DE19620546A1

DE19620546A1 - Zylinderkopf für eine mehrzylindrige Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE19620546A1
Application number: DE19620546A
Authority: DE
Inventors: Salvador Dipl In Ribes-Navarro
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 1996-05-22
Filing date: 1996-05-22
Publication date: 1997-11-27
Also published as: CN1219219A; EP0900327A1; DE59700735D1; EP0900327B1; CN1080822C; WO1997044576A1

Description

Ein Zylinderkopf für eine mehrzylindrige Brennkraftmaschine umfaßt we nigstens zwei Einlaßventile und zwei Auslaßventile pro Zylinder, wobei die Ventiltellermitten der Einlaßventile sowie die Ventiltellermitten der Auslaß ventile jeweils nicht in gleichem Abstand zur Mittelsenkrechten des Zylin derkopfes angeordnet sind.

Ein gattungsgemäßer Zylinderkopf ist aus der 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 Brennkraftmaschi nen ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Zylinderkopf zu konzipieren, der unter optimaler Ausnutzung des vorhandenen Baurau mes eine verbesserte Unterbringung seiner diversen Komponenten er laubt. Dabei soll gewährleistet sein, daß separat einzusetzende Teile auf grund der Verwechslungsgefahr möglichst keine unterschiedlichen Geo metrien aufweisen.

Gelöst wird diese Aufgabe gemäß einer ersten Ausführungsform durch die Merkmale des Patentanspruchs 1. Demnach sind die Einlaßventile wie auch die Auslaßventile von zwei Nockenwellen gesteuert, sind zwischen den Ventilen und den Nocken der Nockenwellen eine Anzahl von iden tisch ausgebildeten Betätigungselementen angeordnet und weisen die den Ventilen zugeordneten Nocken der Nockenwellen unterschiedliche 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 sowie an den Ausnehmungen für die Einspritzdüsen vorbeigeführt werden können. Darüber hinaus können bei dieser Ausführungsform aufgrund der für alle Ventile identisch ausgebildeten Betätigungselemente keine Verwechslun gen bei der Bestückung des Zylinderkopfes mit den Betätigungselemen ten auftreten. Zu beachten ist, daß bei dieser ersten Ausführungsform die den Einlaßventilen und den Auslaßventilen zugeordneten Betätigungs elemente zu den Nockenwellen gleich stark geneigt sind, um eine gleichmäßige Abwälzung bzw. Reibung zwischen dem Betätigungsele ment und dem Ventil bzw. den Ventilkäppchen zu erreichen.

Die Aufgabe wird gemäß einer zweiten Ausführungsform durch die Merk male des Patentanspruchs 2 gelöst. Bei dieser Ausführungsform sind die Einlaßventile sowie die Auslaßventile von zwei Nockenwellen gesteuert, sind zwischen den Ventilen und den Nocken der Nockenwellen eine An zahl von identisch ausgebildeten Betätigungselementen angeordnet, und sind die den Ventilen zugeordneten Betätigungselemente zu den Nockenwellen unterschiedlich stark geneigt. Dies geschieht, indem die Lagerungen der Betätigungshebel auf unterschiedlichen Höhen angeord net sind. Damit ist eine ebenfalls kompakte Bauweise realisierbar, bei der die zwangsläufig symmetrisch angeordneten Befestigungselemente nicht mehr mit den Einlaß- und Auslaßkanälen sowie mit den Betätigungsele menten kollidieren. Die Einlaß- und Auslaßventile sowie die Betätigungs elemente sind hier quasi symmetriewidrig angeordnet. Zu beachten ist, daß bei dieser zweiten Ausführungsform die den Ventilen zugeordneten Nocken der Nockenwellen gleich große Grundkreisdurchmesser aufwei sen.

Die beiden genannten Ausführungsformen können auch miteinander kombiniert werden, so daß die Einlaßventile sowie die Auslaßventile von zwei Nockenwellen gesteuert werden, daß zwischen den Ventilen und den Nocken der Nockenwellen eine Anzahl von identisch ausgebildeten Betä tigungselementen angeordnet ist, daß die den Ventilen zugeordneten Nocken der Nockenwellen unterschiedlich große Grundkreisdurchmesser aufweisen und daß die den Ventilen zugeordneten Betätigungselemente zu den Nockenwellen unterschiedlich stark geneigt sind. 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 Auslaßven tile, welche den Betätigungselementen 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 Betätigungsele mente wirken. Die unterschiedlichen Kräfte sind erforderlich, da nicht nur die Ventiltellermitten der Ventile sondern auch die Betätigungselemente in verschiedenen Abständen zur Mittelsenkrechten des Zylinderkopfes bzw. den Nockenwellen angeordnet sind und sich aus den verschiedenen Ab ständen der Betätigungselemente unterschiedliche Hebelkräfte bei der Anlage an den Nocken der Nockenwellen ergeben. Damit die verwende ten Ventilfedern den daraus resultierenden unterschiedlichen Beanspru chungen gerecht werden, ist es empfehlenswert verhältnismäßig weiche Ventilfedern zu wählen.

Bevorzugt sind die Betätigungselemente als Schlepphebel ausgebildet, wobei die Schlepphebel auf hydraulischen Abstützelementen gelagert sind. Dadurch erübrigt sind die Lagerung der Betätigungselemente 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 Betätigungs elemente in verschieden stark geneigten Stellungen relativ zu den Nockenwellen. Die Betätigungselemente 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:

Fig. 1 eine Draufsicht des erfindungsgemäßen Zylinderkopfes in stark vereinfachter schematischer Darstellung;

Fig. 2 einen Schnitt entlang der Linie II-II′ aus Fig. 1, zur Veran schaulichung der Betätigung der beiden Einlaßventile gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 3 einen anderen Schnitt entlang der Linie III-III′ aus Fig. 1 zur Veranschaulichung der Betätigung die beiden Auslaßventile gemäß der ersten Ausführungsform;

Fig. 4 einen Schnitt entlang der Linie II-II′ aus Fig. 1, gemäß der zweiten Ausführungsform; und

Fig. 5 einen weiteren Schnitt entlang der Linie III-III′ aus Fig. 1 ge mäß der zweiten Ausführungsform der Erfindung.

Wie in Fig. 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 Ventiltel lermitten 5′ der beiden Auslaßventile 3 sind in verschiedenen Abständen zur Mittelsenkrechten 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 Auslaß ventile 3, in verschiedenen Abständen zu den Achsen einer ersten und einer zweiten oben liegenden Nockenwelle 7, 7′ angeordnet.

Wie aus den Fig. 2 bis 5 hervorgeht sind zwischen den Nocken 8 der Nockenwellen 7, 7′ und den freien Enden der Ventilschäfte 6, 6′ jeweils identisch ausgebildete Betätigungselemente 9 angeordnet. Diese Betäti gungselemente 9 sind als einfache Schlepphebel ausgebildet und auf ei nem hydraulischen Abstützelement 10 mit einem halbkugeligen Gelenk kopf 11 gelagert.

Mittels einer Ventilfeder 12 werden die Betätigungselemente 9 zur Anlage gegen die Nocken 8 der Nockenwellen 7, 7′ gebracht. Folglich wirken die Betätigungselemente 9 dann, wenn sie von den Nocken 8 beaufschlagt werden, entgegen der Kraft der Ventilfedern 12.

Entsprechend der in Fig. 2 dargestellten ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weisen die den Einlaßventilen 2 zugeordneten Nocken 8 der Nockenwellen 7, 7′ unterschiedlich große Grundkreisdurch messer D_G1, D_G2 auf. Es ist deutlich erkennbar, daß dort D_G1 größer ist als D_G2. Somit haben die verschiedenen Betätigungselemente 9 alle die gleiche Stellung bzw. Neigung im Zylinderkopf 1. Durch den jeweiligen Grundkreisdurchmesser D_G1, D_G2 und durch die Lage der Einlaßventile 2 definiert sich dabei der Arbeitsbereich der Betätigungselemente 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 Betätigungs elemente 9 annähernd gleiche Hebelkräfte auf der Seite des Abstützele ments 10 und auf der Seite des freien Endes des Ventilschafts 6, 6′ bei behalten zu können, weisen die verwendeten Ventilfedern 12, welche alle die gleiche Größe und die gleiche Federkonstante haben, im eingebauten Zustand unterschiedliche Einbaulängen L_F1, L_F2 auf. In Fig. 2 ist die Einbaulänge L_F1 geringer gewählt als die Einbaulänge L_F2.

Zum besseren Verständnis der Erfindung ist in Fig. 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 Auslaß ventile 3 gerade entgegengesetzt sind. Denn dort ist der Grundkreis durchmesser D_G1 kleiner als der Grundkreisdurchmesser D_G2. Außer dem ist dort die Einbaulänge L_F1 der einen Ventilfeder 12 größer gewählt als die Einbaulänge L_F2 der anderen Ventilfeder 12.

Gemäß der in Fig. 4 dargestellten zweiten Ausführungsform der Erfin dung sind die Grundkreisdurchmesser D_G der Nocken 8 der Nockenwel len 7, 7′ gleich, während die den Einlaßventilen 2 zugeordneten Betäti gungselemente 9 zu den Nockenwellen 7, 7′ um den Winkel α unter schiedlich stark geneigt sind. Bei den unterschiedlichen Neigungswinkeln der Betätigungselemente 9 ergibt sich die gleiche Kinematik wie bei der ersten Ausführungsform, wenn die Gelenkköpfe 11 der hydraulischen Abstützelemente 10 in der Höhe etwas versetzt angeordnet sind. Ein sol cher Versatz in der Höhe der Gelenkköpfe 11 wird bei den dargestellten schräg stehenden Abstützelementen 10 durch eine Verschiebung erreicht.

Auch bei dieser zweiten Ausführungsform weisen die Ventilfedern 12 der Einlaßventile 2 je nach Lage der Ventiltellermitten 5 in eingebautem Zu stand unterschiedliche Einbaulängen L_F1, L_F2 auf, damit auf beiden Sei ten der Betätigungselemente 9 annähernd gleiche Hebelkräfte auftreten.

In Fig. 5 ist schließlich ein Schnitt durch die Auslaßventile 3 gemäß der zweiten Ausführungsform der Erfindung dargestellt. Dort sind die Grund kreisdurchmesser D_G der Nocken 8 der Nockenwellen 7, 7′ gleich groß und sind die Betätigungshebel 9 um den Winkel α unterschiedlich stark aber in entgegengesetzter Weise geneigt. Außerdem ist dort ist die Ein baulänge L_F1 der einen Ventilfeder 12 größer als die Einbaulänge L_F2 der anderen Ventilfeder 12.

Selbstverständlich können die beiden dargestellten Ausführungsformen auch gemeinsam in einem Zylinderkopf realisiert sein.

Claims

1. Zylinderkopf für eine mehrzylindrige Brennkraftmaschine, mit

- wenigstens zwei Einlaßventilen (2) und zwei Auslaßventilen (3) pro Zylinder (4), wobei
- die Ventiltellermitten (5) der Einlaßventile (2) sowie die Ventiltel lermitten (5′) der Auslaßventile (3) jeweils nicht in gleichem Ab stand zur Mittelsenkrechten (M) des Zylinderkopfes (1) angeord net sind,

dadurch gekennzeichnet, daß

- die Einlaßventile (2) sowie die Auslaßventile (3) von zwei Nockenwellen (7, 7′) gesteuert werden,
- zwischen den Ventilen (2, 3) und den Nocken (8) der Nockenwel len (7, 7′) eine Anzahl von identisch ausgebildeten Betätigungs elementen (9) angeordnet ist, und
- die den Ventilen (2, 3) zugeordneten Nocken (8) der Nockenwel len (7, 7′) unterschiedlich große Grundkreisdurchmesser (D_G1, D_G2) aufweisen.

2. Zylinderkopf für eine mehrzylindrige Brennkraftmaschine, insbeson dere nach Anspruch 1, mit

dadurch gekennzeichnet, daß

- die Einlaßventile (2) sowie die Auslaßventile (3) von zwei Nockenwellen (7, 7′) gesteuert werden,
- zwischen den Ventilen (2, 3) und den Nocken (8) der Nockenwel len (7, 7′) eine Anzahl von identisch ausgebildeten Betätigungs elementen (9) angeordnet sind, und
- die den Ventilen (2, 3) zugeordneten Betätigungselemente (9) zu den Nockenwellen (7, 7′) unterschiedlich stark geneigt sind.

3. Zylinderkopf nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekenn zeichnet, daß die Betätigungselemente (9) jeweils entgegen der Kraft einer Ventilfeder (12) wirken, wobei die Ventilfedern (12) der Einlaßventile (2) sowie der Auslaßventile (3) je nach Lage der Ventil tellermitten (5, 5′) in eingebautem Zustand unterschiedliche Einbau längen (L_F1, L_F2) aufweisen.

4. Zylinderkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekenn zeichnet, daß die Betätigungselemente (9) als Schlepphebel aus gebildet sind.

5. Zylinderkopf nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Schlepphebel auf hydraulischen Abstützelementen (10) gelagert sind.