SE506129C2 - Cylinderhuvud för förbränningsmotor - Google Patents

Description

506 129 avgaskanalerna mynnar på motsatta sidor om cylinderhuvudet, kommer inlopps- och avgaskanalema att upptaga ett stort utrymme, med följd att det uppkommer problem med att finna lämpligt utrymme för tryckstängemas genomgångshål.

Ett sätt att undvika problem med tryckstängemas genomgångshål är att i stället utnyttja en överliggande karnaxel. Men detta medför en mer komplicerad kamaxeldrivníng och ett utökat utrymmesbehov ovanför cylinderhuvudet. Vidare medför en överliggande kamaxel att man ej kan utnyttja separata Cylinderhuvuden och tillgodogöra sig de fördelar detta medför vad avser enkel och billig tillverkning.

Vid motorer med fyra ventiler per cylinder kan inlopps- respektive avgasventilema vara orienterade parallellt med motorns längdriktning, såsom exempelvis visas i DE, A 19 06 443. I detta fall kan inloppskanalema utformas som separata kanaler. Men eftersom avståndet mellan inloppsventilema och cylinderhuvudets inloppssidoyta är kort blir inloppskanalemas längd också kort. Längden kan ökas genom att kanalerna görs krökta, men detta medför att det i stället bildas skarpa avlänkningar vilka negativt inverkar på luftströmningen.

Ett sätt att möjliggöra längre inloppskanaler utan skarpa avlänkningar är att vrida ventilema 90°, vilket är visat i SU, A 14 30 573. Att vrida ventilema 90 ° har fördelen att ventilstyrningen fortfarande kan anordnas relativt enkelt. Men i stället uppkommer problem med att avgaskanalen också blir längre, med följd att avgaserna uppvärmer cylinderhuvudet utefter en längre sträcka och att därigenom cylinderhuvudets kylbehov ökar.

Det är genom DE, A 40 ll 292 tidigare känt att anordna ventilerna förvridna enbart till viss del. Detta medför att in- och avgaskanalema kan utformas på fördelaktigt sätt, men i stället uppkommer problem med att anordna ventilstyrningen. Detta är ytterligare fórvärrat i de fall cylinderhuvudet är försett med en bränsleinsprutare som också behöver drivas av motorns kamaxel. I det aktuella fallet är bränsleinsprutaren och ventilema drivna av en överliggande karnaxel, som via vippannar påverkar respektive organ.

Inloppskanalema är inte utformade som separata kanaler, utan dessa är utformade som en BNSDOCID: 506 129 för båda inloppskanalema gemensam kanal. För att styra inloppsluften har mellanväggar anordnats i inloppskanalen, som därigenom får en mer komplicerad utformning och som kräver en motsvarande mer komplicerad tillverkning. Likaså är det i praktiken inte möjligt att utnyttja en överliggande kamaxel i en motor med separata cylinderhuvuden.

Uppfmningens ändamål Föreliggande uppfinning har till syfte att utforma ett cylinderhuvud för en fyrventilsmotor för att möjliggöra en med avseende på de ingressvis angivna önskemålen lämplig utformning av inloppskanalema som separata inloppskanaler, sarnt att möjliggöra ett utnyttjande av en centralt placerad bränsleinsprutare av unit injector-typ. Uppfinningens ändamål är ytterligare att möjliggöra en placering av tryckstänger för drivning av bränsleinsprutare och ventiler i det fall motom är försedd med för varje cylinder separata Cylinderhuvuden. Cylinderhuvudet ska sålunda ej uppvisa de ovannämnda hos den kända tekniken förekommande begränsningama. Med uppfinningen eftersträvas sålunda att cylinderhuvudets övriga ingående delar ska kunna placeras enligt de inledningsvis angivna önskemålen på ett så optimalt sätt som möjligt.

Kort beskrivning av uppfinningen I enlighet med uppfinningen åstadkommes de eftersträvade ändamålen genom att cylinderhuvudet utformas med de särdrag som anges i patentkravets l kännetecknande del. Genom att utforma cylinderhuvudet med ventilema vinkelförvridna erhålls de fördelar som följer av att inloppskanalerna kan utformas som två separata inloppskanaler med tillräcklig längd och med tillräcklig avböjning för att vara gynnsamma ur strömningsteknisk synpunkt, samtidigt som avgaskanalens längd begränsas och således inte nämnvärt ökar cylinderhuvudets kylbehov. Denna utformning medför vidare att det mellan inloppskanalerna skapas ett utrymme, vilket kan utnyttjas för anordna genomgångshål för tryckstänger för drivning av ventiler och/eller bränsleinsprutare i det fall motorns kamaxel är placerad under cylinderhuvudet. I detta fall medges ytterligare att tryckstången och vipparmen för drivning av bränsleinsprutaren kan placeras centralt och ur kraftöverföringssynpunkt på att gynnsamt sätt. Denna möjlighet att anordna kamaxeln BNSDOCID: 506 129 nedanför cylinderhuvudet medger att cylinderhuvudet kan utformas som ett separat cylinderhuvud med de fördelar detta medför bl a vad avser enkel produktion Placeringen av ventilema förvridna medför dessutom att det mellan två ventiler finns en relativt plan vägg som utsträcker sig mellan insprutaren och cylinderhuvudets ena sidoyta.

Denna vägg kan med fördel utnyttjas för att inrymma kanaler för tillförsel av bränsle till bränsleinsprutaren. Genom att väggen har en plan utformning kan kanalerna enkelt framställas genom borrning.

Ytterligare fördelaktiga utföringsfonner av uppfinningen anges i bifogade underkrav och framgår ytterligare av nedanstående beskrivningsexempel.

Kort beskrivning av figygrna Beskrivningsexemplet göres med hänvisning till de bifogade ritningarna av vilka Fig 1 visar principiellt en vy ovanifrån av en flercylindrig motor, Fig 2 visar ett horisontellt snitt 2-2 enligt fig 4 av ett separat cylinderhuvud ingående i motom, Fig 3 visar ett vertikalt snitt 3-3 enligt fig 4 av cylinderhuvudet, Fig 4 visar ett vertikalt snitt 4-4 enligt fig 3, och Fig 5 visar en vy ovanifrån av cylinderhuvudet enligt fig 2.

Beslcrivningsexemæl Figur 1 visar principiellt en vy ovanifrån av en flercylindrig förbränningsmotor 10, exempelvis en dieselmotor avsedd för drivning av ett tyngre fordon såsom en lastbil eller en buss. Motom 10 utgöres av en radmotor och innefattar i detta exempel sex i rad anordnade cylindrar som utgör motoms förbränningsrum. Motom är försedd med separata cylinderhuvuden och har således även sex cylinderhuvuden 11. På motorns ena sida är till cylinderhuvudena 11 anfast ett inloppsrör 12 för att tilleda cylindrama förbränningsluft och på motorns motstående sida är anfast ett avgassamlarrör 15 för att bortleda förbränningsgaser. Motorn 10 är således av crossflow-typ varmed avses att dess inlopp BNSDOCID: 506 129 och utlopp är anordnade på varandra motstående sidor och att strömningen genom motom sker från den ena sidan till den andra. Alla cylinderhuvuden ll har samma utformning och fortsättningsvis beskrivs ett av dessa.

Figur 2 visar cylinderhuvudet ll avsett för en av cylindrarna 14 i ett horisontellt tvärsnitt 2-2 enligt figur 4, och ñgur 5 en motsvarande vy ovanifrån, dock utan någon täckkåpa som vid drift normalt täcker cylinderhuvudet. Det horisontella tvärsnitt som visas i figuren 2 utsträcker sig parallellt med cylinderhuvudets ll undre sida och utsträcker sig vinkelrätt i förhållande till en central symrnetrilinje for cylindern 14. Cylinderns 14 utsträckning är i figuren visad med streckade linjer. Cylinderhuvudet ll innefattar två hål 16 for inloppsventiler 17 och två hål 18 för avgasventiler 19 samt ett relativt cylindern 14 centralt och även koncentriskt med cylindern 14 anordnat uttag eller hål 20 for en bränsleinsprutare 21. Motorn är således en fyrventilmotor. En horisontell linje 22 genom de båda iriloppsventilema 17 är parallell med en horisontell linje 23 utsträckande sig genom de båda avgasventilerna 19, och båda dessa linjer 22,23 utstiäcker sig i en riktning som bildar en viss vinkel a med cylinderhuvudets sidoytor 24,25. Cylinderhuvudets sidoytor 24,25 är parallella med varandra och med ett vertikalt symmetriplan 13 i motoms längdriktning och således bildar linjema 22,23 samma vinkel a relativt motoms vertikala symmetriplan 13. Vinkeln a är med fördel ca 70” men även andra vinklar inom intervallet mellan 50° och 75° kan lämpligen väljas i modifierade utforingsformer. Ventilerna 17,19 är på detta sätt anordnade vinkelfórvridna.

Den bränsleinsprutare 21 som normalt är monterad i det centrala hålet 20 visas i figuren 3.

Bränsleinsprutaren 21 är av den typ som på engelska vanligen benänmes "unit injector'.

Bränsleinsprutaren 21 tilledes genom en tilloppsledning bränsle av måttligt högt tryck från en ej visad bränslepump varefter ett fór inspmtningen lämpligt högt tryck åstadkommes genom att insprutaren 21 påverkas mekaniskt att utföra en pumprörelse.

Bränsleinsprutaren 21 är även förbunden med bränslepumpen genom en ledning för returbränsle och en ledning för att överföra ett stryrtryck. Dessa tre nämnda ledningar är i cylinderliuvudet utformade som borrade kanaler 26 i en vägg 32 belägen mellan en av inloppsventilerna 17 och en av avgasventilerna 19 såsom är visat i figuren 2. Den mekanism som utnyttjas fór att åstadkomma bränsleinsprutarens pumprörelse visas BNSDOCID: 506 129 schematiskt i figuren 3. Ovanpå cylinderhuvudet 11 är medelst bultförband 51 monterbar anfäst en lagerbock 27 som uppbär tre stycken vipparmar 28-30 för drivning dels av inlopps- och avgasventilerna 17 resp 19 och dels för drivning av bränsleinsprutaren 21.

Nedanför eller under cylinderhuvudet 11 och i motorns ej visade motorblock är anordnat motoms kamaxel 31, vilken på i sig konventionellt sätt drivs av motorns vevaxel.

Kamaxeln 31 är utformad med kammar vilka via ventillyftare och tryckstänger påverkar vipparmama på ovansidan. En av vipparmarna 28 påverkar en brygga 52 mellan inloppsventilema 17 så att båda inloppsventilerna 17 påverkas samtidigt av samma vipparm 28. På samma sätt är mellan avgasventilema 19 anordnat en brygga 53 som medför att båda avgasventilerna 19 påverkas av den andra vipparmen 29. Mellan dessa båda vipparmar 28,29 är anordnat en tredje vipparm 30, som i detta fall utnyttjas för att på analogt sätt driva bränsleinsprutaren 21. Denna erhåller således sin pumrörelse från en kam 33 på karnaxeln 31, som via en lyftare 34 och en tryckstång 35 påverkar den mittre vipparmen 30 och som i sin tur anligger mot en pumpstång 36 på bränsleinsprutaren 21.

Cylinderhuvudet ll är utformat med en avgaskanal 37 genom vilken avgaser utströmmande från motorns avgasventiler 19 kan ledas till dess mynning vid avgassamlarröret 15 och vid den ena sidan 24 av cylinderhuvudet 11. Avgaskanalen 37 är gemensam för avgasema f rån de båda avgasventilema 19. Motorn är utformad med två inloppskanaler 38,39, vilka är utformade som separata kanaler till respektive inloppsventil 17, för att leda inloppsluft från inloppsröret 12 till fórbränningsrummet. inloppskanalerna 38,39 mynnar på den andra, motstående sidan 25 av cylínderhuvudet 11.

Vidare är cylinderhuvudet ll utformat med ett antal fasthål 40 avsedda för bultförband 50 medelst vilka cylinderhuvudet 11 kan monteras till motorblocket. Fästhålen 40 är valda att ligga tillnärmelsevis koncentriskt relativt cylindern 14 och därmed även koncentriskt relativt hålet 20 för bränsleinsprutaren 21. Likaså är bulthålen 40 valda att ligga med en väsentligen lika vinkelfórdelning relativt varandra. Detta möjliggör en jämn inspänning till motorblocket som ej utsätter cylinderhuvudet 11 för ogynnsanirna spänningskoncentrationer.

BNSDOCID: 506 129 På i sig konventionellt sätt innefattar cylinderhuvudet ll ett antal kylkanaler 41 genom vilka kylvätska pumpas fór att bortleda värme från cylinderhuvudet 11.

Figur 3 visar ett tvärsnitt 3-3 enligt figur 4, varvid framgår att den mittne vipparmen påverkande uyckstången 35 utsträcker sig genom ett schakt 44 som utgör en genomföring mellan cylinderhuvudets ovansida och undersida. Figuren 3 är för övrigt att betrakta som schematisk eftersom cylinderhuvudets 11 övriga delar inte helt återgivits och i stället visas med streckprickade linjer. Figuren 4 visar detta schakt 44 sett i ett snitt 4-4 enligt figur 3, varvid framgår att schaktet utsträcker sig i området mellan de båda inloppskanalema 38,39, samt att tryckstången 35 för bränsleinsprutaren 21 är anordnad mellan en tryckstång 42 för inloppsventilema 17 och en tryckstång 43 fór avgasventilerna 19.

Tryckstången 35 fór bränsleinsprutaren 21 kräver en förhållandevis hög kraft och har därför en större diameter än de övriga två Bränsleinsprutarens tryckstång 35 utsträcker sig väsentligen vertikalt och i ett vinkelrätt plan relativt karnaxelns 31 utsträckning i sin längdriktning. Tryckstången 35, bränsleinsprutaren 21 och vipparmen 30 fór bränsleinsprutaren 21 är i förhållande till varandra även anordnade väsentligen i ett och samma vertikala plan, vilket utsträcker sig vinkelrätt relativt karnaxeln 31. Denna placering säkerställer att drivningen av bränsleinsprutaren 21 kan ske både med stor kraft och med stor noggrannhet. Tryckstängema 42,43 för ventilema 17,19 är anordnade med viss lutning relativt utsträckningen av bränsleinsprutarens tryckstång 35 vilket i första hand är fóranledd av den utrymmesbrist som föreligger på cylinderhuvudets ll ovansida.

Emellertid medför denna lutning ingen större olägenhet. Dels är de krafter som behövs fór ventilstyrningen mindre än för insprutarens påverkan och dels skulle en mindre avvikelse vid styrningen av ventilema 17,19 inte medföra någon större olägenhet. Likaså är vipparmarna 28,29 för ventilema 17 , 19 anordnade något avvinklade relativt varandra för att reducera det utrymme tryckstängerna 35,42,43 upptager mellan inloppskanalerna 38,39.

Som framgått av det ovanstående är ventilema 17, 19 anordnade vinkelfórvridna vilket har medfört att inloppskanalema 38,39 kunnat utformas med en längre utsträckning än vad som annars vore möjligt. Detta medför fördelen att inloppsluften till cylindem kan styras bättre, eftersom dess strömning kan påverkas utefter en längre sträcka. Men det medför även att avgaskanalen 37 blir längre, vilket i sig inte är önskvärt eftersom det medför att BNSDOCID: 506 129 de varma avgasema kan uppvärma cylinderhuvudet utefter en längre sträcka. Den valda förvridriingen utgör i sig en kompromiss där fördelarna med länga inloppskanaler 38,39 till stor del gör sig gällande utan att nackdelen med en för lång avgaskanal 37 blir påtaglig.

Genom att anordna ventilema 17,19 vinkelförvridna har den kanalerna 26 inrymmande väggen 32 belägen mellan två av ventilerna 17,19 kunnat utformats med en något tjockare godstjocklek. Detta har möjliggjort att kanalerna 26 enkelt har kunnat utformats som borrningar mellan det bränsleinsprutaren inrymmande hålet 20 och cylinderhuvudets ena tvärgående sidoyta 55. Lämpligen är dessa borrningar avtätade vid den tvärgående sidoytan 55 och förbundna med ytterligare borrningar från cylinderhuvudets inloppssidoyta 25 och vilka också ingår i kanalerna 26, för att underlätta anslutningar till motorns övriga bränslesystem.

Genom att anordna ventilerna 17 ,19 vinkelförvridna har det mellan inloppskanalerna skapats ett utrymme som är tillräckligt stort för att utforma det genom cylinderhuvudet sig utsträckande schaktet 44 för tryckstängerna 35,42,43 som ett för alla tryckstänger gemensamt schakt. Därigenom har utrymmesbehovet totalt sett kunnat reducerats, vilket givit plats för inloppskanalernas 38,39 längre utsträckning. Utformningen av ett större schakt 44 har även tillverkningsmässigt den fördelen järnfört med ett flertal mindre hål att cylinderhuvudet ll lättare kan rensas från gjutkämor och även för övrigt kan cylinderhuvudet 11 tillverkas förhållandevis enkelt och billigt. Detta medför ytterligare möjligheten att utnyttja en i motorblocket inrymd kamaxel och att därigenom cylinderhuvudena ll kan utformas som separata enheter med de fördelar detta i sig medför bl a vad avser enkel och Standardiserad produktion. Detta utesluter inte att uppfinningen med fördel även kan utnyttjas i modifierade utföringsforrner i de fall motorn är försedd med ett för flera cylindrar gemensamt cylinderhuvud.

Genom att anordna ventilema 17 ,19 vinkelförvridna har det i området mellan inloppskanalerna 38,39 och schaktet 44 skapats ett utrymme som kan utnyttjas för ett av fásthålen 40. Detta möjliggör att cylinderhuvudets fastbultar 50 kan orienteras väsentligen koneentriskt relativt cylindern 14 och med väsentligen lika vinkelfördelning kring denna, BNSDOCID: 506 129 och vilket medför en gynnsam infástning av cylinderhuvudet till motorblocket. Detta fasthål 40 mellan schaktet 44 och inloppskanalerna 38,39 är vidare beläget i samma vertikala plan som bränsleinsprutaren 21 och bränsleinsprutarens tryckstång 35.

Uppñnningen är inte bunden till den exempliñerade utfóringsformen utan kan inom ramen av bifogade patentkrav modifieras i alternativa uttöringsfonner.

BNSDOCID:

Claims (5)

506 129 10 Patentkrav
1. l. Cylinderhuvud fór fórbränningsmotor med minst en cylinder irmefattande för varje cylinder ( 14) två inloppsventiler (17) anordnade i separata inloppskanaler (3839), 5 åtminstone en avgasventil (19) anordnad i åtminstone en avgaskanal (37), varvid inloppskanalema (38,39) och avgaskanalen (37) mynnar på varandra motstående sidoytor (24,25) av cylinderhuvudet (ll) och cylinderhuvudet ytterligare innefattande en relativt cylindern (14) väsentligen centralt anordnad bränsleinsprutare (21), varvid ventilema är anordnade vinkelfórvridna, och däri ett horisontellt tvärsnitt bildar en linje (22) genom 10 inloppsventilema (17) en vinkel (a) relativt åtminstone endera av cylinderhuvudets inloppssida (24) och cylinderhuvudets avgassida (25), och där denna vinkel (a) är mellan 50° och 75°, med fördel omkring 70°, kännetecknar av att bränsleinsprutaren (21) drivs via en ovanfórliggande vipparm (30) och en cylinderhuvudet genomgående tryckstång (35) från en nedanfórliggande karnaxel (31), och att tryckstången (35) sträcker sig genom 15 en genomföring (44) anordnad mellan de båda inloppskanalema (38,39).
2. 2. Cylinderhuvud enligt patentkrav 1 kännetecknar av att en vägg (32) belägen mellan en av inloppsventilema (17) och en av av gasventilema (19) inrymmer bränslekanaler (26) för bränsleinsprutaren (21) och att dessa kanaler (26) är utformade 20 som borrningar.
3. 3. Cylinderhuvud enligt patentkrav 1 eller 2 varvid även ventilema (17,l9) påverkas drivning via ovanfórliggande vipparn1ar(28,29) och cylinderhuvudet genomgående tryckstänger (42,43) från den nedanforliggande karnaxeln (31), kännetecknar av att 25 genomfóringen (44) utgöres av ett gemensamt schalct genom vilket sträcker sig ventilemas (17,l9) respektive tryckstänger (42,43) och bränsleinsprutarens tryckstång (35). BNSDOCID: l>> BNSDOCID: __5Ûê129C2 J > 506 129 11
4. 4. Cylínderhuvud enligt patentkrav 3 kännetecknar av att ett hål (40) avsett för en av cylinderhuvudets fástbultar (50) utsträcker sig i området mellan de båda inloppskanalerna (3839), och att hålet (40), bränsleinsprutaren (21) och bränsleinsprutarens tryckstång (35) är belägna väsentligen i samma vertikalplan.
5. 5. Cylinderhuvud enligt något av föregående patentkrav vid en flercylindrig fórbränningsmotor kännetecknar av att cylinderhuvudet (1 l) är utformat som ett separat cylinderhuvud avsett för en cylinder (14) och att varje cylinder har väsentligen lika utformning av cylinder-huvud (1 1).