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Dokumentenidentifikation DE3604666C2 15.10.1992
Titel Zylinderkopf für eine Hubkolben-Brennkraftmaschine
Anmelder Audi AG, 8070 Ingolstadt, DE
Erfinder Brennecke, Dieter, Dipl.-Ing.;
Pölzl, Hans-Werner, 8070 Ingolstadt, DE
DE-Anmeldedatum 14.02.1986
DE-Aktenzeichen 3604666
Offenlegungstag 20.08.1987
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 15.10.1992
Veröffentlichungstag im Patentblatt 15.10.1992
IPC-Hauptklasse F02F 1/38
IPC-Nebenklasse F02F 1/42   F01L 1/02   F01L 1/44   

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft einen Zylinderkopf für eine Hubkolben-Brennkraftmaschine, insbesondere für eine Mehrzylinder-Reihen-Brennkraftmaschine, gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Ein derartiger Zylinderkopf ist beispielsweise in der DE-PS 23 42 530 beschrieben. Gezeigt sind je Zylinder vier Ventile, zwischen denen jeweils über dem Zylinder eine durchgehende Querwand ausgebildet ist. Zentral über dem Brennraum weisen die Querwände jeweils eine Verdickung auf, in der eine Bohrung für die Zündkerze oder eine Einspritzdüse vorgesehen ist. Durch diese Merkmale wird ein hinsichtlich des Bauraumes und der Quersteifigkeit günstiger Zylinderkopf geschaffen. Ferner sichert die Aufnahme der beiden Nockenwellen jeweils über dem Zylinderkopf und in der Querwand eine steife und räumlich vorteilhafte Lagerung. Zudem ergibt sich eine gute Zugänglichkeit der Zylinderkopfschrauben.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine insbesondere hinsichtlich der Lagerung der Nockenwellen und der Quersteifigkeit des Zylinderkopfes unverändert günstige Konstruktion für eine Brennkraftmaschine mit fünf oder sechs Ventilen je Zylinder zu schaffen, die sich zudem durch geringes Gewicht und eine gleichmäßige Spannungsverteilung im Bereich der Querwände auszeichnet.

Diese Aufgabe wird bei einer gattungsgemäßen Einrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.

Erfindungsgemäß sind somit an der Zylinderkopfseite mit drei Ventilen in einer Reihe zwei Querwände vorgesehen, die zwischen sich das mittlere Ventil aufnehmen und jeweils ein Nockenwellenlager tragen. Dies ergibt eine extrem steife Lagerung bei geringst möglichen Biegebeanspruchungen der Nockenwelle durch die Ventilbetätigungskräfte.

Die Aufnahme der Zündkerze bzw. gegebenenfalls einer Einspritzdüse kann mittels eines separat eingesetzten oder angegossenen Zündkerzenschachtes erfolgen. Die beiden Querwände sind um diesen Schacht gegebenenfalls unter Belassung eines Ringspaltes herumgezogen. Diese Konstruktion vermeidet vorteilhafte Verdickungen oder ähnliche Materialansammlungen, die sich zwangsläufig aus der Anordnung von zwei Querwänden je Zylinder in Verbindung mit einer unmittelbar integrierten Zündkerzenbohrung ergeben würden. Die relativ dünnen Wände des Zündkerzenschachtes einerseits und der diese umschließenden Bereiche der Querwände andererseits hingegen bewirken eine günstige Spannungsverteilung im Betrieb der Brennkraftmaschine bei verringertem Gewicht und Materialaufwand.

Bei einem Zylinderkopf mit je Zylinder fünf Ventilen können die Querwände entsprechend den Merkmalen des Patentanspruchs 4 gestaltet sein. Dies ergibt einen gleichmäßigen Spannungsverlauf entlang der Querwände, insbesondere an der Übergangsstelle zwischen der mittleren Querwand einerseits und den daran anschließenden, beiden Querwänden andererseits, und eine gießtechnisch günstige Konstruktion.

Besonders vorteilhaft können bei einem Zylinderkopf mit je Zylinder sechs Ventilen gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 5 zwei durchgehende Querwände vorgesehen sein, die den Zündkerzenschacht gegebenenfalls unter Bildung eines ringförmigen Spaltes zwischen sich einschließen. Daraus resultiert eine geometrisch einfache Gestaltung der Querwände, die hinsichtlich ihrer Funktion voneinander unabhängig wirken und eine fachwerkartige Aussteifung des Zylinderkopfes darstellen.

Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung sind im folgenden mit weiteren Einzelheiten näher erläutert. Die schematische Zeichnung zeigt in

Fig. 1 einen Querschnitt durch eine Vierzylinder-Reihen- Brennkraftmaschine mit einem Zylinderkopf mit je Zylinder sechs Ventilen und mit zwei Nockenwellen,

Fig. 2 eine Draufsicht auf den teilweise dargestellten Zylinderkopf in der Ansicht X der Fig. 1, jedoch mit demontiertem Ventildeckel, Nockenwellen und Ventilen und

Fig. 3 eine Draufsicht wie in der Fig. 2 auf einen Zylinderkopf im wesentlichen gleicher Bauart, jedoch mit fünf Ventilen je Zylinder.

Der einstückig gegossene Zylinderkopf 10 gemäß den Fig. 1 und 2 für eine Vierzylinder-Hubkolben-Brennkraftmaschine der Reihenbauart weist je Zylinder sechs Gaswechselventile auf, nämlich drei Auslaßventile 12 und drei Einlaßventile 14. Diese jeweils im wesentlichen in einer Ventilreihe mit V-förmigem Winkel zueinander angeordneten Ventile werden durch zwei parallel zueinander liegende Nockenwellen 16, 18 über Tassenstössel 20 betätigt. Ventilfedern 22 spannen die Ventile 12, 14 in ihre geschlossene Position vor.

Die Ein- und Auslaßventile 14, 12 steuern im Zylinderkopf 10 vorgesehene Einlaßkanäle 24 bzw. Auslaßkanäle 26, die in den unterhalb des Zylinderkopfes 10 eingeformten Brennraum 28 münden.

Die Ventile 12, 14 sind in Ventilführungen 30 geführt, die in entsprechenden Bohrungen des Zylinderkopfes 10 eingepreßt sind. Die darüberliegenden Tassenstössel 20 sind in gleichachsigen Bohrungen 32, 34 des Zylinderkopfes 10 verschiebbar aufgenommen. Ein jeder Tassenstössel 20 wird von einer Nocke 36, 38 der oben liegenden Nockenwellen 16, 18 beaufschlagt. Zentral in dem Brennraum 28 ragt eine Zündkerze 40, die über einen an den Zylinderkopf 10 angeformten, rohrförmigen Zündkerzenschacht 42 zugänglich und in die Brennraumwand 44 eingeschraubt ist.

Die beiden Nockenwellen 16, 18 sind in durchgehenden Querwänden 46, 48 gelagert, die sich von der einen Zylinderkopfseite (vgl. Fig. 2) zur anderen Zylinderkopfseite erstrecken und in jeweils nach oben gezogene Seitenwände 50, 52 des Zylinderkopfes 10 einmünden.

Die beiden Querwände 46, 48 über jedem Zylinder erstrecken sich dabei zwischen den Einlaßventilen (Mittelachse der Bohrungen 34) und den Auslaßventilen (Mittelachse der Bohrungen 32), wobei zwischen den Querwänden 46, 48 ein Freiraum für den Tassenstössel 20 bzw. dem jeweiligen Nocken 36, 38 des mittleren Einlaßventiles 14 und Auslaßventiles 12 vorgesehen ist. An der Oberseite dieser Querwände 46, 48 sind halbkreisförmige Lagersitze 54 ausgebildet, die in Verbindung mit nicht dargestellten Lagerbrücken die Lagerung der Nockenwellen 16, 18 bilden. Im Bereich dieser Lagersitze 54 schneiden die Bohrungen 32, 34 für die Tassenstössel 20 in die Querwände 46, 48 ein, wobei die dadurch gebildeten kreissymmetrischen Ausnehmungen 56 eine Verringerung der Stärke der Querwände 46, 48 bewirken.

Etwa mittig der beiden Ventilreihen (Bohrungen 32, 34) und zwischen den beiden Querwänden 46, 48 erstreckt sich der rohrförmige Zündkerzenschacht 42 und bildet mit den Oberseiten der Querwände 46, 48 eine plane Anlagefläche 58, auf die ein Ventildeckel 60 dichtend aufgesetzt ist. Im Ventildeckel 60 sind Öffnungen 62 vorgesehen, die mit den Zündkerzenschächten fluchten und die Montage bzw. Demontage der Zündkerzen 40 zulassen.

Eine jede Querwand 46, 48 ist im Bereich des Zündkerzenschachtes 42 mit einer parallel zum Zündkerzenschacht 42 verlaufenden Ausnehmung 64, 66 versehen, die einen teilweise ringförmigen Spalt 68 zwischen dem Zündkerzenschacht 42 und den Querwänden 46, 48 sicherstellen. Die Stärke der Querwände 46, 48 dabei im Bereich der Ausnehmungen 64, 66 um etwa 50% reduziert und entspricht etwa der Stärke im Bereich der Lagersitze 54.

Die Fig. 3 zeigt eine Draufsicht auf einen Zylinderkopf 70 von im wesentlichen gleicher Bauart. Gleiche Teile sind mit gleichen Bezugszeichen versehen. Abweichend von den Fig. 1 und 2 weist der Zylinderkopf 70 je Zylinder fünf Gaswechselventile, nämlich drei Einlaßventile und zwei Auslaßventile auf. Die die nicht dargestellten Einlaßventile beaufschlagenden Tassenstössel sind in Bohrungen 34&min; des Zylinderkopfes 70 und die die Auslaßventile beaufschlagenden Tassenstössel in Bohrungen 32&min; verschiebbar gelagert. Die grundsätzliche Anordnung und Betätigung der Gaswechselventile ist wie in den Fig. 1 und 2 beschrieben und deshalb nicht nochmals angeführt. Zwischen den in einer Ventilreihe liegenden Einlaßventilen bzw. Bohrungen 34&min; sind zwei Querwände 72, 74 vorgesehen, die sich von der einen Seitenwand 76 des Zylinderkopfes 70 bis etwa in Höhe des Zündkerzenschachtes 42&min; erstrecken. Von der anderen Seitenwand 78 des Zylinderkopfes 70 erstreckt sich eine einzelne, mittig über den Zylindern liegende Querwand 80, die zwischen den beiden Auslaßventilen bzw. den Bohrungen 32&min; verläuft. Die beiden Querwände 72, 74 gehen in Abschnitte 82, 84 mit stark verminderter Wandstärke über, wobei die den Zündkerzenschacht 42 unter Belassung eines ringförmigen Spaltes 86 umschließenden Abschnitte 82, 84 in die mittlere Querwand 80 einmünden. Die gemeinsame Wandstärke der Abschnitte 82, 84 entspricht etwa der Wandstärke der mittleren Querwand 80.

Zwischen dem Zündkerzenschacht 42 und den Querwänden 46, 48 bzw. 72, 74 oder den Abschnitten 82, 84 können gegebenenfalls Verbindungsstege vorgesehen sein, die bei nur geringem zusätzlichem Materialaufwand eine zusätzliche Versteifung im Bereich des Zündkerzenschachtes bewirken. Unter dem Begriff Ventilreihe ist verstanden, daß mehrere Ventile je Zylinder im wesentlichen in einer Reihe liegen und von der gleichen Nockenwelle betätigt werden. Ventilreihe bedeutet jedoch nicht, daß diese Ventile genau den gleichen Ventilwinkel haben müssen. Beispielsweise können bei der Verwendung von drei Ventilen in einer Ventilreihe die beiden äußeren Ventile zueinander ebenfalls V-förmig angeordnet sein. Auch unterschiedliche Winkel der einzelnen Ventile der beiden Ventilreihen zueinander sind denkbar, z. B., wenn die in den Brennraum ragenden Ventilteller der Ventile nicht in einer Reihe, sondern jeweils halbkreisförmig angeordnet sind.

Der Zündkerzenschacht 42 kann auch durch ein dünnwandiges Rohr gebildet sein, welches an seinem Fußende in eine horizontale Wand (z. B. Brennraumwand) eingegossen ist. In diesem Falle kann ein ringförmiger Spalt entsprechend den Bezugszeichen 86 entfallen.


Anspruch[de]
  1. 1. Zylinderkopf für eine Hubkolben-Brennkraftmaschine, insbesondere für eine Mehrzylinder-Reihen-Brennkraftmaschine, mit je Zylinder mehreren Gaswechselventilen (Einlaß- und Auslaßventile), deren Achsen V-förmig zueinander geneigt sind und die über zwei parallel zueinander verlaufende Nockenwellen mit je Ventil einem Nocken über Tassenstössel betätigt sind und wobei über jedem Zylinder eine durchgehende Querwand vorgesehen ist, die sowohl zwischen der einen als auch der anderen Ventilreihe ein Nockenwellenlager für die Nockenwelle trägt und mit einer zentral in den Brennraum eines jeden Zylinders mündenden Zündkerzenbohrung, dadurch gekennzeichnet, daß
    1. a) je Zylinder zumindest fünf Ventile (12, 14) verwendet sind,
    2. b) auf der Zylinderkopfseite mit den drei Ventilen zwei Querwände (46, 48; 72, 74) vorgesehen sind, die
    3. c) je ein Nockenwellenlager (54) für die Lagerung der entsprechenden Nockenwelle (16, 18) tragen und die zwischen sich einen Freiraum für den Tassenstössel (20) und den Nocken (36, 38) für die Betätigung des mittleren Ventiles (12, 14) aufweisen.
  2. 2. Zylinderkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zündkerzenbohrung durch einen rohrförmigen Zündkerzenschacht (42) gebildet ist, um den die Querwände herumgeführt sind.
  3. 3. Zylinderkopf nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der rohrförmige Zündkerzenschacht (42) angegossen ist und daß die Querwände unter Bildung eines zumindest teilweise ringförmigen Spaltes (68; 86) um den Schacht herumgeführt sind.
  4. 4. Zylinderkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 3 mit je Zylinder fünf Ventilen, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden zwischen den Ventilen (12, 14) der Ventilreihe mit drei Ventilen verlaufenden Querwände (72, 74) im Bereich des Zündkerzenschachtes (42) auf zumindest die halbe Wandstärke reduziert sind und in die mittlere Querwand (80) der anderen Zylinderkopfseite einmünden.
  5. 5. Zylinderkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß je Zylinder der Brennkraftmaschine sechs Ventile mit drei Ventilen in einer Reihe verwendet sind und daß über jeden Zylinder zwei durchgehende Querwände (46, 48) verlaufen, die den Zündkerzenschacht (42) zwischen sich einschließen.






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