
wird die Ventilführung 18 von dem Steg 19 bzw. 20 in der
Kanalmitte gehalten. Der Steg wird grundsätzlich so gestal
tet und aus einem Material hergestellt, daß die notwendige
Festigkeit sichergestellt ist, und gleichzeitig wird der
Steg so schlank gehalten, daß nur ein möglichst geringer
Teil des Kanalquerschnitts dafür in Anspruch genommen wird.
Um diese Forderungen zu erfüllen, kann der Steg mit seiner
Verankerung im umliegenden Gehäuse des Zylinderkopfs aus
einem anderen Material gefertigt werden als das Zylinder
kopfgehäuse und als die Gasführungskanäle, d. h. es kann z. B.
geschmiedeter Stahl anstelle von Aluminiumguß Anwendung
finden. Da der Steg nicht den Federdruck der nachfolgend
erläuterten Betätigungselemente abstützen muß, braucht er
nur die bei der Ventilführung entstehenden Kräfte aufzu
nehmen. Der Steg ist so zu formen, daß er mit der Ummante
lung 21 bzw. 22 bündig abschließt und in Richtung zum
Ventilteller 8, 12 hin schmäler wird. Die Formgebung des
Steges und der Ummantelung wird vorteilhafterweise so
gewählt, daß die Gasströmung ohne großen Staudruck und
Verwirbelungen um diese Bauteile herum- und schließlich
wieder zusammengeführt wird, damit der Zweck der verbesser
ten Ein- bzw. Ausströmverhältnisse, insbesondere in der
Nähe der Ventilsitze auch tatsächlich erreicht wird.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung werden dadurch
erreicht, daß die Ummantelung 21 bzw. 22 jeweils eine
separate Abdeckkappe 23 bzw. 24 aufweist, welche lagemäßig,
insbesondere mittels eines umlaufenden Absatzes fixiert und
demontierbar am Zylinderkopfgehäuse befestigt ist. Von
Vorteil ist weiterhin, daß die Ummantelung 21, 22 und /
oder die jeweilige Abdeckkappe 23, 24 mindestens in den
Gasauslaßkanälen 17 aus einem hitzebeständigen Material
besteht. Bevorzugt besteht die Ummantelung aus einem
Keramikmaterial oder sie ist außen von einem Keramik
material beschichtet.
In Fig. 1, 2 sind die Gasführungskanäle horizontal geteilt
und die einteiligen Abdeckkappen sind in Höhe dieser
Teilung auf die Stege bündig aufgesetzt und seitlich mit
den Gasführungskanälen lösbar verbunden. Hierbei kann der
obere Teil eines Gasführungskanals mit einer Abdeckkappe
auch einteilig hergestellt werden oder zweiteilig mit einer
vertikalen Trennung. Eine dieser Hälften kann zur Verstär
kung des Steges mit diesem aus einem Teil gefertigt sein.
Wenn die Gasführungskanäle jedoch nicht teilbar ausgeführt
sind, muß die Abdeckkappe vom Kanal demontierbar sein,
damit die Ventilführungen eingebaut bzw. gewechselt werden
können. Durch das schmale, von der Abdeckkappe umschlossene
Fenster im Gasführungskanal können kleinere Wartungs- oder
Reparaturarbeiten, wie z. B. Austausch eines Hebels, vorge
nommen werden.
Wie die Fig. 1 im rechten Teil und die Fig. 2 verdeut
lichen, sind die Gasführungskanäle 16, 17 im Bereich der
jeweiligen Ummantelung 21, 22 im Querschnitt erweitert, und
zwar können die Querschnittserweiterungen nach außen
gewölbt bzw. bauchig ausgebildet sein, so daß der freie
Strömungsquerschnitt außerhalb der Ummantelung möglichst
gleich bleibt.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung bestehen
darin, daß die Ummantelung 21, 22 mit Anschlüssen für eine
Ölzufuhr zur Schmierung des Ventilschaftes 15 und der
weiter unten erläuterten Betätigungselemente versehen ist.
Der Ölkreislauf wird dabei zweckmäßigerweise unter erhöhten
Druck gesetzt, so daß außer einer guten Schmierung auch
noch eine gesteigerte Wärmeabfuhr erzielt wird. Entspre
chend der Ummantelung kann auch die Wandinnenfläche min
destens der Gasabführungskanäle 17 mit hitzebeständigem und
möglichst wenig wärmeleitenden Material beschichtet sein.
Fig. 1 veranschaulicht in diesem Ausführungsbeispiel, daß
ein Ventilwinkel 37 von etwa 25° gewählt ist, so daß die
Gasführungskanäle 16, 17 für den Gasein- und Gasaustritt im
Bereich der Ventile 7, 11 und der Ummantelungen 21, 22
unter einem Winkel von etwa 50° zueinander im wesentlichen
geradlinig gespreizt sind, so daß im Bereich zwischen den
Ventilsitzen 10, 13 der Ein- und Auslaßventile 7, 11 eine
Zündkerze 36 leicht zugänglich eingeschraubt werden kann.
Dies gilt insbesondere auch für die Vierventilanordnung bei
der Ausführung nach Fig. 3.
Die Wahl anderer Ventilwinkel und Abspreizungen von der
Zylinderachse ist grundsätzlich möglich. Bei zur Erzielung
eines besonders hohen Verdichtungsverhältnisses parallel
oder nahezu parallel angebrachten Ventilen (Diesel) wird
genügend Platz zur Anbringung einer Vor- oder Wirbelkammer
sowie einer Einspritzdüse und einer Glühkerze vorgesehen.
Die Ventile 7, 11 sind zum Öffnen und Schließen mittels
Kipp- oder Schlepphebeln 25, 26 bzw. 29, 30 bewegbar, deren
einer Hebelarm in den jeweiligen Gasführungskanal 16, 17
und innerhalb der Ummantelung 21, 22 hineinragt. Die
Schwenklager 48, 49, 50 dieser Hebel sind jedoch außerhalb
der Gasführungskanäle 16, 17 angeordnet und der jeweils
äußere andere Hebelarm dieser Kipp- oder Schlepphebel wirkt
mit einem angetriebenen Nocken 28 bzw. einer Nockenwelle 27
zusammen. Die Kipp- oder Schlepphebel 29, 30 sind mit Haar
nadelventil- bzw. Doppelschenkel- oder Drehstabfedern 32
gekoppelt. Am äußeren Ende des Ventilschaftes befindet sich
eine Ventilkeilhülse 31. Die außerhalb der Gasführungs
kanäle 16, 17 befindlichen Teile der Betätigungselemente
sind vorteilhafterweise an den von der Zylinderkopfmittel
ebene 51 entfernt liegenden Seiten der Gasführungskanäle
16, 17 angeordnet. Fig. 1 zeigt noch zur Vervollständigung
des Zusammenhanges einen Antriebsriemen 33 sowie eine
Riemenscheibe 38 für den Antrieb einer Nockenwelle. Der
Zylinderkopf ist desweiteren von Außengehäusen 34 und 35
geschlossen.
Die Hebellagerung der Betätigungselemente kann exzentrisch
verstellbar ausgebildet sein. Ferner können die Betäti
gungselemente für die Schließbewegung des Ventils vorteil
hafterweise einen Hebel aufweisen, der durch eine Verzah
nung mit einer 11 Zylinderkopfgehäuse gelagerten Welle
verbunden ist. Diese Welle kann mittels einer weiteren Ver
zahnung an dem einen Ende einer Torsionsfeder gekoppelt
sein, deren anderes Ende mit dem Zylinderkopfgehäuse fest
verbunden ist.
Verallgemeinernd sei noch folgendes ausgeführt.
Die Steuerung der Ventile erfolgt über Hebel, die, wie
beschrieben, teilweise unter der Ummantelung bzw. der
Abdeckkappe verborgen sind. Hierbei handelt es sich, wie
gesagt, um Kipp- oder Schlepphebel, je nachdem, ob eine
oben- oder untenliegende Nockenwelle verwendet wird und je
nachdem, wo die Nockenwelle angeordnet ist. Die Ventil
spieleinstellung erfolgt beim Ausführungsbeispiel nach
Fig. 1 beispielsweise über eine exzentrisch verstellbare
Kipphebellagerung. Auch die Verwendung von Stellschrauben
ist möglich und der jeweiligen Steuerungsart anzupassen.
Die Fig. 2, 3 und 4 veranschaulichen einen Zylinderkopf
mit vier Ventilen je Zylinder und mit einer mittigen
Anordnung der Zündkerze 36. Für die Teile, die mit dem
Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 übereinstimmen oder
gleichwirkend sind, sind die gleichen Bezugszeichen ver
wendet worden.
Fig. 4 zeigt in Draufsicht eine besondere Ausgestaltung
eines anderen Ausführungsbeispieles eines Zylinderkopfes
mit mehreren Baueinheiten. Danach ist jeweils ein zylinder
kopfseitiges Teil jedes Gasführungskanals 16, 17 ein
schließlich des betreffenden Ventils 7, 11, des Ventil
schaftes 15, des Ventilsitzes 10, 13, der Ventilführung 18,
den Betätigungselementen 25, 26 bzw. 29, 30, ferner ein
schließlich der Lager 48, 49, 50 der Betätigungselemente
25, 26 bzw. 29, 30 und der Ummantelung 21, 22 als Bau
einheit ausgebildet. Diese Baueinheiten sind mit den
Bezugszeichen 40, 41, 42, 43 versehen. Diese Baueinheiten
sind mit dem übrigen verbleibenden Zylinderkopf 39 mittels
der dargestellten Verschraubung 44, 45, 46 und 47 ver
schraubt, während das Zylinderkopfteil 39 mit dem Zylinder
block 2 fest verbunden ist. Bei dieser Gestaltungsweise ist
es möglich, daß der Zylinderkopfteil 39 einstückig mit dem
Motorblock 2 ausgebildet ist. Die Ausgestaltung der Bauein
heiten innerhalb des Zylinderkopfes hat den Vorteil einer
wesentlichen Montage- und Wartungserleichterung. Wenn
innerhalb des Zylinderkopfes, insbesondere an den Ventilen
und Ventilsitzen, irgendwelche Defekte auftreten, war es
bisher erforderlich, den gesamten Zylinderkopf zu demon
tieren und gegebenenfalls auszutauschen, wobei allein der
Einbau der Zylinderkopfdichtung einen erheblichen Montage
aufwand bedeutete. Bei der Aufteilung des Zylinderkopfes in
einzelne Baueinheiten ergibt sich der Vorteil, daß nur
jeweils diejenige Baueinheit gelöst und repariert werden
muß, in der ein Defekt auftritt. Die erforderlichen Dich
tungen sind schon allein wegen ihrer geringeren Abmessungen
einfach einzupassen.
Die Fig. 5 bis 8 veranschaulichen unterschiedliche Quer
schnitte durch einen Gasführungskanal mit Darstellung der
Führung des Ventilschaftes, der Gestaltungsweise des
Steges, der Ummantelung sowie der Anordnung von Betäti
gungshebeln mit Lagerstelle außerhalb des Gasführungs
kanales. Für die einzelnen Teile sind die gleichen Bezugs
zeichen wie in Fig. 1 verwendet worden.
Im Rahmen der Erfindung können noch weitere vorteilhafte
Ausgestaltungen vorgenommen werden. So können z. B. die
beschriebenen Stege 19, 20 mit kleinen Kühlmittelkanälen
und mit Kühlmittelanschlüssen versehen sein. Die Stege
können auch als Doppelstege, z. B. V-förmig zueinander
verlaufend, ausgebildet sein. Der Steg kann auch als
Doppelsteg zu beiden Seiten der Ventilschaftführung
innerhalb des betreffenden Gasführungskanales nach Art
einer Brücke angeordnet werden. Ferner ist es möglich, den
Steg durch Hilfsstege, z. B. durch zwei Hilfsstege im
Winkel zu je 120° zueinander, abzustützen. Um dem Gasstrom
einen angestrebten Drall zu verleihen, kann der Steg auch
in einzelne, kleine Stegteile aufgeteilt werden, wobei die
Stegteile wendelflächenartig zueinander angeordnet sind.
Eine weitere Möglichkeit der Zylinderkopfgestaltung besteht
darin, nur die Einlaßseite, wie vorab beschrieben, zu
gestalten, aber die Auslaßseite, wie bisher üblich, auszu
bilden.
Durch die Erfindung ergeben sich einige wesentliche
Vorteile. Nämlich daß es möglich ist, mehr kurze Ventile zu
verwenden, so daß die oszillierenden Massen im Ventiltrieb
entsprechend verringert sind dadurch hohe Drehzahlen
des Motors erreicht werden können. Ferner wird der Schwer
punkt des Zylinderkopfes näher zum Motormittelpunkt ge
bracht, d. h. es kann erheblich an Bauhöhe eingespart
werden. Zudem kann der Kraftübertragungsweg von der Motorkurbelwelle
zur Nockenwelle verkürzt werden. Die Gasströme
können weitgehend laminar oder mit Drall gleichmäßig direkt
und schnell zugeführt bzw. entleert werden, wodurch einer
seits die Motorleistung gesteigert und die Aufheizung des
Zylinderkopfes verringert werden kann. Dadurch können auch
die Betriebsbedingungen für nachgeschaltete Aggregate,
z. B. Turbolader oder Katalysator verbessert werden.
Schließlich wird auch die Reparatur- und Wartungsfreund
lichkeit des Zylinderkopfes gesteigert.
Claims (27)
1. Zylinderkopf (1) für Verbrennungsmotoren mit Ein- (7)
und Auslaßventilen (11), Betätigungselementen (25, 26;
29, 30) für die Ventile (7, 11) sowie mit angeschlos
senen Gasführungskanälen (16, 17), dadurch gekenn
zeichnet, daß mindestens die Ventile (7) auf der Ein
laßseite mit den Ventilschäften (15) und die an dem
jeweiligen Ventil (7) angreifenden Teile der Betäti
gungselemente (25, 26; 29, 30) innerhalb des betref
fenden Gasführungskanales angeordnet und derart von
einer Ummantelung (21, 22) umgeben sind, daß aus
schließlich ein Teil (9, 14) des Ventilschaftes (15)
und der Ventilteller (8, 12) aus der Ummantelung (21,
22) herausragt.
2. Zylinderkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die Gasführungskanäle (16, 17) mindestens im
Bereich der Ventile (7, 11) geradlinig ausgebildet
sind.
3. Zylinderkopf nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Ventile (7, 11) mit ihren Ventil
schäften (15) koaxial in den Gasführungskanälen (16,
17) angeordnet sind.
4. Zylinderkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch
gekennzeichnet, daß die Ventilschäfte (15) in min
destens je einem in den jeweiligen Gasführungskanal
(16, 17) hineinragenden Steg (19, 20) unter Zwischen
schaltung einer Führung (18) längsverschieblich
geführt sind.
5. Zylinderkopf nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet,
daß der Steg (19, 20) im Bereich zwischen der Ventil
schaftführung (18) und der Wandung des Gasführungs
kanals (16, 17) möglichst dünnwandig ausgebildet ist.
6. Zylinderkopf nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß der Steg (19, 20) und die
Ummantelung (21, 22) strömungsgünstig nach Art einer
Stromlinienform gestaltet ist.
7. Zylinderkopf nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß die Ummantelung (21, 22)
mindestens in den Gasauslaßkanälen (17) aus einem
hitzebeständigen Material besteht.
8. Zylinderkopf nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet,
daß die Ummantelung (21, 22) aus einem Keramikmaterial
besteht oder außen von einem Keramikmaterial beschich
tet ist.
9. Zylinderkopf nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß die Gasführungskanäle (16,
17) im Bereich der jeweiligen Ummantelung (21, 22)
Querschnittserweiterungen aufweisen.
10. Zylinderkopf nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet,
daß die Querschnittserweiterungen nach außen gewölbt
bzw. bauchig ausgebildet sind.
11. Zylinderkopf nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß die Ventile (7, 11) zum
Öffnen und Schließen mittels Kipp- oder Schlepphebeln
(25, 26; 29, 30) bewegbar sind, deren einer Hebelarm
in den jeweiligen Gasführungskanal (16, 17) hinein
ragt, deren Schwenklager (48, 49, 50) außerhalb des
Gasführungskanals (16, 17) angeordnet ist und deren
anderer Hebelarm mit einem angetriebenen Nocken (28)
bzw. einer Nockenwelle (27) zusammenwirkt.
12. Zylinderkopf nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet,
daß die Kipp- oder Schlepphebel (25, 26; 29, 30) mit
Schrauben- oder Haarnadelventil- bzw. Doppelschenkel-
oder Drehstabfedern (32) gekoppelt sind.
13. Zylinderkopf nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß die außerhalb der Gas
führungskanäle (16, 17) befindlichen Teile der Betä
tigungselemente an den von der Zylinderkopfmittelebene
(51) entfernt liegenden Seiten der Gasführungskanäle
(16, 17) angeordnet sind.
14. Zylinderkopf nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß ein Ventilwinkel (37) von
etwa 25° gewählt ist, so daß die Gasführungskanäle
(16, 17) für den Gasein- und Gasaustritt im Bereich
der Ventile (7, 11) und Ummantelungen (21, 22) unter
einem Winkel von etwa 50° zueinander im wesentlichen
geradlinig gespreizt sind, und daß im Bereich zwischen
den Ventilsitzen (10, 13) der Ein- und Auslaßventile
(7, 11) eine Zündkerze (36) leicht zugänglich einge
schraubt ist.
15. Zylinderkopf nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß ein zylinderkopfseitiges
Teil jedes Gasführungskanales (16, 17) mit dem Ventil
(7, 11), dem Ventilschaft (15), dem Ventilsitz (10,
13), der Ventilführung (18), den Betätigungselementen
(25, 26; 29, 30), den Lagern (48, 49, 50) der Betäti
gungselemente (25, 26; 29, 30) und der Ummantelung
(21, 22) als eine Baueinheit (40, 41, 42, 43) ausge
bildet sind, und daß diese Baueinheit am übrigen mit
einem Zylinderblock (2) fest verbundenen Zylinderkopf
(39) verschraubt ist.
16. Zylinderkopf nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet,
daß das mit einer oder mehreren Baueinheiten ver
schraubte Zylinderkopfteil (39) einstückig mit dem
Zylinderblock (2) ausgebildet ist.
17. Zylinderkopf nach einem der Ansprüche 4 bis 16,
dadurch gekennzeichnet, daß der Steg (19, 20) mit
kleinen Kühlmittelkanälen und mit Kühlmittel
anschlüssen versehen ist.
18. Zylinderkopf nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß die Ummantelung (21, 22)
mit Anschlüssen für eine Ölzufuhr zur Schmierung des
Ventilschaftes (15) und der Betätigungselemente
versehen ist.
19. Zylinderkopf nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet,
daß der Ölkreislauf unter Druck gesetzt ist, so daß
eine gesteigerte Wärmeabfuhr gegeben ist.
20. Zylinderkopf nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß die Wandinnenfläche min
destens der Gasabführungskanäle (17) mit hitzebestän
digem und möglichst wenig wärmeleitenden Material
beschichtet ist.
21. Zylinderkopf nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß die Hebellagerung der
Betätigungselemente exzentrisch verstellbar ist.
22. Zylinderkopf nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß die Betätigungselemente
für die Schließbewegung des Ventils einen Hebel auf
weisen, der durch eine Verzahnung mit einer im
Zylinderkopfgehäuse gelagerten Welle verbunden ist,
und daß diese Welle mittels einer weiteren Verzahnung
an dem einen Ende einer Torsionsfeder gekoppelt ist,
deren anderes Ende mit dem Zylinderkopfgehäuse fest
verbunden ist.
23. Zylinderkopf nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß die Ummantelung (21, 22)
eine Abdeckkappe (23, 24) aufweist, welche lagemäßig,
insbesondere mittels eines umlaufenden Absatzes
fixiert und demontierbar am Zylinderkopfgehäuse
befestigt ist.
24. Zylinderkopf nach einem der Ansprüche 4 bis 23,
dadurch gekennzeichnet, daß der Steg (19, 20) als
Doppelsteg ausgebildet ist.
25. Zylinderkopf nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet,
daß der Steg zu beiden Seiten der Ventilschaftführung
nach Art einer Brücke ausgebildet ist.
26. Zylinderkopf nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet,
daß der Steg durch zwei Hilfsstege im Winkel zu je
120° abgestützt ist.
27. Zylinderkopf nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet,
daß der Steg in einzelne, kleine Stegteile aufgeteilt
ist, und daß die Stegteile wendelflächenartig angeord
net sind.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19914141063 DE4141063C2 (de) | 1991-12-13 | 1991-12-13 | Zylinderkopf für Verbrennungsmotoren |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE19914141063 DE4141063C2 (de) | 1991-12-13 | 1991-12-13 | Zylinderkopf für Verbrennungsmotoren |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE4141063A1 true DE4141063A1 (de) | 1993-06-17 |
DE4141063C2 DE4141063C2 (de) | 1994-06-23 |
Family
ID=6446931
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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DE19914141063 Expired - Fee Related DE4141063C2 (de) | 1991-12-13 | 1991-12-13 | Zylinderkopf für Verbrennungsmotoren |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE4141063C2 (de) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE10207658A1 (de) * | 2002-02-22 | 2003-09-11 | Meta Motoren Energietech | Verfahren zum Verkürzen der Öffnungs- und/oder Schließflanke eines Ventils, sowie Ventil |
DE102010044546A1 (de) * | 2010-05-17 | 2011-11-17 | Gm Global Technology Operations Llc (N.D.Ges.D. Staates Delaware) | Motor mit auf die Bohrungsgröße bezogener Ventilgeometrie |
Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US2658491A (en) * | 1949-11-30 | 1953-11-10 | Citroen Sa Andre | Cooling and lubricating arrangement for valve guides and stems of thermal engines |
DE3807855A1 (de) * | 1988-03-10 | 1989-09-21 | Kloeckner Humboldt Deutz Ag | Brennkraftmaschine |
-
1991
- 1991-12-13 DE DE19914141063 patent/DE4141063C2/de not_active Expired - Fee Related
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Publication number | Publication date |
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DE4141063C2 (de) | 1994-06-23 |
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