EP0353577B1 - Zylinderkopf für Hubkolben-Brennkraftmaschinen - Google Patents

Zylinderkopf für Hubkolben-Brennkraftmaschinen Download PDF

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EP0353577B1
EP0353577B1 EP19890113541 EP89113541A EP0353577B1 EP 0353577 B1 EP0353577 B1 EP 0353577B1 EP 19890113541 EP19890113541 EP 19890113541 EP 89113541 A EP89113541 A EP 89113541A EP 0353577 B1 EP0353577 B1 EP 0353577B1
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guide surfaces
control
wall parts
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Jiri Seidl
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Bayerische Motoren Werke AG
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Bayerische Motoren Werke AG
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    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01L—CYCLICALLY OPERATING VALVES FOR MACHINES OR ENGINES
    • 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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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01M—LUBRICATING OF MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; LUBRICATING INTERNAL COMBUSTION ENGINES; CRANKCASE VENTILATING
    • 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
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B1/00—Engines characterised by fuel-air mixture compression
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    • F02B1/04—Engines characterised by fuel-air mixture compression with positive ignition with fuel-air mixture admission into cylinder
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    • F02B2275/00—Other engines, components or details, not provided for in other groups of this subclass
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    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
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    • 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 only interact in opposite circumferential parts with guide surfaces of the tappet guide.
  • the invention has for its object to develop a generic cylinder head so that structurally integrated guides of the open type with paired opposing guide surfaces are achieved without special effort 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.
  • a further characteristic feature of claim 1 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 limitation of the control housing or the control chamber.
  • This configuration serves for the transverse stiffening of the control housing which is connected in one piece to the cylinder head and thus for the stiffening of 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 a further characteristic feature of claim 1 in that a wall part is additionally supported against an approximately cylinder-axial shaft for a spark plug or an injection nozzle, wherein opposite wall parts can also be supported against each other.
  • a lubricating oil channel is provided in the side boundary according to claim 3, which is in oil-bearing connection with openings in the adjacent guide surfaces.
  • the invention according to claim 1 enables cylinder head and control housing to be produced in one piece in permanent mold casting, the areas for the guide surfaces being equipped with a slight excess 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 top wall 100 of the cylinder head 1 in a control housing 8 connected to it adjacent.
  • 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.
  • the tappets 9, which are only partially guided, in the laterally open guides 11 with relatively narrow guide surfaces 12 and 13 are accordingly in cross section designed rectangular to oval.
  • lift valves 4 and 5 With the valve tappet 9, which is narrow in relation to the cam rotating plane, lift valves 4 and 5, as can be seen in FIG. 2, can be arranged relatively closely spaced apart. A small mutual distance between the lift valves 4 and 5 enables a small cylinder diameter and a small cylinder distance.
  • a releasable connecting web 17 connecting the wall parts 15 to the side boundary 14 of the control housing 8 is arranged between the tappet guides 11.
  • the connecting web 17 can also serve to form the lower part of a control shaft bearing 18.
  • the wall parts 15 can be connected to a shaft wall 19 of an approximately cylinder-axial shaft 20 for a spark plug 21 via support webs 22.
  • opposite wall parts 15 can also be supported against one another, support wall 23.
  • the guide surfaces 12 on the side delimitations 14 have openings 24 which are connected to a lubricating oil channel 25 arranged in the side delimitation 14. This configuration serves to supply hydraulic valve lash compensation elements provided in the tappets 9 with lubricating oil.
  • 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.
  • the invention enables Arrangement of the guides 11 and the guide surfaces 12 and 13 for the valve tappets 9 advantageously narrow valve angles with the favorable result of a flat combustion chamber for fast and clean combustion.

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  • Cylinder Crankcases Of Internal Combustion Engines (AREA)

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 lediglich 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, einen gattungsgemäßen Zylinderkopf so weiterzubilden, daß baulich integrierte Führungen der offenen Bauart mit paarweise einander gegenüberliegenden Führungsflächen ohne besonderen Aufwand erzielt sind 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.
  • Ein weiteres Kennzeichenmerkmal des Anspruches 1 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 Quer-Aussteifung des mit dem Zylinderkopf einteilig verbundenen Steuergehäuses und damit 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 einem weiteren Kennzeichenmerkmal des Anspruches 1 weiter dadurch gesteigert werden, daß ein Wandteil gegen einen etwa zylinderaxialen Schacht für eine Zündkerze oder eine Einspritzdüse zusätzlich abgestützt ist, wobei einander gegenüberliegende Wandteile auch gegeneinander abgestützt sein können. Mit der Kombination aller Kennzeichenmerkmale des Anspruches 1 ist ein Zylinderkopf mit integriertem Steuergehäuse erzielt, der vorteilhafterweise für einen Kokillenguß steuergehäuseseitig frei von Hinterschneidungen gestaltbar ist und ferner eine ausreichende Quer-Aussteifung ermöglicht.
  • Zur Versorgung von hydraulischen Ventilspiel-Ausgleichselementen in den Ventil-Stößeln mit Schmieröl der Brennkraftmaschine ist nach Anspruch 3 in der Seitenbegrenzung ein Schmieröl-Kanal vorgesehen, der mit Öffnungen in den benachbarten Führungsflächen ölführend in Verbindung steht. Mit einer über die Führungsfläche vorstehend angeordneten Spannhülse ist ein relativ einfach zu erstellender Drehsicherungsanschlag erreicht.
  • Wie weiter vorne bereits erwähnt, ermöglicht die Erfindung nach Anspruch 1 Zylinderkopf und Steuergehäuse einstückig in Kokillenguß zu fertigen, wobei die Bereiche für die Führungsflächen mit geringem Übermaß für eine nachfolgende spanabhebende Bearbeitung ausgestattet sind. 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 Deckwand 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 Steuerwellenlagers 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 erfindungsgemäße 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 (4)

  1. Zylinderkopf für Hubkolben-Brennkraftmaschinen,
    - der für Gaswechselkanäle (2, 3) jeweils mehrere gleichartige, über in einem Steuergehäuse (8) angeordnete Steuerwellen (10) mittels zwischengeschalteter Stößel (9) betätigte, federbelastete Hubventile (4, 5) umfaßt, und
    - im Steuergehäuse (8) mit Führungen (11) für die Stößel (9) vorgesehene Steuerkammern (7) einer mit dem Zylinderkopf (1) einstückig gegossenen Deckwand (100) benachbart angeordnet sind, wobei
    - die Stößel-Führungen (11) jeweils an zwei beabstandet angeordneten Teilen ausgebildete, die Stößel (9) lediglich teilweise umschließende erste und zweite Führungsflächen (12, 13) aufweisen, und
    - die ersten Führungsflächen (13) an zwischen jeder Seitenbegrenzung (14) des Steuergehäuses (8) und einem etwa zylinderaxialen Zündkerzen- bzw. Einspritzdüsen-Schacht (20) im Steuergehäuse (8) freistehend angeordneten Wandteilen (15) angeordnet sind,
    dadurch gekennzeichnet,
    - daß einerseits die Seitenbegrenzungen (14) des Steuergehäuses (8) und andererseits die Wandteile (15) sowie der Schacht (20) mit der mit dem Zylinderkopf (1) integralen Deckwand (100) einstückig gegossen sind, und
    - daß die zweiten Führungsflächen (12) an den Seitenbegrenzungen (14) den an den Wandteilen (15) ausgebildeten ersten Führungsflächen (13) gegenüberliegend angeordnet sind, und
    - daß die Seitenbegrenzungen (14) zwischen benachbarten zweiten Führungsflächen (12) der seitlich in Zylinderkopf-Längsrichtung offenen Stößel-Führungen (11) über lösbar angeordnete Verbindungsstege (17) mit einander benachbarten Wandteilen (15) in Verbindung stehen, wobei
    - die Wandteile (15) ihrerseits über Stützstege (22) mit dem Schacht (20) oder über Stützwände (23) untereinander verbunden sind.
  2. Zylinderkopf nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die Ausgestaltung als Kokillengußteil.
  3. Zylinderkopf nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet,
    - daß die an den Seitenbegrenzungen (14) angeordneten zweiten Führungsflächen (12) Öffnungen (24) aufweisen zur Verbindung mit in den Seitenbegrenzungen (14) angeordneten Schmierölkanälen (25), und
    - daß in den Wandteilen (15) über die ersten Führungsflächen (13) vorstehend angeordnete Spannhülsen als Drehsicherungsanschläge (26) dienen.
  4. Zylinderkopf nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungsstege (17) als untere Teile von geteilten Steuerwellenlagern (18) dienen.
EP19890113541 1988-07-30 1989-07-22 Zylinderkopf für Hubkolben-Brennkraftmaschinen Expired - Lifetime EP0353577B1 (de)

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Publications (3)

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EP0353577A2 EP0353577A2 (de) 1990-02-07
EP0353577A3 EP0353577A3 (en) 1990-04-04
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