DE4141063C2 - Zylinderkopf für Verbrennungsmotoren - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Zylinderkopf für Verbrennungsmotoren mit Ein- und Auslaßventilen, Betäti­ gungselementen für die Ventile sowie mit angeschlossenen Gasführungskanälen.

Ein derartiger Zylinderkopf ist aus der DE 38 07 855 A1 bekannt.

Der erfindungsgemäße Zylinderkopf 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. Als zwischengeschaltete 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 Motorleistung 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 die Aufgabe zugrunde, einen Zylinderkopf zu schaffen, mit dem ein schneller und effektiver Ladungswechsel, günstige Abgaswerte und eine große Leistungsausbeute erzielt werden können.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß mindestens die Ventile auf der Einlaßseite mit den Ventilschäften und die an dem jeweiligen Ventil angrei­ fenden Teile der Betätigungselemente innerhalb des betref­ fenden Gasführungskanals 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. Es zeigt

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 die

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 den Fig. 1 und 2 sind die Gasführungskanäle horizontal geteilt, die einteiligen Abdeckkappen 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 im 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 Gasführungskanals 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 einem der Ansprüche 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 Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Steg (19, 20) und die Ummantelung (21, 22) strömungsgünstig nach Art einer Stromlinienform gestaltet ist.

7. Zylinderkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 6, 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 Ansprüche 1 bis 8, 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 Ansprüche 1 bis 10, 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 Ansprüche 1 bis 12, 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 Ansprüche 1 bis 13, 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 Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß ein zylinderkopfseitiges Teil jedes Gasführungskanals (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 Ansprüche 1 bis 17, 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 Ansprüche 1 bis 19, 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 Ansprüche 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Hebellagerung der Betätigungselemente exzentrisch verstellbar ist.

22. Zylinderkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 21, 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 Ansprüche 1 bis 22, 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.