EP1102927B1

EP1102927B1 - Zylinderkopf

Info

Publication number: EP1102927B1
Application number: EP99932857A
Authority: EP
Inventors: Xaver Stemmer
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 1998-07-25
Filing date: 1999-07-09
Publication date: 2002-03-20
Anticipated expiration: 2019-07-09
Also published as: EP1102927A1; DE59901030D1; WO2000006880A1; ES2172341T3; DE19833531A1

Description

Die Erfindung betrifft einen Zylinderkopf für eine Hubkolben-Brennkraftmaschine mit zumindest zwei in Reihe liegenden Zylindern, gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Einen derartigen Zylinderkopf zeigt die DE 39 43 729 A1, der je Zylinder zwei Einlassventile und zwei Auslassventile aufweist, die über zwei oben liegenden Nockenwellen und Tassenstößel betätigt werden; die Zündkerze je Zylinder ist in der Zylindermittelachse angeordnet. Zur Erzielung einer möglichst verwindungssteifen Konstruktion weisen die Seitenwände zwischen den Schraubenbutzen für die Zylinderkopfschrauben Einzüge auf. Dabei ist die eine Seitenwand jeweils zwischen den Schraubenbutzen der Zylindermitte zu nach innen soweit eingezogen, dass sie im unteren, an die benachbarte Anschlussfläche für einen Ansaugverteiler angrenzenden Bereich geringfügig zwischen diese Schraubenbutzen eintaucht. Die Anschlussfläche ist jedoch soweit nach außen gezogen, dass sie geradlinig in einem Fräsdurchgang plan bearbeitbar ist.

Aufgabe der Erfindung ist es, den gattungsgemäßen Zylinderkopf bei fertigungstechnisch günstiger Konstruktion baulich noch kompakter und steifer und mit kürzeren Ein- und/oder Auslasskanälen auszubilden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind den weiteren Patentansprüchen entnehmbar.

Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, zumindest eine Seitenwand des Zylinderkopfes, bevorzugt jedoch beide Seitenwände, jeweils zwischen den Schraubenbutzen der Zylindermitte zu zumindest bis zu einer durch die Mittelachsen der Schraubenbutzen verlaufenden Ebene nach innen eingezogen auszubilden und die benachbarten Anschlußflächen für den Anschluß des Abgaskrümmers bzw. des Ansaugverteilers mit ihrer an die Seitenwand angrenzenden Flanschkontur zwischen diese Schraubenbutzen eintauchen zu lassen. In Konsequenz dieser Merkmale wird der Zylinderkopf im Bereich der Brennraumpfatte mit den eingezogenen Seitenwänden und bis zwischen die Schraubenbutzen dem Brennraum zu verkürzten Ein- und/oder Auslaßkanälen extrem kompakt mit entsprechend steifer Abstützung der Brennraumplatte und der darüberliegenden Ventilbetätigungsmittel. Durch das Einziehen der Zylinderkopf-Seitenwände bis in den Bereich der Schraubenbutzen entsteht mit Einschrauben und Befestigen der Zylinderkopf-Befestigungsschrauben eine extrem steife Konstruktion in Längsrichtung, unter anderem dadurch, daß die Seitenwände teilweise in der Längsmittelebene der Befestigungsschrauben liegen.

Die Verkürzung des Auslaßkanales bewirkt dabei geringe Abgastemperaturverluste innerhalb des Zylinderkopfes und einlaßseitig die günstige Anordnung von Einspritzventilen, die unmittelbar bzw. ohne Kanalwandbenetzung Brennstoff in den Einlaßventil-Öffnungsquerschnitt einspritzen können.

Die geringen Kanallängen und Massenkonzentrierungen bewirken somit eine schnelle Aufheizung auf die Betriebstemperatur der Brennkraftmaschine und geringe Wärmeverluste im Kanalbereich.

Die sich durch die beschriebene Konstruktion ergebende, wellenförmige Flanschkontur der Anschlußflächen kann durch entsprechende numerische Steuerung eines Stirnfräsers fertigungstechnisch problemlos hergestellt werden, wobei der Fräser entsprechend dem Verlauf der Seitenwände jeweils zwischen die Schraubenbutzen eintaucht und somit die planen Anschlußflächen mit entsprechender Flanschkontur erzeugt.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist im folgenden mit weiteren Einzelheiten näher erläutert. Die schematische Zeichnung zeigt in

Fig. 1: einen horizontalen Längsschnitt durch einen Zylinderkopf einer mehrzylindrigen Vier-Ventil-Hubkolben-Brennkraftmaschine gemäß Linie I-I der Figur 2;
Fig. 2: einen Querschnitt entlang der Linie II-II der Figur 1 durch die zwischen zwei Zylindern der Brennkraftmaschine liegenden Schraubenbutzen für die Zylinderkopf-Befestigungsschrauben; und
Fig. 3: einen weiteren Querschnitt gemäß Linie III-III der Figur 1 durch den Zylinderkopf.

Von dem allgemein mit 10 bezeichneten Zylinderkopf für eine Vier-Zylinder-Hubkolben-Brennkraftmaschine mit je Zylinder vier Gaswechselventilen ist in der Figur 1 nur der mittlere Abschnitt dargestellt, der etwa zwei Zylinder des nicht dargestellten Zylinderkurbelgehäuses überdeckt. Soweit nicht beschrieben, ist der Zylinderkopf herkömmlicher Bauart.

Der im Gießverfahren aus einer Leichtmetall-Legierung hergestellte Zylinderkopf 10 weist eine untere, plane Anschlußfläche 12 zum Anbau auf das Zylinderkurbelgehäuse der Brennkraftmaschine und eine etwa parallel dazu verlaufende Anschlußfläche 14 für einen Lagerdeckel (nicht dargestellt) für die in Querwänden 16 des Zylinderkopfes 10 in Lagerstühlen 18, 20 gelagerten Nockenwellen (nicht dargestellt) der Brennkraftmaschine auf. Die Querwände 16 sind über eine etwa mittig über den Zylindern verlaufende Längswand 15 miteinander verbunden, wobei die Längswand 15 in nicht dargestellter Weise in die endseitigen Stirnwände des Zylinderkopfes 10 einmünden.

In die Längswand 15 ist jeweils etwa zentral über den Zylindern bzw. in deren verlängerten Mittelachsen 22 je ein Zündkerzenschacht 24 eingeformt, der jeweils in den von der Brennraumplatte 28 des Zylinderkopfes 10 überspannten Brennraum 26 (vergl. Fig. 3) einmündet.

Von der Brennraumplatte 28 gehen zwei Einlaßkanäle 30, 32 aus, die in eine plan durchlaufende Anschlußfläche 34 für den Flanschanschluß eines nicht dargestellten Ansaugverteilers münden. In den entsprechenden Kanalwänden 36 der Einlaßkanäle 30, 32 sind Bohrungen 38 für Ventilführungen für den Einbau der Einlaßventile (vergl. eingezeichnete Längsmittelachsen 40) eingebracht. Für die Abstützung der üblichen schraubenförmigen Ventilfedern der Einlaßventile sind ringfömige Abstützflächen 42 an den Enden der Bohrungen 38 vorgesehen.

Desgleichen erstrecken sich zwei Auslaßkanäle 44 von der Brennraumplatte 28 zu einer durchgehend planen Anschlußfläche 46, an die der Flansch eines nicht dargestellten Abgaskrümmers anschließbar ist. Die Auslaßkanäle 44 (es ist nur ein Auslaßkanal 44 ersichtlich) sind vor ihrer Mündung in die Anschlußfläche 46 zu einem gemeinsamen Auslaßkanal 48 zusammengeführt. Für die Ventilführungen der in den Längsmittelachsen 50 angeordneten Auslaßventile sind in die Kanalwände 52 Bohrungen 54 eingebracht, die wiederum an Abstützflächen 56 für die schraubenförmigen Ventilfedem enden.

Die Auflageflächen 42, 56 der Ventilfedem bzw. die Ventilachsen 40, 50 sind in radialer Anordnung (alle Ventilachsen 40, 50 nach unten innen der Zylindermittelachse 22 zu geneigt) so angeordnet, daß sie zur günstigen Krafteinleitung unmittelbar benachbart zu jeweils einem der Schraubenbutzen 64 und zur benachbarten Seitenwand 68, 70 liegen.

Oberhalb der Brennraumplatte 28 ist ein Freiraum 58 für Kühlflüssigkeit vorgesehen, der von dem darüberliegenden Freiraum 60 für Schmieröl durch eine etwa horizontal verlaufende Deckwand 62 abgetrennt ist.

Jeweils zwischen den Zylindern (Mittelachsen 22) und selbstverständlich an den Zylinderkopf-Stimseiten (nicht dargestellt) sind senkrecht zur Anschlußfläche 12 Schraubenbutzen 64 vorgesehen, in deren Bohrungen 66 nicht dargestellte Zylinderkopf-Befestigungsschrauben einsetzbar sind. Wie die Fig. 2 zeigt, erstrecken sich diese Schraubenbutzen 64 bis etwa zur halben Höhe des Zylinderkopfes 10; von dort schließen sich die teilweise frei nach oben ragenden, den Freiraum 60 seitlich begrenzenden Zylinderkopf-Seitenwände 68, 70 an, die mit den Querwänden 16 und den nicht ersichtlichen Zylinderkopf-Stirnwänden verbunden sind.

Die Seitenwände 68, 70 sind mit ihren zwischen den Schraubenbutzen 64 liegenden Abschnitten 68a bzw. 70a von oben nach unten betrachtet zunehmend so der Zylindermitte 22 zu eingezogen, daß deren untere Abschnitte innerhalb der durch die Bohrungsmittelachsen der Schraubenbutzen 64 gebildeten Ebene 72 liegen bzw. zwischen diese Schraubenbutzen 64 eintauchen.

Das gleiche gilt für die Anschlußflächen 34, 46 der Einlaßkanäle 30, 32 bzw. der Auslaßkanäle 48, die ebenfalls innerhalb der Ebenen 72 enden bzw. in die Schraubenbutzen 64 mit deren Randkontur eintauchen (vergl. z.B. gestrichelte Linien 34, 46 der Fig. 2).

Die Winkel α zwischen den V-förmig zueinander angeordneten Seitenwänden 68, 70 zu den Anschlußflächen 34, 46 betragen in der Quermittelebene je Zylinder gesehen (jeweils stärkste Einwölbung der Seitenwände 68, 70) einlaßseitig ca. 120° und auslaßseitig ca. 145°.

Der wellenförmige Verlauf der Seitenwände 68, 70 (vergl. Fig. 1) nimmt nach oben zu betrachtet ab bzw. der im unteren Bereich vorliegende Krümmungsradius r geht im Bereich der Anschlußfläche 14 gegen ∞ bzw. in einen gerade verlaufenden Wandabschnitt über.

Die sich im Übergangsbereich zwischen Seitenwänden 68, 70 und planen Anschlußflächen 34, 46 ergebenden wellenförmigen Flanschkonturen (Fig. 1, Linien 74) können beim Fräsen der Anschlußflächen 34, 46 durch entsprechende Steuerung des Stirnfräsers (angedeutet mit 76) in Richtung des Doppelpfeiles 78 zusätzlich zur üblichen Längsvorschubbewegung problemlos hergestellt werden.

Die beschriebene Zylinderkopfausbildung gibt eine baulich und gewichtsmäßig besonders günstige Konstruktion mit hoher Steifigkeit der Brennraumplatte und hoher Längssteifigkeit. Zudem ergeben sich durch diese Konstruktion besonders kurze Einlaß- und Auslaßkanäle, die einlaßseitig eine besonders brennraumnahe Anordnung der Einspritzventile zur Brennstoffzumessung und auslaßseitig kurze Abgaswege mit den damit verbundenen Vorteilen ergeben.

Claims

Zylinderkopf für eine Hubkolben-Brennkraftmaschine mit zumindest zwei in Reihe liegenden Zylindern, mit je Zylinder zumindest einem von einer Brennraumplatte ausgehenden Einlaß- und Auslasskanal, die jeweils in eine plane, in einer einheitlichen Ebene liegende Anschlußfläche für einen Abgaskrümmer bzw. einen Saugrohrverteiler münden, sowie mit beiderseits der Kanäle angeordneten Schraubenbutzen für Zylinderkopf-Befestigungsschrauben, die an den Seitenwänden des Zylinderkopfes entlang angeordnet sind, wobei zumindest eine Seitenwand (68,70) des Zylinderkopfes (10) jeweils zwischen den Schraubenbutzen (64) der Zylindermitte (22) zu nach innen eingezogen ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Seitenwand (68,70) und die benachbarte Anschlussfläche (34,46) mit ihrer an die Seitenwand (86,70) angrenzenden Randkontur (74) in der Draufsicht gesehen zumindest bis zu einer durch die Mittelachsen der Schraubenbutzen (64) verlaufenden Ebene (72) zwischen die Schraubenbutzen (64) eintauchen.
Zylinderkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Seitenwand (68,70) wellenförmig mit von der Anschlußfläche (34,46) weg zunehmendem Krümmungsradius r bis hin zu einer plan verlaufenden Deckel-Anschlussfläche (14) ausgebildet ist.
Zylinderkopf nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Anschlussfläche (34,46) bzw. deren Randkontur (74) in der Draufsicht gesehen ebenfalls wellenförmig verläuft.
Zylinderkopf nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 - 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Anschlussfläche (34,46) mit der Seitenwand (68, 70) im Querschnitt in Zylindermitte (22) ein V bildet, mit einem Winkel α < 150°.
Zylinderkopf nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 - 4, dadurch gekennzeichnet, dass beide Seitenwände (68,70) nach innen eingezogen sind und beide Anschlußflächen (34,46) zwischen die jeweils benachbarten Schraubenbutzen (64) eintauchen.
Zylinderkopf nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der V-Winkel α zwischen Seitenwand (68,70) und Anschlußflächen (34,46) auf der Einlaßseite des Zylinderkopfes (10) ca. 120° und auf der Auslassseite ca. 145° beträgt.
Zylinderkopf nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 - 6, dadurch gekennzeichnet, dass je Zylinder der Brennkraftmaschine zwei Einlassventile und zwei Auslaßventile vorgesehen sind und dass die Auflageflächen (42,56) für schraubenförmige Ventilfedern der Ventile jeweils unmittelbar benachbart zu einem der Schraubenbutzen (64) und zur Seitenwand (68,70) angeordnet sind.
Zylinderkopf nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 - 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Schraubenbutzen (64) etwa in Höhe des Überganges von den Anschlußflächen (34,46) in die Seitenwände (68,70) enden.