EP0353577A2 - Zylinderkopf für Hubkolben-Brennkraftmaschinen - Google Patents

Zylinderkopf für Hubkolben-Brennkraftmaschinen Download PDF

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EP0353577A2
EP0353577A2 EP89113541A EP89113541A EP0353577A2 EP 0353577 A2 EP0353577 A2 EP 0353577A2 EP 89113541 A EP89113541 A EP 89113541A EP 89113541 A EP89113541 A EP 89113541A EP 0353577 A2 EP0353577 A2 EP 0353577A2
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guide
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guide surfaces
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Jiri Seidl
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Bayerische Motoren Werke AG
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    • F01L1/00—Valve-gear or valve arrangements, e.g. lift-valve gear
    • F01L1/02—Valve drive
    • F01L1/04—Valve drive by means of cams, camshafts, cam discs, eccentrics or the like
    • F01L1/047—Camshafts
    • F01L1/053—Camshafts overhead type
    • F01L1/0532—Camshafts overhead type the cams being directly in contact with the driven valve
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02F—CYLINDERS, PISTONS OR CASINGS, FOR COMBUSTION ENGINES; ARRANGEMENTS OF SEALINGS IN COMBUSTION ENGINES
    • F02F1/00—Cylinders; Cylinder heads 
    • F02F1/24—Cylinder heads
    • F02F1/26—Cylinder heads having cooling means
    • F02F1/36—Cylinder heads having cooling means for liquid cooling
    • F02F1/38—Cylinder heads having cooling means for liquid cooling the cylinder heads being of overhead valve type
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F01M9/00—Lubrication means having pertinent characteristics not provided for in, or of interest apart from, groups F01M1/00 - F01M7/00
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    • F01M9/104—Lubrication of valve gear or auxiliaries of tappets
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    • F02F1/00—Cylinders; Cylinder heads 
    • F02F1/24—Cylinder heads
    • F02F2001/244—Arrangement of valve stems in cylinder heads
    • F02F2001/245—Arrangement of valve stems in cylinder heads the valve stems being orientated at an angle with the cylinder axis

Definitions

  • the invention relates to a cylinder head for reciprocating internal combustion engines according to the generic features of claim 1.
  • Such a cylinder head is known for example from US-A-2,863,432.
  • This cylinder head comprises a separate control housing, which essentially serves for the arrangement of control shafts. Tappets interacting with the control shafts for actuating the lift valves for gas exchange channels guided in the cylinder head are arranged in guides of a further part separate from the cylinder head and control housing. This part, which is isolated for each cylinder head of the internal combustion engine, delimits a control chamber, which is used primarily for the arrangement of valve springs, above the top wall of the cylinder head.
  • the cylinder head described above is equipped with - seen in plan view - rectangular tappets, which are single Lich cooperate in opposite circumferential parts with guide surfaces of the plunger guide.
  • the invention has for its object to develop for a generic cylinder head so that structurally integrated guides of the open type with paired opposite guide surfaces can be achieved without any special effort, especially for the manufacture of the cylinder head in the mold casting.
  • guides of the open type can advantageously be arranged as an integral part of the cylinder head without any special effort.
  • the arrangement according to the invention in conjunction with the open design of the guides gives the advantage of being able to choose the best possible simple machining of the flat or curved guide surfaces.
  • the arrangement according to the invention of a tappet guide of the open type offers the further advantage of a control chamber which can be produced using the mold casting method in the case of a casting consisting of a cylinder head and control housing.
  • the invention offers the advantage of producing the control housing with the guide surfaces arranged on the side boundaries in die-casting, while the cylinder head with the free-standing wall parts is cast. This eliminates the need for separate cores in the cast production of the control housing.
  • Claim 2 relates to two laterally spaced tappet guides, the wall parts of which are connected between the tappet guides via a connecting web with the side boundary of the control housing or the control chamber.
  • This configuration serves to stiffen the control housing and, in the case of a control housing connected in one piece to the cylinder head, to stiffen the entire casting.
  • a cylinder head screw connection which is closely adjacent to the tappet guides and with a small cylinder spacing, the above-described configuration is advantageously effective.
  • the stiffening of the control housing or the entire cylinder head can be further increased according to claim 3 in that a wall part is additionally supported against a shaft wall of an approximately cylinder-axial shaft for a spark plug or an injection nozzle.
  • the mutually opposite wall parts can also be supported against one another.
  • a lubricating oil channel is provided in the side boundary according to claim 5, which is in oil-bearing connection with openings in the adjacent guide surfaces.
  • a control housing that is separate from the cylinder head can be die-cast.
  • the invention according to claim 7 enables cylinder head and control housing to be produced in one piece in mold casting.
  • the areas for the guide surfaces can be equipped with a slight oversize for subsequent machining.
  • their guide surfaces can advantageously be machined using rotating tools. Adjacent guides for valves that are directed differently from one another can also be machined properly.
  • a cylinder head 1 for a reciprocating piston internal combustion engine comprises gas exchange channels 2 and 3, which are controlled by means of lift valves 4 and 5.
  • the lift valves 4 and 5 are guided in the cylinder head 1, the free shaft ends 6 of which are arranged in control chambers 7.
  • the control chambers 7 are a deck wall 100 of the cylinder head 1 arranged in a control housing 8 connected thereto.
  • the spring-loaded lift valves 4 and 5 are each actuated by a control shaft 10 via a plunger 9.
  • Each plunger 9 slides in a guide 11 assigned to the control chamber 7.
  • Each guide 11 is designed in such a way that it only has guide surfaces 12, 13 which cooperate with opposite partial circumferences of the plunger 9.
  • the guide surfaces 12, 13 of the tappet guide 11 are arranged on the components delimiting the control chamber 7.
  • a component delimiting the control chamber 7 is a side delimitation 14 of the control housing 8, on which the guide surface 12 is formed.
  • Another component delimiting the control chamber 7 is a tongue-like wall part 15 which is arranged opposite the side delimitation 14 of the control housing 8 and is arranged freestanding on the top wall 100 and has the guide surface 13.
  • the control chamber 7 with guide surfaces 12 and 13 arranged in pairs on the components of a side boundary 14 of the control housing 8 delimiting the control chamber 7 and an opposite wall part 15 arranged essentially free-standing on the top wall 100 can be advantageous in one-piece design of the cylinder head 1 and control housing 8 in permanent mold casting be formed by a steel core.
  • the guide surfaces 12 and 13 of the laterally open tappet guide 11 are machined, preferably with a turning tool in the case of cylindrically curved guide surfaces 12 and 13, as can be seen in FIG. 2.
  • a rotation lock stop 26 designed as an adapter sleeve is used to secure the rectangular to oval plungers 9 against rotation, the free end of the respective adapter sleeve projecting beyond the guide surface 13.

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
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  • Valve-Gear Or Valve Arrangements (AREA)
  • Cylinder Crankcases Of Internal Combustion Engines (AREA)

Abstract

Bei einem Zylinderkopf für Hubkolben-Brennkraftmaschinen mit einer in einem Steuergehäuse benachbart angeordneten Steuerkammer und einer der Steuerkammer im Steuergehäuse zugeordneten Führung für einen Stößel eines federbe­lasteten, im Zylinderkopf geführten Hubventils eines Gaswechselkanals weist die Stößel-Führung an beabstandet angeordneten Teilen ausgebildete, lediglich mit einander gegenüberliegenden Teilumfängen des Stößels zusammenwir­kende Führungsflächen auf, von denen zumindest eine an einem im Steuergehäuse freistehend angeordneten Wandteil vorgesehen ist. Zur Erzielung baulich integrierter Führungsflächen ohne besonderen Aufwand bei einem in Guß gefertigten Zylinderkopf wird vorgeschlagen, daß die andere Führungsfläche der seitlich offenen Stößel-­Führung an einer der Seitenbegrenzungen des Steuerge­häuses vorgesehen ist, und daß das die eine, gegenüber­liegende Führungsfläche aufweisende Wandteil mit der Deckwand des Zylinderkopfes einstückig in Verbindung steht.

Description

  • Die Erfindung betrifft einen Zylinderkopf für Hubkolben-­Brennkraftmaschinen nach den gattungsbildenden Merkmalen des Patentanspruches 1.
  • Ein derartiger Zylinderkopf ist beispielsweise aus der US-A-2,863,432 bekannt. Dieser Zylinderkopf umfaßt ein gesondertes Steuergehäuse, das im wesentlichen der Anordnung von Steuerwellen dient. Mit den Steuerwellen zusammenwirkende Stößel zur Betätigung der im Zylinder­kopf geführten Hubventile für Gaswechselkanäle sind in Führungen eines weiteren, von Zylinderkopf und Steuer­gehäuse gesonderten Teiles angeordnet. Dieses für jeden Zylinderkopf der Brennkraftmaschine vereinzelte Teil begrenzt über der Deckwand des Zylinderkopfes eine vorwiegend der Anordnung von Ventilfedern dienende Steuerkammer.
  • Die Ausbildung entsprechend der Zylinderzahl der Brenn­kraftmaschine vereinzelter Teile ermöglicht zwar ohne weiteres die spanabhebende Bearbeitung der Stößel-­Führungen, sie führt jedoch zu einem beträchtlichen Bauaufwand.
  • Der vorbeschriebene Zylinderkopf ist mit - in Draufsicht gesehen - rechteckigen Stößeln ausgerüstet, die ledig­ lich in einander gegenüberliegenden Umfangsteilen mit Führungsflächen der Stößel-Führung zusammenwirken.
  • Eine andere Ausgestaltung eines Zylinderkopfes mit rechteckigen und/oder ovalen Ventil-Stößeln zeigt die US-A-4,637,357. Hierbei sind die Ventil-Stößel über den gesamten Umfang geführt. Diese umfänglich geschlossenen Führungen sind als Durchbrechungen in einer Leiste ausgebildet, die oberhalb einer im Steuergehäuse inte­grierten Steuerkammer mit einer Seitenbegrenzung des Steuergehäuses einstückig verbunden ist. Um eine ein­wandfreie spanabhebende Bearbeitung der geschlossenen Stößel-Führungen sicherzustellen, ist die Leiste in einem vom übrigen Steuergehäuse lösbaren Teil angeord­net.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, für einen gattungsgemäßen Zylinderkopf so weiterzubilden, daß baulich integrierte Führungen der offenen Bauart mit paarweise einander gegenüberliegenden Führungsflächen ohne besonderen Aufwand erzielt sind, insbesondere zur Herstellung des Zylinderkopfes im Kokillen-Guß.
  • Diese Aufgabe wird mit den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst. Mit der Erfindung können Führungen der offenen Bauart vorteilhaft ohne besonderen Aufwand als integraler Bestandteil des Zylinderkopfes angeordnet werden. Weiter ergibt die erfindungsgemäße Anordnung in Verbindung mit der offenen Bauart der Führungen den Vorteil, die jeweils bestmögliche einfache spanabhebende Bearbeitung der ebenen oder gekrümmten Führungsflächen wählen zu können. Schließlich bietet die erfindungsgemäße Anordnung einer Stößel-Führung der offenen Bauart den weiteren Vorteil einer im Kokillen­gußverfahren herstellbaren Steuerkammer bei einem aus Zylinderkopf und Steuergehäuse bestehenden Gußstück. Bei einem vom Zylinderkopf separat ausgebildeten Steuerge­häuse bietet die Erfindung den Vorteil, das Steuerge­häuse mit den an den Seitenbegrenzungen angeordneten Führungsflächen im Druckguß herzustellen, während der Zylinderkopf mit den freistehend angeordneten Wandteilen in Guß ausgebildet wird. Damit erübrigen sich bei der Guß-Herstellung des Steuergehäuses gesonderte Kerne.
  • Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unter­ansprüchen beschrieben. Anspruch 2 bezieht sich auf zwei lateral beabstandete Stößel-Führungen, deren Wandteile zwischen den Stößel-Führungen über einen Verbindungssteg mit der Seitenbegrenzung des Steuergehäuses bzw. der Steuerkammer in Verbindung stehen. Diese Ausgestaltung dient der Aussteifung des Steuergehäuses und bei mit dem Zylinderkopf einteilig verbundenem Steuergehäuse der Aussteifung des gesamten Gußstückes. Im Hinblick auf eine den Stößel-Führungen eng benachbarte Zylinderkopf­verschraubung bei geringem Zylinderabstand ist die vorbeschriebene Ausgestaltung vorteilhaft wirksam. Die Aussteifung des Steuergehäuses bzw. des gesamten Zylin­derkopfes kann nach Anspruch 3 weiter dadurch gesteigert werden, daß ein Wandteil gegen eine Schachtwand eines etwa zylinderaxialen Schachtes für eine Zündkerze oder eine Einspritzdüse zusätzlich abgestützt ist. Bei einem Mehrventil-Querstromkopf können nach Anspruch 4 die einander gegenüberliegenden Wandteile auch gegeneinander abgestützt sein.
  • Zur Versorgung von hydraulischen Ventilspiel-Ausgleichs­elementen in den Ventil-Stößeln mit Schmieröl der Brennkraftmaschine ist nach Anspruch 5 in der Seitenbe­grenzung ein Schmieröl-Kanal vorgesehen, der mit Öffnun­gen in den benachbarten Führungsflächen ölführend in Verbindung steht. Mit einer nach Anspruch 6 über die Führungsfläche vorstehend angeordneten Spannhülse ist ein relativ einfach zu erstellender Drehsicherungsan­schlag erreicht.
  • Wie weiter vorne bereits erwähnt, kann ein vom Zylinder­kopf separates Steuergehäuse in Druckguß ausgeführt werden. Weiter ermöglicht die Erfindung nach Anspruch 7 Zylinderkopf und Steuergehäuse einstückig in Kokillenguß zu fertigen. In beiden Fällen können die Bereiche für die Führungsflächen mit geringem Übermaß für eine nachfolgende spanabhebende Bearbeitung ausgestattet sein. Mit der Anordnung relativ schmaler, ovaler Stößel in den seitlich offenen Führungen können deren Führungs­flächen mittels drehender Werkzeuge vorteilhaft bearbei­tet werden. Benachbarte Führungen für zueinander unter­schiedlich gerichtete Ventile sind ebenfalls einwandfrei zu bearbeiten.
  • Die Erfindung ist anhand eines in der Zeichnung darge­stellten Ausführungsbeispiels beschrieben. Es zeigen:
    • Fig. 1 einen Mehrventil-Zylinderkopf der Querstrombauart mit Steuergehäuse im Quer­schnitt im Bereich einer Stößel-Führung,
    • Fig. 2 Stößel-Führungen für zwei gleichartige Ventile des Zylinderkopfes in Draufsicht gemäß Ansicht "X".
  • Ein Zylinderkopf 1 für eine nicht weiter dargestellte Hubkolben-Brennkraftmaschine umfaßt Gaswechselkanäle 2 und 3, die mittels Hubventilen 4 und 5 gesteuert sind. Die Hubventile 4 und 5 sind im Zylinderkopf 1 geführt, wobei deren freie Schaftenden 6 in Steuerkammern 7 angeordnet sind. Die Steuerkammern 7 sind einer Deck­ wand 100 des Zylinderkopfes 1 in einem mit diesem verbundenen Steuergehäuse 8 benachbart angeordnet. Die federbelasteten Hubventile 4 und 5 sind jeweils über einen Stößel 9 von einer Steuerwelle 10 betätigt.
  • Jeder Stößel 9 gleitet in einer der Steuerkammer 7 zugeordneten Führung 11. Jede Führung 11 ist so gestal­tet, daß sie lediglich mit einander gegenüberliegenden Teilumfängen des Stößels 9 zusammenwirkende Führungs­flächen 12, 13 aufweist. Die Führungsflächen 12, 13 der Stößelführung 11 sind an die Steuerkammer 7 begrenzenden Bauteilen angeordnet. Ein die Steuerkammer 7 begrenzen­des Bauteil ist eine Seitenbegrenzung 14 des Steuerge­häuses 8, an dem die Führungsfläche 12 ausgebildet ist. Ein weiteres, die Steuerkammer 7 begrenzendes Bauteil ist ein der Seitenbegrenzung 14 des Steuergehäuses 8 gegenüber angeordnetes, zungenartig gestaltetes Wand­teil 15, das an der Deckwand 100 freistehend angeordnet ist und die Führungsfläche 13 aufweist.
  • Die Steuerkammer 7 mit paarweise angeordneten Führungs­flächen 12 und 13 an den die Steuerkammer 7 begrenzenden Bauteilen einer Seitenbegrenzung 14 des Steuergehäuses 8 und eines gegenüberliegenden, im wesentlichen frei­stehend an der Deckwand 100 angeordneten Wandteiles 15 kann bei einstückiger Ausführung von Zylinderkopf 1 und Steuergehäuse 8 im Kokillenguß vorteilhaft durch einen Stahlkern ausgeformt werden. Nach dem Gießen werden die Führungsflächen 12 und 13 der seitlich offenen Stößel-­Führung 11 spanabhebend bearbeitet, vorzugsweise mit einem Drehwerkzeug bei zylindrisch gekrümmten Führungs­flächen 12 und 13, wie aus Fig. 2 erkennbar.
  • Die lediglich in Teilumfängen geführten Stößel 9 in den seitlich offenen Führungen 11 mit relativ schmalen Führungsflächen 12 und 13 sind demgemäß im Querschnitt rechteckig bis oval gestaltet. Mit dem zur Nockendreh­ebene schmalbauenden Ventil-Stößel 9 können Hubventile 4 bzw. 5, wie aus Fig. 2 erkennbar, relativ eng beabstan­det angeordnet werden. Ein geringer gegenseitiger Abstand der Hubventile 4 bzw. 5 ermöglicht einen kleinen Zylinderdurchmesser und einen geringen Zylinderabstand. Um den Einfluß der bei 16 nahe den Stößel-Führungen 11 angreifenden Zylinderkopf-Verschraubung geringzuhalten, ist zwischen den Stößelführungen 11 ein die Wandteile 15 mit der Seitenbegrenzung 14 des Steuergehäuses 8 ver­bindender, lösbarer Verbindungssteg 17 angeordnet. Der Verbindungssteg 17 kann ferner zur Ausbildung des unteren Teiles eines Nockenwellenlagers 18 dienen. Zur weiteren Aussteifung des Steuergehäuses 8 können die Wandteile 15 mit einer Schachtwand 19 eines etwa zylin­deraxialen Schachtes 20 für eine Zündkerze 21 über Stützstege 22 in Verbindung stehen. Bei einem 4-Ventil-­Querstrom-Zylinderkopf 1 können einander gegenüberlie­gende Wandteile 15 auch gegeneinander abgestützt sein, Stützwand 23.
  • Die Führungsflächen 12 an den Seitenbegrenzungen 14 weisen Öffnungen 24 auf, die mit einem in der Seitenbe­grenzung 14 angeordneten Schmierölkanal 25 in Verbindung stehen. Diese Ausgestaltung dient der Versorgung von in den Stößeln 9 vorgesehenen hydraulischen Ventilspiel-­Ausgleichselementen mit Schmieröl.
  • Zur Drehsicherung der rechteckig bis ovalen Stößel 9 dient jeweils ein als Spannhülse ausgebildeter Dreh­sicherungsanschlag 26, wobei die jeweilige Spannhülse mit ihrem freien Ende über die Führungsfläche 13 vor­steht.
  • Unabhängig von der Anzahl der jeweiligen Hubventile zur Steuerung der Gaswechselkanäle ermöglicht die erfin­ dungsgemäße Anordnung der Führungen 11 bzw. der Füh­rungsflächen 12 und 13 für die Ventil-Stößel 9 vorteil­haft enge Ventilwinkel mit der günstigen Folge eines flachen Brennraumes für schnelle und saubere Verbren­nung.

Claims (7)

1. Zylinderkopf für Hubkolben-Brennkraftmaschinen,
- mit einer zwischen Seitenbegrenzungen (14) eines Steuergehäuses (8) einer Deckwand (100) des Zylin­derkopfes (1) benachbart angeordneten Steuerkam­mer (7), und
- einer der Steuerkammer (7) zugeordneten Füh­rung (11) für einen Stößel (9) eines federbelaste­ten, im Zylinderkopf (1) geführten Hubventils (4) eines Gaswechselkanals (2,3), wobei
- die Stößel-Führung (11) an beabstandet angeordneten Teilen ausgebildete, lediglich mit einander gegen­überliegenden Teilumfängen des Stößels (9) zusam­menwirkende Führungsflächen (12,13) aufweist, und
- zumindest eine der Führungsflächen (13) an einem im Steuergehäuse (8) freistehend angeordneten Wand­teil (15) vorgesehen ist,
dadurch gekennzeichnet,
- daß die andere Führungsfläche (12) der seitlich offenen Stößel-Führung (11) an einer der Seitenbe­grenzungen (14) des Steuergehäuses (8) vorgesehen ist, und
- daß das die eine, gegenüberliegende Führungsflä­che (13) aufweisende Wandteil (15) mit der Deck­wand (100) des Zylinderkopfes (1) einstückig in Verbindung steht.
2. Zylinderkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­net,
- daß zwei benachbarte Stößel-Führungen (11) mit gegenseitigem Abstand angeordnet sind, und
- daß ein lösbarer Verbindungssteg (17) zwischen den seitlich offenen Stößel-Führungen (11) die Wand­teile (15) mit der Seitenbegrenzung (14) des Steuergehäuses (8) verbindet.
3. Zylinderkopf nach einem oder mehreren der Ansprü­che 1 - 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Wand­teil (15) mit einer Schachtwand (19) eines etwa zylinderaxialen Schachtes (20) für eine Zündker­ze (21) oder eine Einspritzdüse über einen Stütz­steg (22) in Verbindung steht.
4. Zylinderkopf nach einem oder mehreren der Ansprü­che 1 - 3, dadurch gekennzeichnet, daß einander gegenüberliegende Wandteile (15) eines Mehrventil-­Querstromkopfes gegeneinander abgestützt sind.
5. Zylinderkopf nach den Ansprüchen 1 - 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Führungsflächen (12) an den Seitenbegrenzung (14) Öffnungen (24) aufweisen, die mit einem in der Seitenbegrenzung angeordneten Schmierölkanal (25) in Verbindung stehen.
6. Zylinderkopf nach den Ansprüchen 1 - 5, dadurch gekennzeichnet, daß als Drehsicherungsanschlä­ge (26) dienende Spannhülsen mit ihren freien Enden über die Führungsflächen (13) vorstehend angeordnet sind.
7. Zylinderkopf nach einem oder mehreren der Ansprü­che 1 - 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuer­gehäuse (8) über die Seitenbegrenzungen (14) mit dem Zylinderkopf (1) einstückig im Kokillenguß ausgebildet ist.
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