DE3641129C1 - Vorrichtung zur Lagerung von zwei Nockenwellen im Zylinderkopf einer mehrzylindrigen Reihenbrennkraftmaschine - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Lagerung von zwei Nockenwellen im Zylinderkopf einer mehrzylindrigen Reihenbrennkraftmaschine nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Bei Brennkraftmaschinen mit zwei obenliegenden Nockenwellen besteht allgemein das Problem, die Zylinderkopfschrauben so im Zylinderkopfgehäuse anzuordnen, daß diese unter Beibe­ haltung eines möglichst symmetrischen Lochbildes noch von der Oberseite des Zylinderkopfes her zugänglich sind.

Um dies zu erreichen, wurde bereits in der DE-PS 23 42 530 für eine Brennkraftmaschine vorgeschlagen, die Lagergehäuse der Nockenwellen je­ weils in den Zylinderquermittelebenen und die Zylinderkopf­ schrauben seitlich davon auf den Innenseiten der Nockenwellen in einer zwischen den Zylindern verlaufenden Gehäuseebene an­ zuordnen. Die damit erzielte Zugänglichkeit setzt jedoch als weitere konstruktive Maßnahmen voraus, daß die Nockenwellen einen großen Abstand voneinander haben, was gleichbedeutend ist mit einem großen Ventilwinkel und daß zur Befestigung des Zylinderkopfes nicht mehr als vier Zylinderkopfschrauben er­ forderlich sind. Damit ist die bekannte Vorrichtung für die Anwendung in Zylinderköpfen von Dieselmotoren nicht ge­ eignet, da diese wegen des erforderlichen kompakten Brenn­ raumes nur mit relativ kleinen Ventilwinkeln und wegen der hohen Brennraumdrücke zur Befestigung des Zylinderkopfes idealerweise mit sechs Zylinderkopfschrauben ausge­ führt werden können.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Vorrichtung zur Nockenwellenlagerung so weiterzubilden, daß die Ventillage und damit die Brennraumgestaltung als auch die Anzahl und Lage der Zylinderkopfschrauben weitgehend un­ abhängig von der Nockenwellenlagerung frei wählbar sind.

Diese Aufgabe wird bei einer gattungsgemäßen Einrichtung durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.

Durch die Erfindung wird in vorteilhafter Weise eine Trennung von Nockenwellenlagerung und Zylinderkopf erzielt, durch wel­ che sich eine Vereinfachung des Zylinderkopf-Grundkörpers ergibt, da die bislang eingegossene Nockenwellenlagerung entfällt. Durch die Trennung von Nockenwellenlagerung und Zylinderkopf kann der Nockenwellen-Lagerrahmen getrennt vom Zylinderkopf be­ arbeitet werden, was eine rationellere Fertigung durch den Ein­ satz von besonders auf die getrennten Fertigungsabläufe ab­ gestimmter Bearbeitungsmaschinen ermöglicht.

Ferner ist von Vorteil, daß nunmehr die Lage der Ventile als auch die Anzahl und Lage der Zylinderkopfschrauben unab­ hängig ist von der Nockenwellenlagerung, so daß ohne weiteres Zylinderköpfe mit vier Ventilen pro Zylinder und kleinen Ven­ tilwinkeln und mehr als vier Zylinderkopfschrauben verwirk­ licht werden können, die insbesondere für den Einsatz bei Dieselmotoren geeignet sind.

Da die Nockenwellenlagerung im Zylinderkopf entfällt, kann der Zylinderkopf-Grundkörper in der Höhe um etwa das Ein­ baumaß der Lagergehäuse verringert werden. Bei einem Zylin­ derkopf mit Führungsgehäusen für die Tassenstößel der Ven­ tile bedeutet dies beispielsweise, daß die Trennebene zur Auflage der Zylinderkopfhaube bis etwa in Höhe der Oberkanten der Führungsgehäuse verlagert werden kann. Ferner besteht ein weiterer Vorteil der Erfindung darin, daß im Reparatur­ fall die komplette Einheit "Nockenwellenlagerung" ausge­ tauscht werden kann, so daß die hierfür bislang erforderliche Demontage des Zylinderkopfes zur Durchführung von Einpaß­ arbeiten nicht mehr notwendig ist. Sofern der Lagerrahmen als Gußteil ausgeführt ist, das mit beiden Längsstegen auf den seitlichen Gehäusewänden des Zylinderkopfes aufliegt, kann als weiterer Vorteil mittels einer in den Längsstegen eingegossenen Nut oder Bohrung die Ölversorgung der Nocken­ wellen-Lagerstellen in den Lagerrahmen verlagert werden, wo­ durch die sonst übliche Langlochbohrung im Zylinderkopfgehäuse entfallen kann. Von Vorteil ist ebenfalls, daß durch den La­ gerrahmen das bisher zur Bearbeitung der Lagergehäuse im Zylin­ derkopf erforderliche Durchspindeln der stirnseitigen Zylin­ derkopfwände wegfällt, womit gleichzeitig eine Vereinfachung der Abdichtung zwischen Zylinderkopf und Zylinderkopfhaube erzielt wird. Schließlich ist noch von Vorteil, daß Nocken­ wellenlagerung und Zylinderkopf unabhängig voneinander vor­ montiert werden können, wobei die Vormontage der Nockenwellen­ lagerung darüber hinaus den Anschluß der Stirnräder und die Einstellung der Steuerzeiten umfaßt, so daß dann in der Motor- Endmontage die Nockenwellenlagerung als Einheit nur noch in den Zylinderkopf eingesetzt zu werden braucht, womit insbe­ sondere auch die Einstellung der Steuerzeiten gegenüber der herkömmlichen Doppelnockenwellen-Lagerung vereinfacht wird.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Die Erfindung wird nachstehend anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 den erfindungsgemäßen Nockenwellen-Lagerrahmen in einer perspektivischen Darstellung,

Fig. 2 einen Vier-Ventil-Zylinderkopf für einen Diesel- Motor mit eingebautem Nockenwellenlagerrahmen in einem Querschnitt, und

Fig. 3 den erfindungsgemäßen Nockenwellenrahmen mit vor­ montierter Nockenwelle in einem Querschnitt durch einen Quersteg.

Eine Vorrichtung zur Lagerung von zwei Nockenwellen 1 und 2 im Zylinderkopf 3 einer nicht weiter dargestellten Reihen­ brennkraftmaschine umfaßt mehrere Lagergehäuse 4 a bis 4 e und 5 a bis 5 e, die in einem getrennt vom Zylinderkopf 3 herge­ stellten Nockenwellen-Lagerrahmen 6 angeordnet sind. Der in Fig. 1 für eine Vierzylinder-Brennkraftmaschine gezeigte Nockenwellen-Lagerrahmen 6 besteht aus einem Gußteil mit zwei in Zylinderkopflängsrichtung zueinander parallel ver­ laufenden Längsstegen 7 und 8, die durch mindestens zwei Querstege miteinander verbunden sind, sowie den innen am Längssteg 7 angeformten Lagergehäusen 4 a bis 4 e und den innen am Längssteg 8 angeformten Lagergehäusen 5 a bis 5 e. Die Lager­ gehäuse können dabei als einzelne an den Längsstegen 7 und 8 befestigte Gehäuseringe ausgebildet sein, oder in Abwandlung davon können sie jeweils in einer Zylinderkopfquerebene sich gegenüberliegenden Lagergehäuse zu je einem gleichzeitig die Querstege des Lagerrahmens 6 bildenden Lagergehäusepaar ver­ bunden sein.

Im Ausführungsbeispiel der Fig. 1 sind die jeweils in einer Zylinderkopfquerebene angeordneten Lagergehäuse, wie am Beispiel der Lagergehäuse 4 e und 5 e gezeigt, untereinan­ der verbunden und in ein gemeinsames Lagerunterteil sowie einen gemeinsamen Lagerdeckel 9 unterteilt. Die dabei infolge der Lagerteilung entstehenden Lagerunterteile bilden gleich­ zeitig die Querstege 10 bis 14. Der Lagerrahmen 6 erstreckt sich über die gesamte Länge des Zylinderkopfes 3, wobei die beiden außen liegenden Querstege 10 und 14 jeweils unmittel­ bar innen neben den stirnseitigen Gehäusewänden am Zylinder­ kopf 3 abgestützt sind. Die Abstände der dazwischen liegen­ den Querstege 11 bis 13 sind auf die Zylinderabstände abge­ stimmt und überspannen das Zylinderkopfgehäuse 3 jeweils in einer zwischen den Zylindern verlaufenden Zylinderkopf­ querebene.

Um eine sichere Abstützung des Lagerrahmens 6 im Zylinder­ kopf 3 zu gewährleisten, sind im Steuerraum 15 zwischen den Zylindern Querwände 16 eingezogen, die zur Zylinderkopfober­ seite hin mit eben bearbeiteten Stützflächen 17 versehen sind, auf die der Lagerrahmen 6 mit den Querstegen 10 bis 14 auf­ gelegt wird, deren Unterseiten 18 ebenfalls eben bearbeitet sind. Die Befestigung des Lagerrahmens 6 am Zylinderkopf 3 erfolgt zusammen mit den Lagerdeckeln 9 über jeden Quersteg 10 bis 14 an den Querwänden 16 durch drei Schraubbolzen 19 bis 21. Diese sind in jeweils drei Durchgangsbohrungen 22 bis 24 in den Querstegen 10 bis 14 sowie den dazugehörigen Lagerdeckeln 9 eingesetzt und in Gewindebohrungen der Querwände 16 einge­ schraubt. Zur Fixierung der Lagerdeckel sind die außenliegen­ den Durchgangsbohrungen 22 und 24 zur Aufnahme von Paßhülsen 25 und 26 abgestuft ausgebildet.

Der Zylinderkopf 3 besteht aus einem einteiligen Gußteil, das aus einem anderen Werkstoff hergestellt sein kann als der Nockenwellen-Lagerrahmen 6. Je Zylinder umfaßt der Zylinderkopf 3 einen Brennraum 27, zwei Einlaß- 28 und zwei Auslaßventile 29, von diesen abführende Einlaß- 30 und Aus­ laßkanäle 31 sowie einen über alle Zylinder durchgehenden Kühlwasserraum 32, der vom Steuerraum 15 getrennt ist. Ferner besitzt der Zylinderkopf 3 für jeden Zylinder eine zwischen den Einlaß- 28 und den Auslaßventilen 29 zentral in den Brennraum 27 ausmündende Einspritzdüsen-, Vorkammerhals- oder Zündkerzenbohrung.

Da die Nockenwellenlagerung vom Zylinderkopf 3 getrennt ist, können die Einlaß- 28 und Auslaßventile 29 mit kleinem Ventilwinkel geneigt zueinander angeordnet werden. Ebenfalls unabhängig von der Nockenwellenlagerung lassen sich die Zylinderkopfschrauben im Zylinderkopf-Grundkörper in Anzahl und Lage weitgehend frei plazieren.

Die Steuerung der Ein- 28 und Auslaßventile 29 erfolgt von den Nockenwellen 1 und 2 aus direkt über Tassenstößel 33 und 34, die in innerhalb des Steuerraumes 15 gelegenen Führungs­ gehäusen 35 und 36 eingesetzt sind. Infolge der Trennung von Nockenwellenlagerung und Zylinderkopf kann dessen bisher über den Lagergehäusen der Nockenwellen liegende Auflagefläche 37 für die Zylinderkopfhaube bis zur Oberkante der Führungs­ gehäuse 35 und 36 abgesenkt werden, wobei für eine gemeinsame Bearbeitung die Stützfläche 17 und die Auflagefläche 37 in einer Ebene liegen.

Zur Schmierölversorgung der einzelnen Lagergehäuse 4 a bis 5 e befindet sich in einem der Längsstege 7 oder 8 eine Längs­ bohrung 38, die über eine nicht dargestellte Zulaufbohrung an eine ölführende Bohrung im Zylinderkopf 3 angeschlossen ist. Von der Längsbohrung 38 aus zweigen im Bereich der einzelnen Querstege 10 bis 14 Ölkanäle 39 ab, welche in die Lagerunter­ schalen 40 und 41 der Lagergehäuse 4 a bis 5 e ausmünden.

Wie bereits ausgeführt, werden beide Nockenwellen 1 und 2 unabhängig vom Zylinderkopfgehäuse 3 vormontiert. Zur Sicherung der vormontierten Einbaulage beider Nockenwellen im Lagerrahmen 6, werden die Lagerdeckel jeweils über nur eine der drei Schraubbolzen 19 bis 21 gegen die Querstege 10 bis 14 verspannt. Um dabei eine möglichst gleichmäßige Druckverteilung auf beide Nockenwellen sicherzustellen, er­ folgt das Verspannen der Lagerdeckel gegen die Querstege über den mittig zwischen den Lagergehäusen angeordneten Schraubbolzen 20. Zu dem Zweck ist die Durchgangsbohrung 23 in den Querstegen 10 bis 14 mit einem Gewinde 42 versehen, in das nach Einlegen der Nockenwellen 1 und 2 in den Lager­ rahmen 6 und Aufsetzen der Lagerdeckel 9 die Schraubbolzen 20 eingedreht werden. Um den jeweils nach oben aus den Lager­ deckeln 9 vorstehenden Bolzenschaft wird sodann eine ge­ schlitzte Stützhülse 43 geschoben, über die nach Anziehen der Schraubbolzen 20 die Lagerdeckel 9 gegen die Querstege 10 bis 14 gespannt werden. Anschließend werden die Steuerräder an beide Nockenwellen 1 und 2 montiert und die Steuerzeiten eingestellt. Die so vorgefertigte Nockenwellenlagerung wird im Zylinderkopf 3 zunächst über die äußeren Schraubbolzen 19 und 21 befestigt. Danach werden die Stützhülsen 43 entfernt und die Schraubbolzen 20 in eine Gewindebohrung in der Quer­ wand 16 eingedreht.

Claims (10)

1. Vorrichtung zur Lagerung von zwei Nockenwellen im Zylinderkopf einer mehrzylindrigen Reihenbrennkraftmaschine mit insbesondere vier Ventilen je Zylinder, welche am Zylin­ derkopfgehäuse abgestützte Lagergehäuse umfaßt, die in von­ einander mit etwa gleichen Abständen entfernt liegenden Zylinderkopfquerebenen angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Lagergehäuse (4 a bis 5 e) zusammen mit Längs- (7, 8) und Querstegen (10 bis 14) einen vom Zylinderkopfgehäuse (3) getrennten Nockenwellen-Lagerrahmen (6) bilden, der mit dem Zylinderkopfgehäuse (3) verschraubbar ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lagergehäuse (4 a bis 5 e) jeweils innen an den Längs­ stegen (7, 8) angebracht sind.

3. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Querstege (10 bis 14) aus den in einer Zylinderkopf­ querebene liegenden und untereinander zu je einem Lager­ gehäusepaar verbundenen Lagergehäusen gebildet sind.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Lagergehäusepaare in einen Lagerdeckel (9) und ein den Quersteg (10 bis 14) bildendes Lagerunterteil geteilt sind, in dem Durchgangsbohrungen (22 bis 24) zum Einsatz von Schraubbolzen (19 bis 21) vorgesehen sind, über die der Lagerdeckel (9) am Lagerunterteil und gleichzeitig der Nockenwellen-Lagerrahmen (6) am Zylinderkopfgehäuse (3) verschraubbar ist.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Nockenwellen-Lagerrahmen (6) sich über die gesamte Länge des Zylinderkopfgehäuses (3) erstreckt, wobei die äußeren Querstege (10, 14) jeweils innen unmittelbar neben den stirnseitigen Gehäusewänden und die dazwischen liegenden Querstege (11 bis 13) jeweils zwischen den Zylindern ver­ laufen.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Nockenwellen-Lagerrahmen (6) aus einem Gußteil be­ steht, an dem die Unterseiten (18) der von den Lagergehäuse­ paaren gebildeten Querstege (10 bis 14) eben bearbeitet sind, die mittels der Schraubbolzen (19 bis 21) gegebenenfalls eben bearbeiteten Stützflächen (17) an zwischen den Zylindern verlaufenden Querwänden (16) des Zylinderkopfgehäuses (3) gespannt sind.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Stützflächen (17) der Querwände (16) und die Auf­ lageflächen (37) für die Zylinderkopfhaube in einer Ebene liegen.

8. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß zur Halterung der im Nockenwellen-Lagerrahmen (6) vor­ montierten Nockenwellen in jedem einzelnen Lagerunterteil eine der Durchgangsbohrungen (22 bis 24) mit einem Gewinde (42) versehen ist, in das einer der zur Befestigung des Nockenwellen-Lagerrahmens (6) am Zylinderkopfgehäuse vorge­ sehenen Schraubbolzen (19 bis 21) eingedreht ist, um dessen aus dem Lagerdeckel (9) nach oben vorstehenden Bolzenschaft eine geschlitzte Stützhülse (43) geschoben ist, die den Lagerdeckel (9) gegen das Lagerunterteil (Quersteg 10 bis 14) gedrückt hält.

9. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1, 4, und 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Gewinde (42) in der zwischen beiden Lagerunter­ schalen (40, 41) liegenden Durchgangsbohrung (23) vor­ gesehen ist.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß in den Längs- (7, 8) oder Querstegen (10 bis 14) Ölnuten (Längsbohrung 38) vorgesehen sind, von denen Öl­ kanäle (39) zu den Lagergehäusepaaren abgezweigt sind.