DE19540028A1 - Trägerteil eines Zylinderkopfes - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Trägerteil eines Zylinderkopfes einer mehrzylindri­ gen Brennkraftmaschine, insbesondere einer VR-Brennkraftmaschine mit einheitlichem Zylinderkopf für beide Zylinderreihen, gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Ein derartiges Trägerteil zeigt die EP 0 436 779 B1, bei dem zur Schmieröl­ versorgung der Nockenwellenlager und der Ventilbetätigungselemente bzw. Tassenstößel Längskanäle und Querkanäle vorgesehen sind. Der Längska­ nal und diverse Querkanäle sind dabei in dem Deckelteil des zweiteiligen Trägers als offene Nuten ausgebildet, wobei dieses Deckelteil im Druckguß­ verfahren hergestellt ist; die Querkanäle zur Schmierölversorgung der Tas­ senstößel sind offensichtlich gebohrt. Diese Konstruktion bedingt einen nicht unerheblichen Bearbeitungsaufwand zur sicheren Abdichtung der offen ge­ gossenen Kanäle einerseits und der Herstellung der gebohrten Kanäle an­ dererseits.

Aufgabe der Erfindung ist es, ausgehend von der gattungsgemäßen Kon­ struktion ein im Bearbeitungsaufwand verringertes Trägerteil vorzuschlagen, mit dem eine vorteilhafte Schmierölversorgung sämtlicher im Zylinderkopf befindlicher Betätigungselemente erzielbar ist.

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

Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, daß der Längskanal und die Querka­ näle im Gießverfahren mit verlorenem Kern (Sandkern oder lost foam) her­ gestellt sind. Durch die geschlossene, integrierte Ausbildung der Kanäle im Träger können komplizierte Kanalverläufe bis hin zu den jeweiligen An­ schlußstellen bzw. Schmierstellen verwirklicht werden, die den späteren mechanischen Bearbeitungsaufwand wesentlich verringern. So kann sowohl eine zweiteilige Ausbildung des Trägers mit entsprechend komplizierter Be­ arbeitung der Trennflächen entfallen, ferner kann die Anzahl der zu bohren­ den Kanalbereiche wesentlich verringert werden. Der damit einsparbare Bearbeitungsaufwand überwiegt bei weitem die kompliziertere Fertigung beim Gießen mit der Verwendung verlorener Kerne. Dabei ist nicht nachtei­ lig, daß derartige Kanäle aus gießtechnischen Gründen relativ große Quer­ schnitte aufweisen, sofern die jeweiligen Versorgungsanschlüsse am Ende der Kanäle durch Bohrungen oder Düseneinsätze oder anderweitig entspre­ chend gedrosselt sind.

In Weiterbildung der Erfindung kann der Längskanal so geführt sein, daß er ohne zusätzlichen Aufwand unmittelbar Aufnahmebohrungen für Schwing­ hebel als Ventilbetätigungselemente abstützende, hydraulische Ventil­ spielausgleichselemente versorgt. Bei einer VR-Brennkraftmaschine mit zwei nur um einen geringen Zylinderwinkel zueinander geneigten Zylinder­ reihen mit jeweils innerhalb der Zylinderlängsmittelebenen liegenden Auf­ nahmebohrungen kann der Längskanal besonders vorteilhaft mäanderförmig entlang diesen Aufnahmebohrungen verlaufen, wodurch über den Längska­ nal sämtliche Aufnahmebohrungen bzw. die darin befindlichen Ventil­ spielausgleichselemente mit Schmieröl versorgbar sind. Ferner kann im Längskanal stromauf den Aufnahmebohrungen ein Druckminderventil vorge­ sehen sein, welches insbesondere bei kalter Brennkraftmaschine einen für die Ventilspielausgleichselemente schädlichen Überdruck ausschließt.

Bevorzugt sind der Längskanal und die Querkanäle unterhalb der zumindest einen Nockenwelle bzw. bei einer VR-Brennkraftmaschine von ggf. drei Nockenwellen angeordnet, wodurch sich eine baulich einfache Konstruktion des Trägerteiles bei guter Zugänglichkeit der Ventilbetätigungselemente von oben ergibt. Die Querkanäle können dann ggf. über entsprechend ausgebil­ dete Steigkanäle die Nockenwellenlager und ggf. Abspritzdüsen zur Schmie­ rung der Kontaktflächen zwischen Nocken und Schwinghebeln versorgen.

Schließlich kann zumindest jeweils ein vom Längskanal abzweigender Querkanal eine unterhalb der Nockenwellenlager in das Trägerteil einge­ setze Schwinghebelachse mit Schmieröl versorgen, wobei das Schmieröl durch die hohle Schwinghebelachse hindurch auf die einzelnen Schwinghe­ bel verteilt wird.

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

Fig. 1 eine Draufsicht auf einen teilweise dargestellten Zylinderkopf einer VR-Brennkraftmaschine ohne montierte Nockenwellen und Ventilbetä­ tigungselemente;

Fig. 2 einen Schnitt entlang der Linie II-II der Fig. 1 durch das auf den Zylin­ derkopf aufgesetzte Trägerteil;

Fig. 3 einen Schnitt gemäß Linie III-III der Fig. 1 durch einen Kanalabschnitt des Längskanales mit Druckminderventil;

Fig. 4 einen weiteren Schnitt entlang der Linie IV-IV der Fig. 1 durch den Längskanal im Bereich eines hydraulischen Ventilspielausgleichsele­ mentes.

Der in den Fig. 1-4 teilweise dargestellte Zylinderkopf 10 mit darin enthal­ tenen Gaswechselventilen 12 (z. B. je Zylinder drei Einlaß- und zwei Aus­ laßventile) einer mehrzylindrigen VR-Hubkolben-Brennkraftmaschine 14 mit zwei zusammengegossenen Zylinderreihen mit einem Zylinderwinkel von 15° (strickpunktierte Linien 16) weist ein Trägerteil 18 auf, in dem über Nockenwellenlager 20, 22, 24 drei Nockenwellen 26 gelagert sind.

Die Nocken 28 (vgl. Fig. 4) der Nockenwelle 26 betätigen in bekannter Weise über Schwinghebel 30 die Gaswechselventile 12, wobei die Schwinghebel 30 auf der jeweils inneren Seite (innerhalb der Zylinder- Längsmittelebenen 16) an hydraulischen Ventilspiel-Ausgleichselementen 32 schwenkbar abgestützt sind, während äußere, nicht dargestellte Schwinghebel 30 über entsprechende Lageraugen auf im Trägerteil 18 im Bereich der äußeren Nockenwellenlager 20, 24 eingesetzten, rohrförmigen Schwinghebelachsen 34 schwenkbar gelagert sind und die jeweiligen Gas­ wechselventile 12 beaufschlagen.

Die Nockenwellenlager 20, 22, 24 bilden sich jeweils aus den im Trägerteil 18 ausgebildeten Lagerstühlen 36, 38, 40 und den mittels Schrauben (nicht dar­ gestellt) daran befestigten Lagerdeckeln 42, 44, 46. Zur Zugänglichkeit von jeweils in den Zylindermitten der im Zylinderkopf 10 ausgebildeten Brenn­ räume eingesetzten Zündkerzen 48 sind Rohrstutzen 50 dicht eingesetzt, die sich jeweils durch eine das Trägerteil 18 nach außen abschließende Ventilhaube 52 erstrecken.

Das aus mehreren längs, quer und schräg und gebogen verlaufenden Stre­ ben 54, 56, 58, 60 mit weiteren, .aus der Zeichnung Fig. 1 ersichtlichen Ver­ steifungen und mit den daran angeformten Lagerstühlen 36, 38, 40 für die Nockenwellen 26 gebildete Trägerteil 18 weist unterhalb der durch die Noc­ kenwellen-Drehachsen (=Lagertrennfläche 62) verlaufenden Ebene einen mäanderförmig verlaufenden Längskanal 64 auf, von dem zu jedem Nockenwellenlager 20 bzw. 24 ein Querkanal 66, 68 abzweigt. Die Querka­ näle 66, 68 münden dann über einheitlich mit 70 bezeichnete Steigkanäle in die Lagertrennflächen 62, während unmittelbar vom Längskanal 64 ausge­ hende Steigkanäle 72 in die Lagerbohrungen 74 der mittleren Nockenwel­ lenlager 22 münden.

Der Längskanal 64 schneidet ferner an der längsverlaufenden Strebe 54 in entsprechenden Angüssen 76 vorgesehene Aufnahmebohrungen 78, in die die vorbeschriebenen Ventilspiel-Ausgleichselemente 32 eingesetzt sind. Dementsprechend werden diese Ausgleichselemente 32 mit unter Druck stehendem Schmieröl der Brennkraftmaschine versorgt.

Die äußeren, in die Lagertrennflächen 62 einmündenden Steigkanäle 70 liegen Verbindungskanälen 80 gegenüber, die als offene Nuten ausgeführt das Schmieröl zu den äußeren Nockenwellenlagern 20, 24 und über weitere Bohrungen 82, 84 in den Lagerdeckeln 42, 46 jeweils in ein Verbindungsrohr 86 (vgl. Fig. 2, teilweise dargestellt) mit je Nocken 28 einer Abspritzdüse 88 leiten. Die Verbindungsrohre 86 erstrecken sich dabei auf jeder äußeren Zylinderkopfseite vom ersten zum letzten Lagerdeckel 42 bzw. 46 entlang der Nockenwellen 26 und sorgen für die Schmierung der Kontaktflächen zwi­ schen Nocken 28 und Schwinghebel 30.

Ferner sind die jeweils dem Schmierölzufuhrkanal 90 des Längskanales 64 am nächsten liegenden, zu einem Nockenwellenlager 20, 24 führenden Querkanäle 66, 68 mit Lagerbohrungen 92 im Trägerteil 18 verbunden, in die Schwinghebelachsen 34 eingesetzt sind. Über Bohrungen 94 in den Schwinghebelachsen 34 wird dadurch Schmieröl zu den Lagerstellen (nicht dargestellt) der Schwinghebellagerungen zugeführt, wobei das Schmieröl über entsprechende Versorgungsbohrungen an den Lagerstellen austreten kann. Es versteht sich, daß die Schwinghebelachsen 34 an ihren Enden durch entsprechende Kappen dicht verschlossen sind.

Wie die Fig. 3 zeigt, ist der in den Längskanal 64 mündende Schmieröl-Zu­ führkanal 90 über einen Steigkanal 96 im Zylinderkopf 10 an das Druckum­ lauf-Schmierölsystem der Brennkraftmaschine angeschlossen, wobei ober­ halb des Steigkanales 96 ein Druckbegrenzungsventil 98 eingeschraubt ist, das den Schmieröldruck im Längskanal 64 auf einen Höchstwert von z. B. 3,5 bar begrenzt. Ein Drosselstelle 100 im Steigkanal 96 begrenzt ferner die maximale Zulaufmenge pro Zeiteinheit an Schmieröl.

Über die beschriebenen Kanäle 90, 64, 66, 68, 70, 72, 80 können somit die Nockenwellenlager 20, 22, 24 sowie die Abspritzdüsen 88 mit Schmieröl ver­ sorgt werden.

Desweiteren sind die Aufnahmebohrungen 78 bzw. die hydraulischen Ventilspiel-Ausgleichselemente 32 direkt an den Längskanal 64 angeschlos­ sen. Ferner erfolgt die Schmierölversorgung der Schwinghebellagerungen vom Längskanal 64 über die vorne liegenden Querkanäle 66, 68 in die Schwinghebelachsen 34 und von dort in die entsprechenden Lagerstellen (nicht dargestellt).

Beim Gießen des Trägerteiles 18, welches aus einer Aluminiumlegierung hergestellt ist, werden zunächst der Längskanal 64 mit dem Zuführkanal 90, die Querkanäle 66, 68 und die Steigkanäle 70, 72 als miteinander verbun­ dene Sandkerne dargestellt und in der Gießform (nicht dargestellt) positio­ niert. Zur Erzielung stabiler Kerne und Kernpositionierung kann die Quer­ schnittsform (vgl. Fig. 1, Kanal 64) teils rechteckig, teils rund und relativ groß bemessen sein und in der dreidimensionalen Erstreckung beliebig nach den konstruktiven Gegebenheiten verästelt werden.

Nach dem Gießen wird der Sandkern in bekannter Weise zerstört und aus dem Trägerteil 18 herausgelöst (verlorener Kern). Danach erfolgt die spa­ nende Bearbeitung des Trägerteiles 18, wobei z. B. durch Anbohren des nach dem Gießen geschlossen ausgebildeten Steigkanales 72 Drosselboh­ rungen 72a (Fig. 2) zu den Lagerbohrungen 74 der mittleren Nockenwellen­ lager 22 entstehen, über die die gewünschte Ölmenge pro Zeiteinheit zu den mittleren Nockenwellenlagern 22 eingestellt wird. Gleiches trifft auf die Ver­ sorgung der äußeren Nockenwellenlager 20, 24 zu, hier bestimmt sich die Drosselung aus den in die Lagerdeckel 42, 46 ebenfalls beim Gießen (z. B. im Druckgußverfahren) bereits eingeformten Verbindungskanäle 80 und durch die Bohrungen 82 zu den Abströmdüsen 88.

Eine Drosselung der Ölzufuhr zu den Schwinghebeln 30 auf der Schwinghe­ belachse 34 bestimmt sich aus den Zuführbohrungen 94 in den Schwinghe­ belachsen 34. Auch die Versorgung der hydraulischen Ventilspiel-Aus­ gleichselemente 32 ist durch Zuführbohrungen 32a in den Ausgleichsele­ menten 32 vorbestimmt.

Daraus folgt, daß trotz fertigungstechnisch zum Gießen günstiger, relativ großer Kanalquerschnitte eine gezielte Ölversorgung sämtlicher Ventilbetä­ tigungs- und Lagerungselemente innerhalb des im wesentlichen einstücki­ gen Trägerteiles 18 sichergestellt ist. Das Trägerteil 18 wird ggf. fertig vor­ montiert auf den Zylinderkopf 10 aufgeschraubt.

Claims (12)

1. Trägerteil eines Zylinderkopfes einer mehrzylindrigen Brennkraftmaschi­ ne, insbesondere einer VR-Brennkraftmaschine mit einheitlichem Zylin­ derkopf für beide Zylinderreihen, mit Betätigung der Gaswechselventile über zumindest eine in dem separaten Trägerteil angeordnete Nocken­ welle, die auf Ventilbetätigungselemente wirkt, wobei über einen beim Gießen des Trägerteiles (18) eingeformten Längskanal mit abzweigen­ den Querkanälen die Nockenwellenlager und die Ventilbetätigungsele­ mente mit Schmieröl versorgt werden, dadurch gekennzeichnet, daß der Längskanal (64) und die Querkanäle (66, 68) im Gießverfahren mit verlo­ renem Kern hergestellt sind.

2. Trägerteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Längska­ nal (64) unmittelbar Aufnahmebohrungen (78) für hydraulische Ventil­ spiel-Ausgleichselemente (32) mit Schmieröl versorgt.

3. Trägerteil nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Längskanal (64) bei einer VR-Brennkraftmaschine mit jeweils inner­ halb der Zylinderlängsmittelebenen (16) liegenden Aufnahmebohrungen (78) zu deren gemeinsamer Schmierölversorgung mäanderförmig entlang den Aufnahmebohrungen (78) verläuft.

4. Trägerteil nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß im Anschlußbereich (Zuführkanal 90) des Längskanales (64) an das Druckumlauf-Schmiersystem der Brennkraft­ maschine ein Druckbegrenzungsventil (98) angeordnet ist.

5. Trägerteil nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Längskanal (64) und die Querkanäle (66, 68) im wesentlichen unterhalb der zumindest einen Nockenwelle (26) angeordnet sind.

6. Trägerteil nach Anspruch 5, wobei in dem Trägerteil (18) drei Nocken­ wellen (26) zur Betätigung der Gaswechselventile (12) gelagert sind, da­ durch gekennzeichnet, daß der Längskanal (64) im wesentlichen unter­ halb der mittleren Nockenwelle (26) bzw. deren Nockenwellenlager (22) verläuft.

7. Trägerteil nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Längskanal (64) und die Querkanäle (66, 68) über daran anschließende Steigkanäle (70, 72) an die Nockenwellenlager (20, 22, 24) angeschlossen sind.

8. Trägerteil nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Anschluß von den Steigkanälen (70) in die Nockenwellenlager (20, 24) über die je­ weiligen Lagerdeckel (42, 46) erfolgt.

9. Trägerteil nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß in den Lager­ deckeln (42, 46) zur Lagerteilungsfläche (62) offene Verbindungskanäle (80) vorgesehen sind.

10. Trägerteil nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß über die Lagerdeckel (42, 46) in Verbin­ dungsrohren (86) zwischen den Lagerdeckeln vorgesehene Abspritzdü­ sen (88) zur Schmierung der Kontaktflächen zwischen den Nocken (28) der Nockenwellen (26) und den Schwinghebeln (30) vorgesehen sind und daß die Verbindungsrohre (86) an die Verbindungskanäle (80) an­ geschlossen sind.

11. Trägerteil nach einem oder mehreren der Ansprüche 1-10, dadurch ge­ kennzeichnet, daß zumindest jeweils ein vom Längskanal (64) abzwei­ gender Querkanal (66, 68) eine unterhalb der Nockenwellenlager (20, 24) eingesetzte Schwinghebelachse (34) mit Schmieröl für die Schwinghe­ bellagerung versorgt.

12. Trägerteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es mit Aus­ nahme der Lagerdeckel (42, 44, 46) einteilig gegossen ausgebildet ist.