EP0900327B1 - Zylinderkopf für eine mehrzylindrige brennkraftmaschine - Google Patents

Zylinderkopf für eine mehrzylindrige brennkraftmaschine Download PDF

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EP0900327B1
EP0900327B1 EP97918132A EP97918132A EP0900327B1 EP 0900327 B1 EP0900327 B1 EP 0900327B1 EP 97918132 A EP97918132 A EP 97918132A EP 97918132 A EP97918132 A EP 97918132A EP 0900327 B1 EP0900327 B1 EP 0900327B1
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    • F02F1/00—Cylinders; Cylinder heads 
    • F02F1/24—Cylinder heads
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    • F02F1/4214—Shape or arrangement of intake or exhaust channels in cylinder heads specially adapted for four or more valves per cylinder
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01L—CYCLICALLY OPERATING VALVES FOR MACHINES OR ENGINES
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
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    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
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    • F02F1/00—Cylinders; Cylinder heads 
    • F02F1/24—Cylinder heads
    • F02F2001/244—Arrangement of valve stems in cylinder heads
    • F02F2001/247—Arrangement of valve stems in cylinder heads the valve stems being orientated in parallel with the cylinder axis

Definitions

  • a cylinder head for a multi-cylinder internal combustion engine comprises at least two intake valves and two exhaust valves per cylinder, which are used for Central plane of the cylinder head are arranged in parallel, with the valve plate center of the intake valves and the valve plate centers of the exhaust valves not at the same distance from the center plane of the cylinder head are arranged.
  • a generic cylinder head is from WO 86/05237 known. This cylinder head is completely symmetrical. Resulting from it a whole host of problems in accommodating the individual components in a confined space within the cylinder head.
  • the intake valves as well as the exhaust valves are of two Camshafts controlled parallel to the center plane of the cylinder head are arranged between the valves and the cams of the central plane Camshafts a number of identical operating levers arranged and have the cylindrical associated with the valves Camshafts of the camshafts with different base circle diameters on. This ensures that the inlet channels and Exhaust channels of the cylinder head on the mounts for the stud bolts the cylinder, the camshaft bearings and the operating lever as well as past the recesses for the injection nozzles can be.
  • the actuating levers assigned to the valves be inclined to different degrees to the camshafts. This is then another degree of freedom opened up, which is an even further one Utilization of the space available in the cylinder head is permitted.
  • valve springs of the inlet valves and the outlet valves advantageously have which counteract the actuating levers, depending on the position of the valve disc centers different installation lengths when installed. This ensures that the valve springs are all the same size and have the same spring constant, depending on the installation length or Compression with different force against the actuating lever.
  • the different forces are required because not only the valve disc centers of the valves but also the actuating levers in different Distances to the center plane of the cylinder head or the camshafts are arranged and come from the different distances of the Actuating lever different leverage forces when applying to the Cams of the camshafts result. So that the valve springs used the resulting different demands it is recommended to use relatively soft valve springs choose.
  • the actuating levers are preferably designed as rocker arms, wherein the rocker arms are mounted on hydraulic support elements. Thereby there is no need to store the actuating levers on separate Waves, so that a substantial space saving is given. Also suitable the hydraulic support elements due to the play compensation in a special way for the arrangement of the actuating lever in different strongly inclined positions relative to the camshafts. The operating levers can therefore easily at different angles be arranged without additional measures being taken should be.
  • the cylinder head 1 has each have two intake valves 2 and two exhaust valves 3 per cylinder 4.
  • the valve plate centers 5 of the two inlet valves 2 as well as the valve plate centers 5 'of the two exhaust valves 3 are at different intervals to the center plane M of the cylinder head 1.
  • valve spring 12 By means of a valve spring 12, the actuating levers 9 are pressed against the system brought the cams 8 of the camshafts 7, 7 '. Consequently, they work Actuating lever 9 when they are acted upon by the cams 8, against the force of the valve springs 12.
  • the cams 8 of the camshafts 7, 7 'assigned to the intake valves 2 have different base circle diameters D G1 , D G2 . It can be clearly seen that D G1 there is greater than D G2 .
  • the various actuating levers 9 all have the same position or inclination in the cylinder head 1.
  • the working area of the actuating levers 9 is defined by the respective base circle diameter D G1 , D G2 and by the position of the intake valves 2.
  • the working area is the area that corresponds to the cam 8 of the camshafts 7, 7 'is in contact.
  • valve springs 12 used In order to be able to maintain approximately the same lever forces on the side of the support element 10 and on the side of the free end of the valve stem 6, 6 ', even in differently defined working areas, the valve springs 12 used, all of which have the same size and the same spring constant have different installation lengths L F1 , L F2 when installed .
  • the installation length L F1 is chosen to be shorter than the installation length L F2 .

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Description

Ein Zylinderkopf für eine mehrzylindrige Brennkraftmaschine umfaßt wenigstens zwei Einlaßventile und zwei Auslaßventile pro Zylinder, die zur Mittelebene des Zylinderkopfes parallel angeordnet sind, wobei die Ventiltellermitten der Einlaßventile sowie die Ventiltellermitten der Auslaßventile jeweils nicht in gleichem Abstand zur Mittelebene des Zylinderkopfes angeordnet sind.
Ein gattungsgemäßer Zylinderkopf ist aus der Druckschrift WO 86/05237 bekannt. Dieser Zylinderkopf ist völlig symmetrisch aufgebaut. Daraus ergeben sich eine ganze Reihe von Problemen bei der Unterbringung der einzelnen Bauteile auf engem Raum innerhalb des Zylinderkopfes.
Bedingt durch die ständig wachsenden Anforderungen an die Kompaktheit und die Montagefreundlichkeit der Zylinderköpfe von Brennkraftmaschinen ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Zylinderkopf zu konzipieren, der unter optimaler Ausnutzung des vorhandenen Bauraumes eine verbesserte Unterbringung seiner diversen Komponenten erlaubt. Dabei soll gewährleistet sein, daß separat einzusetzende Teile aufgrund der Verwechslungsgefahr möglichst keine unterschiedlichen Geometrien aufweisen.
Gelöst wird diese Aufgabe durch die Merkmale des Patentanspruchs 1. Demnach sind die Einlaßventile wie auch die Auslaßventile von zwei Nockenwellen gesteuert, die zur Mittelebene des Zylinderkopfes parallel angeordnet sind, sind zwischen den Ventilen und den Nocken der Mittelebene Nockenwellen eine Anzahl von identisch ausgebildeten Betätigungshebeln angeordnet und weisen die den Ventilen zugeordneten zylindrischen Nocken der Nockenwellen unterschiedlich große Grundkreisdurchmesser auf. Dadurch wird erreicht, daß die Einlaßkanäle und die Auslaßkanäle des Zylinderkopfes an den Aufnahmen für die Stehbolzen der Zylinder, an den Lagerungen der Nockenwellen und der Betätigungshebel sowie an den Ausnehmungen für die Einspritzdüsen vorbeigeführt werden können. Darüber hinaus können bei dieser Ausführungsform aufgrund der für alle Ventile identisch ausgebildeten Betätigungshebel keine Verwechslungen bei der Bestückung des Zylinderkopfes mit den Betätigungshebeln auftreten. Zu beachten ist, daß bei dieser ersten Ausführungsform die den Einlaßventilen und den Auslaßventilen zugeordneten Betätigungshebel zu den Nockenwellen gleich stark geneigt sind, um eine gleichmäßige Abwälzung bzw. Reibung zwischen dem Betätigungshebel und dem Ventil bzw. dem Ventilkäppchen zu erreichen.
Gemäß Anspruch 3 können die den Ventilen zugeordneten Betätigungshebel zu den Nockenwellen unterschiedlich stark geneigt sein. Dadurch ist dann ein weiterer Freiheitsgrad erschlossen, was eine noch weitergehende Ausnutzung des im Zylinderkopf vorhandenen Bauraumes erlaubt.
Vorteilhaft weisen die Ventilfedern der Einlaßventile und der Auslaßventile, welche den Betätigungshebeln entgegenwirken, je nach Lage der Ventiltellermitten in eingebautem Zustand unterschiedliche Einbaulängen auf. Hierdurch wird erreicht, daß die Ventilfedern, die alle die gleiche Größe und die gleiche Federkonstante aufweisen, je nach Einbaulänge bzw. Kompression mit unterschiedlicher Kraft gegen die Betätigungshebel wirken. Die unterschiedlichen Kräfte sind erforderlich, da nicht nur die Ventiltellermitten der Ventile sondern auch die Betätigungshebel in verschiedenen Abständen zur Mittelebene des Zylinderkopfes bzw. den Nockenwellen angeordnet sind und sich aus den verschiedenen Abständen der Betätigungshebel unterschiedliche Hebelkräfte bei der Anlage an den Nocken der Nockenwellen ergeben. Damit die verwendeten Ventilfedern den daraus resultierenden unterschiedlichen Beanspruchungen gerecht werden, ist es empfehlenswert verhältnismäßig weiche Ventilfedern zu wählen.
Bevorzugt sind die Betätigungshebel als Schlepphebel ausgebildet, wobei die Schlepphebel auf hydraulischen Abstützelementen gelagert sind. Dadurch erübrigt sind die Lagerung der Betätigungshebel auf separaten Wellen, so daß eine wesentliche Platzersparnis gegeben ist. Zudem eignen sich die hydraulischen Abstützelemente aufgrund des Spielausgleichs in besonderer Weise für die Anordnung der Betätigungshebel in verschieden stark geneigten Stellungen relativ zu den Nockenwellen. Die Betätigungshebel können somit problemlos unter verschiedenen Neigungswinkeln angeordnet werden, ohne daß hierbei zusätzliche Maßnahmen getroffen werden müßten.
Die vorliegende Erfindung wird unter Bezugnahme auf die nachfolgenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
Figur 1
eine Draufsicht des erfindungsgemäßen Zylinderkopfes in stark vereinfachter schematischer Darstellung;
Figur 2
einen Schnitt entlang der Linie II-II' aus Figur 1, zur Veranschaulichung der Betätigung der beiden Einlaßventile gemäß der Erfindung; und
Figur 3
einen anderen Schnitt entlang der Linie III-III' aus Figur 1 zur Veranschaulichung der Betätigung der beiden Auslaßventile.
Wie in Figur 1 dargestellt ist, weist der erfindungsgemäße Zylinderkopf 1 jeweils zwei Einlaßventile 2 und zwei Auslaßventile 3 pro Zylinder 4 auf. Die Ventiltellermitten 5 der beiden Einlaßventile 2 wie auch die Ventiltellermitten 5' der beiden Auslaßventile 3 sind in verschiedenen Abständen zur Mittelebene M des Zylinderkopfes 1 angeordnet.
Da die Einlaßventile 2 und die Auslaßventile 3 im wesentlichen senkrecht stehen bzw. parallel zur den Achsen der Zylinder 4 orientiert sind, sind die Ventilschäfte 6 der Einlaßventile 2 und die Ventilschäfte 6' der Auslaßventile 3 in verschiedenen Abständen zu den Achsen einer ersten und einer zweiten oben liegenden Nockenwelle 7, 7' angeordnet.
Wie aus den Figuren 2 und 3 hervorgeht sind zwischen den Nocken 8 der Nockenwellen 7, 7' und den freien Enden der Ventilschäfte 6, 6' jeweils identisch ausgebildete Betätigungshebel 9 angeordnet. Diese Betätigungshebel 9 sind als einfache Schlepphebel ausgebildet und auf einem hydraulischen Abstützelement 10 mit einem halbkugeligen Gelenkkopf 11 gelagert.
Mittels einer Ventilfeder 12 werden die Betätigungshebel 9 zur Anlage gegen die Nocken 8 der Nockenwellen 7, 7' gebracht. Folglich wirken die Betätigungshebel 9 dann, wenn sie von den Nocken 8 beaufschlagt werden, entgegen der Kraft der Ventilfedern 12.
Entsprechend der in Figur 2 dargestellten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weisen die den Einlaßventilen 2 zugeordneten Nocken 8 der Nockenwellen 7, 7' unterschiedlich große Grundkreisdurchmesser DG1, DG2 auf. Es ist deutlich erkennbar, daß dort DG1 größer ist als DG2. Somit haben die verschiedenen Betätigungshebel 9 alle die gleiche Stellung bzw. Neigung im Zylinderkopf 1. Durch den jeweiligen Grundkreisdurchmesser DG1, DG2 und durch die Lage der Einlaßventile 2 definiert sich dabei der Arbeitsbereich der Betätigungshebel 9. Der Arbeitsbereich ist jener Bereich, der mit den Nocken 8 der Nockenwellen 7, 7' in Kontakt steht.
Um selbst bei verschieden definierten Arbeitsbereichen der Betätigungshebel 9 annähernd gleiche Hebelkräfte auf der Seite des Abstützelements 10 und auf der Seite des freien Endes des Ventilschafts 6, 6' beibehalten zu können, weisen die verwendeten Ventilfedern 12, welche alle die gleiche Größe und die gleiche Federkonstante haben, im eingebauten Zustand unterschiedliche Einbaulängen LF1, LF2 auf. In Figur 2 ist die Einbaulänge LF1 geringer gewählt als die Einbaulänge LF2.
Zum besseren Verständnis der Erfindung ist in Figur 3 noch ein Schnitt entlang der Linie III-III' durch die beiden Auslaßventile 3 dargestellt. Aus dieser Darstellung wird klar, daß die Größenverhältnisse für die Auslaßventile 3 gerade entgegengesetzt sind. Denn dort ist der Grundkreisdurchmesser DG1 kleiner als der Grundkreisdurchmesser DG2. Außerdem ist dort die Einbaulänge LF1 der einen Ventilfeder 12 größer gewählt als die Einbaulänge LF2 der anderen Ventilfeder 12.

Claims (5)

  1. Zylinderkopf für eine mehrzylindrige Brennkraftmaschine, mit
    wenigstens zwei Einlaßventilen (2) und zwei Auslaßventilen (3) pro Zylinder (4), die zur Mittelebene (M) des Zylinderkopfes (1) parallel angeordnet sind, wobei
    die Ventiltellermitten (5) der Einlaßventile (2) sowie die Ventiltellermitten (5') der Auslaßventile (3) jeweils nicht in gleichem Abstand zur Mittelebene (M) des Zylinderkopfes (1) angeordnet sind,
    dadurch gekennzeichnet, daß
    die Einlaßventile (2) sowie die Auslaßventile (3) von zwei Nokkenwellen (7, 7') gesteuert werden, die zur Mittelebene (M) des Zylinderkopfes parallel angeordnet sind,
    zwischen den Ventilen (2, 3) und den Nocken (8) der Nockenwellen (7, 7') eine Anzahl von identisch ausgebildeten Betätigungshebeln (9) angeordnet ist, und
    die den Ventilen (2, 3) zugeordneten Nocken (8) der Nockenwellen (7, 7') unterschiedlich große Grundkreisdurchmesser (DG1, DG2) aufweisen.
  2. Zylinderkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die den Ventilen (2, 3) zugeordneten Betätigungshebel (9) zu den Nockenwellen (7, 7') unterschiedlich stark geneigt sind.
  3. Zylinderkopf nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Betätigungshebel (9) jeweils entgegen der Kraft einer Ventilfeder (12) wirken, wobei die Ventilfedern (12) der Einlaßventile (2) sowie der Auslaßventile (3) je nach Lage der Ventiltellermitten (5, 5') in eingebautem Zustand unterschiedliche Einbaulängen (LF1, LF2) aufweisen.
  4. Zylinderkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Betätigungshebel (9) als Schlepphebel ausgebildet sind.
  5. Zylinderkopf nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Schlepphebel auf hydraulischen Abstützelementen (10) gelagert sind.
EP97918132A 1996-05-22 1997-04-14 Zylinderkopf für eine mehrzylindrige brennkraftmaschine Expired - Lifetime EP0900327B1 (de)

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