DE3841355C2 - Verfahren zur Hubraumvergrößerung einer ventilgesteuerten Hubkolben-Brennkraftmaschine - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Hubraumvergrößerung einer ventilgesteuerten Hubkolben-Brennkraftmaschine entsprechend dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Eine derartige ventilgesteuerte Hubkolben-Brennkraftmaschine ist zum Beispiel aus der DE 28 38 681 A1 bekannt. Diese Brennkraftmaschine weist einen Zylinderblock und einen Zylinderkopf auf. Der Zylinderblock ist dabei mit einer Anzahl von in Reihe angeordneten Zylinderbohrungen ausgestattet und der Zylinderkopf weist für jede dieser Zylinderbohrungen einen Brennraum auf, an den eine Zünd- oder Einspritzeinrichtung sowie eine Ladungswechseleinheit angrenzen. Dabei sind die Zylinderbohrun­ gen wie auch die Ladungswechseleinheiten benachbarter Zylinder jeweils in gleichen äquidistanten Abständen zueinander angeordnet.

In der Praxis besteht häufig die Aufgabe, zur Erzielung einer Leistungs- und Drehmomentsteigerung einer bestehenden Brennkraftmaschine deren Hubraum zu vergrößern. Wenn es, beispielsweise im Hinblick auf den verfügbaren Bauraum, nicht möglich ist, die Anzahl der Zylinder zu vergrößern, bleibt nur die Möglichkeit, den Durchmesser der Zylinder­ bohrungen und den Kolbenhub zu vergrößern. Hinsichtlich der Vergröße­ rung des Durchmessers der Zylinderbohrungen sind jedoch durch die erforderliche Mindestbreite des Steg es zwischen benachbarten Zylindern Grenzen gesetzt. Ist diese Mindeststegbreite erreicht, so führt eine Ver­ größerung der Durchmesser der Zylinderbohrungen zwangsläufig zu einer Verlängerung des Zylinderblocks und damit auch zu einer entsprechen­ den Verlängerung des Zylinderkopfes wobei die Abstände zwischen den Brennräumen und den Ladungswechseleinheiten benachbarter Zylinder entsprechend der Vergrößerung des Abstandes zwischen den Längs­ mittelachsen benachbarter Zylinderbohrungen vergrößert werden. Dies hat eine erhebliche konstruktive Änderung des Zylinderkopfes und der daran angeschlossenen Teile, wie Saugrohr und Auspuffkrümmer, sowie der Nockenwelle(n) und ihrer Lagerungen zur Folge. Der dadurch beding­ te Investitionsaufwand für die Fertigung ist erheblich, und zwar insbeson­ dere hinsichtlich der Fertigungseinrichtungen für die Bearbeitung der Ventilsitze, Ventilführungen, Tassenstößelführungen, Nockenwellenlager­ stellen usw., sowie der Nockenwellen selbst und deren Antrieb.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einer ventilgesteuerten Hubkolben-Brennkraftmaschine eine Hubraumvergrößerung mit einem möglichst geringem fertigungstechnischen Aufwand zu ermög­ lichen.

Diese Aufgabe wird bei einer gattungsgemäßen Einrichtung durch die im Kenn­ zeichen des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Bei dem erfindungsgemäßen Vorschlag sind die Ladungs­ wechseleinheiten nicht in allen Zylindern an der gleichen Stelle in Bezug auf die Längsmittelachse der betreffenden Zylinderbohrung angeordnet, sondern in Längsrichtung des Zylinderkopfes mehr oder weniger versetzt. Die Größe dieses Versatzes ist naturgemäß durch die Forderung nach Unterbringung der Gaswechselöffnungen begrenzt. Diese unübliche unsymmetrische Anordnung der Gaswechselein­ heiten in den zugehörigen Zylindern für der vergleichs­ weisen kleinen Versätze wegen nur zu tendenziellen Unter­ schieden im Ladungswechsel- und Verbrennungs-Verhalten. Wesentlich ist jedoch, daß durch den erfindungsgemäßen Vorschlag für Brennkraftmaschinen, bei denen eine Hub­ raumvergrößerung durch Vergrößerung der Zylinderabstände und dadurch ermöglichte Vergrößerung der Zylinderdurch­ messer durchgeführt wird, die gleichen Einrichtungen zur Bearbeitung des Zylinderkopfes eingesetzt werden können. Es kann lediglich erforderlich werden, bei Änderung der Ventildurchmesser andere Werkzeuge mit entsprechendem Durchmesser zu verwenden. Die Lage der Ladungswechselein­ heiten und deren Antrieb bleibt jedoch unverändert. Da­ durch ist der Investitionsaufwand bei einer Hubraumver­ größerung einer bestehenden Brennkraftmaschine ver­ ringert.

Die Brennräume im Zylinderkopf können, wie üblich symme­ trisch zu den Ladungswechseleinheiten oder auch symme­ trisch zu den Längsmittelachsen der Zylinderbohrungen ausgebildet sein, wobei im letzteren Fall die Gaswechsel­ öffnungen in Längsrichtung des Zylinderkopfes verschoben im Brennraum angeordnet sind.

Die Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 einen Längsschnitt des Zylinderblocks und des Zylinderkopfes einer Vierzylinder-Brennkraft­ maschine oder einer Zylinderbank einer V8-Brenn­ kraftmaschine gemäß dem Stand der Technik entlang Linie 1-1 in Fig. 2 in schematischer Darstellung,

Fig. 2 eine Ansicht des Zylinderkopfes der Brennkraft­ maschine von Fig. 1 von unten,

Fig. 3 einen Schnitt der Zylinderbank von Fig. 1 mit vergrößertem Zylinderabstand zur Ermöglichung einer Hubraumvergrößerung,

Fig. 4 einen Schnitt entlang Linie 4-4 in Fig. 5 einer Zylinderbank mit einer bevorzugten Anordnung der Zylinder gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung, und

Fig. 5 eine Ansicht des Zylinderkopfes der Zylinderbank von Fig. 4 von unten.

In den Fig. 1 und 2 ist eine Zylinderbank, bestehend aus Zylinderblock 1 und Zylinderkopf 2, in konventioneller An­ ordnung der Zylinder und Gaswechseleinheiten dargestellt. Der Zylinderblock 1 enthält im Ausführungsbeispiel vier Zylinderbohrungen 3, die durch Stege 4 voneinander ge­ trennt sind. Im Zylinderkopf 2 ist für jede Zylinderboh­ rung ein Brennraum 5 vorgesehen, der aus Gründen der ein­ facheren Darstellung als Grundfläche einen Kreis mit einem dem Zylinderdurchmesser D entsprechenden Durchmesser hat. Jeder Brennraum 5 weist im Ausführungsbeispiel eine Zünd­ kerzenöffnung Z sowie zwei Einlaßventilöffnungen 6 und zwei Auslaßventilöffnungen 7 auf, an die sich in Fig. 2 nur bei dem rechten äußeren Zylinder angedeutete Einlaß- und Auslaßkanäle 6a bzw. 7a anschließen und die von Ein­ laßventilen 8 bzw. Auslaßventilen 9 beherrscht sind. Die Einlaß- und Auslaßventile 8, 9 werden in üblicher Weise durch nicht gezeigte, im Zylinderkopf 2 gelagerte Nocken­ wellen betätigt.

Für die folgende Betrachtung werden die Einlaßöffnungen 6, die Auslaßöffnungen 7, die Einlaßventile 8, die Auslaß­ ventile 9 und die zugehörigen Steuerelemente für jeden Zylinder als eine Ladungswechseleinheit bezeichnet. Der Abstand zwischen den senkrecht zur Längsachse L des Zylin­ derkopfes 2 verlaufenden Symmetrieebenen 10 der Ladungs­ wechseleinheiten benachbarter Zylinder ist für alle Zylinder gleich und mit A bezeichnet. Da die Mittelachsen M der Zylinderbohrungen 3 in diesen Symmetrieebenen 10 liegen, beträgt der Abstand zwischen benachbarten Zylinderbohrungen ebenfalls A.

Besteht die Aufgabe, bei einer bestimmten Hubkolben-Brenn­ kraftmaschine gemäß den Fig. 1 und 2 den Hubraum zu ver­ größern, so bietet sich hierzu unter anderem die Ver­ größerung des Durchmessers D durch Aufbohren der Zylin­ derbohrungen 3 an. Ist jedoch die kleinste zulässige Breite s der Stege 4 zwischen den Zylinderbohrungen 3 erreicht, so kann eine weitere Hubraumvergrößerung durch Vergrößerung des Durchmessers nur bewerkstelligt werden, wenn die Zylinderabstände, wie in Fig. 3 dargestellt, auf einen Wert A1 vergrößert werden. Dies ermöglicht unter Beibehaltung der zulässigen Mindeststegbreite s eine Ver­ größerung der Durchmesser der Zylinderbohrungen 3 auf den Wert D1. Wenn nun in konventioneller Weise die Ladungs­ wechseleinheiten der einzelnen Zylinder symmetrisch zu den zugehörigen Zylinderbohrungen 3 angeordnet werden, wie dies in Fig. 3 dargestellt ist, so hat dies erhebliche konstruktive Änderungen des Zylinderkopfes 2 zur Folge und es ist ein hoher Investitionsaufwand für die Fertigungs­ einrichtungen des Zylinderkopfes erforderlich, da sich der Abstand zwischen den Ladungswechseleinheiten benachbarter Zylinder von dem Wert A in den Fig. 1 und 2 auf den Wert A1 in Fig. 3 vergrößert hat.

In den Fig. 4 und 5 ist nur eine Möglichkeit aufgezeigt, wie sich eine Hubraumvergrößerung durch Vergrößerung der Durchmesser der Zylinderbohrungen 3 mit wesentlich ge­ ringerem Investitionsaufwand verwirklichen läßt. Zwar wird hier wie bei der Ausführung gemäß Fig. 3 ein größerer Zylinderabstand A1 und der dadurch ermöglichte größere Zylinderdurchmesser D1 festgelegt, jedoch werden die bei dem Zylinderkopf gemäß den Fig. 1 und 2 festgelegten Abstände A zwischen den Ladungswechseleinheiten benachbarter Zylinder beibehalten. Dadurch kommen, wie insbesondere aus Fig. 5 ersichtlich ist, die Ladungswechseleinheiten in eine in Bezug auf die Längsmittelachse M ihrer Zylinder unsymmetrische Lage. Durch die Beibehaltung des Abstandes A zwischen den Ladungswechseleinheiten benachbarter Zylinder kann die gleiche Fertigungsstraße für die Be­ arbeitung des Zylinderkopfes verwendet werden, wie bei der Ausführung gemäß den Fig. 1 und 2, von der ausgegangen wurde.

Wie aus den Fig. 4 und 5 ersichtlich ist, sind alle Ladungs­ wechseleinheiten gegenüber den Längsmittelachsen der zu­ gehörigen Zylinderbohrungen in Längsrichtung des Zylinder­ kopfes versetzt. Dadurch wird die Differenz zwischen den Zylinderabständen A1 und den Abständen A auf alle Zylinder aufgeteilt. Würde bei einem Zylinder die Längsmittelachse M der Zylinderbohrung in der Symmetrieebene 10 der zuge­ hörigen Ladungswechseleinheit liegen, so würde sich für den von diesem Zylinder am weitesten entfernten Zylinder ein so großer Versatz ergeben, daß die Unterbringung von Ein- und Auslaßöffnungen mit der gleichen Größe wie bei den anderen Zylindern nicht mehr möglich wäre.

Claims (2)

1. Verfahren zur Hubraumvergrößerung einer ventilge­ steuerten Hubkolben-Brennkraftmaschine mit minde­ stens einem Zylinderblock, der eine Mehrzahl von Zylinderbohrungen enthält, deren Längsmittelachsen in gleichen Abständen voneinander angeordnet sind, und einem Zylinderkopf, der für jede Zylinderbohrung einen Brennraum mit Zünd- oder Einspritzeinrichtung und eine Ladungswechseleinheit, bestehend aus Einlaß- und Aus­ laßöffnungen und -kanälen sowie diese beherrschenden Einlaß- und Auslaßventilen und den zugehörigen Ventil­ steuerungen, aufweist, wobei gleiche Abstände zwischen Ladungswechseleinheiten benachbarter Zylinder vorge­ sehen sind, dadurch gekennzeichnet, daß unter Beibehaltung der Abstände zwischen den Ladungswechseleinheiten benachbarter Zylinder und unter Beibehaltung der Stegbreiten zwischen benach­ barten Zylinderbohrungen der Abstand zwischen den Längsmittelachsen benachbarter Zylinderbohrungen ver­ größert wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß alle Ladungswechseleinheiten gegenüber den Längsmittel­ achsen der zugehörigen Zylinderbohrungen in Längs­ richtung des Zylinderkopfes versetzt werden.