DE4318462A1 - Zylinderkopf für eine ventilgesteuerte Brennkraftmaschine - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Zylinderkopf für eine ven­ tilgesteuerte Brennkraftmaschine, bei dem zumindest einer der Gaswechselkanäle nahe seines Mündungsbereiches durch einen im Zylinderkopf befindlichen Einsatz gebildet ist und die Kanalöffnung mittels eines Tellerventils ver­ schließbar ist.

Ein derartiger Zylinderkopf ist mit DE-OS 33 27 948 be­ schrieben. Bei diesem bekannten Zylinderkopf wird eine keilförmige Verdichtungskammer dadurch gebildet, daß die Ventilteller einen wesentlichen Teil der Seitenflächen dieser Verdichtungskammer bilden. Da dadurch die Ventile nicht mehr von der Verdichtungskammer her eingesetzt wer­ den können, ist im Zylinderkopf zumindest eine Öffnung vorgesehen, die von außen durch die Seitenwand der Ver­ dichtungskammer führt. In die Öffnung ist von außen her ein Gehäuse abgedichtet eingesetzt, in dem ein steuer­ bares Ventil geführt ist und in dem der Ein- bzw. Auslaß­ kanal eingearbeitet ist.

Bei einem solchen Zylinderkopf ergeben sich erhebliche Probleme bei der Führung von Kühlmittelkanälen, da diese die Dichtungsfläche zwischen Zylinderkopf und eingesetz­ tem Gehäuse durchbrechen. Da das Gehäuse von außen her in den Zylinderkopf eingesetzt werden muß, bedarf es auch besonderer Vorkehrungen für die Steuerung des im Gehäuse eingesetzten Ventils, da die Ventilsteuerung zwangsläufig noch oberhalb des Ventilschaftes angeordnet werden muß.

Ein Motor mit einem solchen Zylinderkopf ist daher kom­ pliziert im Aufbau und teuer in der Fertigung. Funktio­ nelle Vorteile, die über die angestrebte Keilform des Brennraumes hinausgehen, können damit nicht erzielt wer­ den.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Zylin­ derkopf für eine ventilgesteuerte Brennkraftmaschine zu schaffen, bei dem zumindest die Mündungsbereiche der Gas­ wechselkanäle außerhalb des Zylinderkopfes herstellbar und in den Zylinderkopf einsetzbar sind, der Rumpf des Zylinderkopfes aber eine Einheit bleiben kann, so daß die Kühlmittelkanäle sowie die Ölkanäle in üblicher Weise in­ nerhalb eines Blockes verlaufen. Darüber hinaus setzt sich die Erfindung die Aufgabe, einen solchen Zylinder­ kopf einfacher und billiger herstellbar zu gestalten.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß der mündungsnahe Bereich jeweils eines oder mehrerer Gas­ wechselkanäle in einem zylindrischen oder kegligen bzw. prismatischen oder pyramidenförmigen sich mit seiner Längsachse in einer Ebene parallel oder deckungsgleich mit der Längsachse des bzw. der Gaswechselventile er­ streckenden in einer entsprechenden Bohrung des Rumpfes des Zylinderkopfes befindlichen Einsatz verläuft, wobei jeder mündungsnahe Bereich dieser Gaswechselkanäle seit­ lich in den Einsatz eintritt, an dessen zum Brennraum hin gerichteten Stirnseite austritt und zentrisch zu dieser Austrittsöffnung der Teller des Gaswechselventils ange­ ordnet ist.

Der Einsatz kann oberhalb des in ihm verlaufenden mün­ dungsnahen Bereichs des Gaswechselkanals rohrförmig um eine mit dem Rumpf des Zylinderkopfes verbundene Ventil­ führung angeordnet sein.

Damit kann mit dem Vorteil der exakten außerhalb des Zy­ linderkopfes bearbeitbaren Kanalführung im Mündungs­ bereich der Gaswechselkanäle die übliche und bewährte Ventilschaftführung sowie Ventilschaftabdichtung bekann­ ter Zylinderköpfe übernommen werden.

Der Einsatz kann aber auch oberhalb des in ihm verlaufen­ den mündungsnahen Bereiches des Gaswechselkanals eine Ventilführung bilden, wobei sich der Einsatz gegen einen die Ventilfeder tragenden Boden im Rumpf des Zylinder­ kopfes abstützt.

Bei einer solchen Ausführung ist die Ventilschaftführung in den Einsatz integriert. Durch richtige Auswahl von Werkstoffen kann somit eine optimale Reibpaarung an der Ventilschaftführung erreicht werden. Auch die Ventil­ schaftabdichtung kann dabei so mit dem Einsatz verbunden werden, daß infolge der besseren Montagemöglichkeit außerhalb des Zylinderkopfes Vorteile eintreten.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung kann der Einsatz oberhalb des in ihm verlaufenden mündungsnahen Bereichs des Gaswechselkanals eine Ventilführung bilden und mit seiner oberen Stirnseite die Ventilfedern tragen, wobei sich der Einsatz an einer umlaufenden Stufe der Bohrung im Rumpf des Zylinderkopfes abstützt.

Eine solche Ausführung der Erfindung ermöglicht es, den Einsatz und damit den genau bearbeiteten Mündungsbereich des Gaswechselkanals zusammen mit dem zugehörigen Gas­ wechselventil und dessen Ventilfedern einschließlich der Ventilschaftführung und Ventilschaftabdichtung außerhalb des Zylinderkopfes zu einem Ventilmodul vorzumontieren. Dieser Ventilmodul kann in einer spezialisierten Ferti­ gung vorbereitet werden, um dann bei der Montage des Zy­ linderkopfes mit dem Rumpf des Zylinderkopfes mit hoher Effektivität montiert werden zu können.

Zwischen den Dichtflächen des Tellers des Gaswechselven­ tils sowie dem Einsatz kann ein an sich bekannter Ventil­ sitzring angeordnet und im Rumpf des Zylinderkopfes ge­ halten sein.

Durch die Anordnung eines an sich bekannten Ventilsitz­ ringes, der bei einem vormontierten Ventilmodul zwischen Ventil und Einsatz im Modul mit einbezogen ist, kann auch bei schwierigem Motorbetrieb ein standfestes Dichtverhal­ ten der Ventile erreicht werden. Durch Auswahl geeigneter Werkstoffe für den Einsatz kann jedoch auch auf einen be­ sonderen Ventilsitzring verzichtet werden.

Nach einer weiteren Ausführungsform der Erfindung sind die mündungsnahen Bereiche mehrerer in einer Reihe be­ findlicher Gaswechselkanäle in einem gemeinsamen Einsatz angeordnet. In einem solchen Fall können auch die diese Gaswechselkanäle steuernden Gaswechselventile in dem Ein­ satz geführt sein. Ein solcher Einsatz kann auch mit den Gaswechselventilen als Modul vormontiert sein, wobei dann die Mittelachsen der Ventile unabhängig von der Mittel­ achse des Einsatzes angeordnet sein können.

Bei einem solchen Zylinderkopf können z. B. bei Anordnung von zwei Einlaßventilen pro Zylinder beide Einlaßventile von einem Einsatz umgeben sein. Diese beiden Einlaßven­ tile können parallel zueinander angeordnet sein, sie kön­ nen aber auch einen Winkel miteinander einschließen. Es ist auch möglich, bei einer solchen Ausführungsart der Erfindung den Einsatz mit den in ihm verlaufenden mün­ dungsnahen Bereichen mehrerer Gaswechselkanäle und den dazugehörigen Gaswechselventilen einschließlich der zuge­ hörigen Ventilfedern als Modul außerhalb des Zylinder­ kopfes vorzumontieren und dann als Ganzes in den Rumpf des Zylinderkopfes einzusetzen.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind nachstehend an­ hand von Zeichnungen näher beschrieben.

Die Fig. 1 bis 3 zeigen jeweils einen erfindungsgemäßen Zylinderkopf im Schnitt, wobei die Einsätze und die Ven­ tilschaftführungen unterschiedlich ausgestaltet sind. Der Rumpf 1 des Zylinderkopfes ist im Bereich zweier Gaswech­ selkanäle 2 und 3 geschnitten. Der Gaswechselkanal 2 ist in üblicher Weise über die gesamte Länge vom Rumpf 1 ge­ bildet, also mit den üblichen gußtechnischen Toleranzen behaftet. Der Gaswechselkanal 3 dagegen ist nur in seinem oberen gerade verlaufenden Bereich 4 vom Gußteil des Rumpfes 1 gebildet, während der untere mündungsnahe Be­ reich 5 in einem Einsatz 6 verläuft, welcher als zylin­ drisches Teil in einer zylindrischen im Rumpf 1 des Zy­ linderkopfes vorgesehenen, koaxial zur Längsachse eines den Gaswechselkanal 3 steuernden Gaswechselventils 7 ver­ laufenden Bohrung angeordnet ist. Dabei tritt der Gas­ wechselkanal 3 seitlich in den Einsatz 6 ein und an der zum Brennraum 8 der Brennkraftmaschine gerichteten Stirn­ seite 9 des Einsatzes 6 wieder aus.

Bei der Ausführung nach Fig. 1 ist der Einsatz 6 oberhalb des in ihm verlaufenden Teils des Gaswechselkanals 3 rohrförmig ausgebildet. Dieser rohrförmige Teil 10 um­ fängt die vom Rumpf 1 des Zylinderkopfes gebildete Auf­ nahme 11 der Ventilschaftführungsbüchse 12. Eine obere Kante 13 des Einsatzes 6 liegt an einem Boden 14 zwischen der den Einsatz 6 aufnehmenden Bohrung sowie dem Ölraum 15 des Zylinderkopfes an. Die äußere Kante 16 der Stirn­ seite 9 des Einsatzes 6 ist bei diesem Ausführungsbei­ spiel durch einen Ventilsitzring 17 abgedeckt, an dem bei geschlossenem Gaswechselventil 7 der Ventilteller an­ liegt. Der Ventilsitzring 17 ist in üblicher Weise im Rumpf 1 des Zylinderkopfes eingeschrumpft. Bei einem sol­ chen Zylinderkopf kann der Gaswechselkanal 3 in seinem gerade verlaufenden Bereich 4 durch einen einfach geform­ ten Gußkern hergestellt werden. Bei Erfordernis kann die­ ser Bereich 4 auch relativ einfach spangebend nachgear­ beitet werden. Der mündungsnahe Bereich 5 des Gaswechsel­ kanals 3 kann zusammen mit dem Einsatz 6 außerhalb des Zylinderkopfes gefertigt werden, indem z. B. der Einsatz 6 als Metallsinterteil oder Keramikteil ausgeführt ist. Damit kann auch der mündungsnahe Bereich 5 des Gaswech­ selkanals 3 auf kostengünstige Art genau gefertigt wer­ den. Die Bohrung zur Aufnahme des Einsatzes 6 im Rumpf 1 des Zylinderkopfes ist relativ einfach von der Seite des Brennraumes 8 her zusammen mit der Aufnahme für den Ven­ tilsitzring 17 bearbeitbar.

Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 bildet der Einsatz 6′ auch die Ventilschaftführung 12′, so daß das den Rumpf 1 des Zylinderkopfes bildende Gußteil einfacher gestaltet werden kann und auch die Montage des Zylinderkopfes ver­ einfacht wird. Hier bildet der Einsatz 6′ auch den Ven­ tilsitz, so daß auf einen gesonderten Ventilsitzring ver­ zichtet werden kann.

Bei einem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 3 wird eine wei­ tere Vereinfachung insbesondere für die Montage des Zy­ linderkopfes erreicht. Der Einsatz 6′′ ragt mit seiner oberen Stirnseite 18 bis zum Ölraum 15, während sich eine obere Kante 13′ an einer Stufe 19 der Bohrung zur Auf­ nahme des Einsatzes 6′′ abstützt. Damit kann sich die Ventilfeder 20 unmittelbar auf dem Einsatz 6′′ abstützen und der Einsatz 6′′ kann zusammen mit dem Gaswechselven­ til 7, der Ventilfeder 20, dem Federteller 21 mit den Fe­ dertellerkeilen 22 sowie einer nicht dargestellten Ven­ tilschaftabdichtung vormontiert in die Bohrung im Rumpf 1 des Zylinderkopfes eingepreßt werden. Es ist so möglich, zusammen mit dem mündungsnahen Bereich 5 eines Gaswech­ selkanals 3 einen vormontierten Ventilmodul bereitzustel­ len, welcher den Fertigungsaufwand bei der Montage des Zylinderkopfes gegenüber den vorher beschriebenen Ausfüh­ rungen weiter reduziert. Bei einem solchen Ventilmodul kann selbstverständlich auch ein separater Ventilsitzring vorgesehen sein, der dann bei der Vormontage zwischen Gaswechselventil 7 und Einsatz 6′′ eingelegt wird. Der Ventilsitz kann jedoch auch vom Einsatz 6′′ gebildet sein.

Ein Einsatz 6, 6′, 6′′ nach der Erfindung wird insbeson­ dere bei Einlaßkanälen angewendet werden; er ist aber ebenso bei Auslaßkanälen anwendbar, so daß ein Zylinder­ kopf nach der Erfindung sowohl mit jeweils einem Einsatz 6, 6′, 6′′ an einem oder an mehreren Einlaßkanälen, an einem oder an mehreren Auslaßkanälen oder sowohl an Ein­ laß als auch an Auslaßkanälen ausführbar ist.

Für die Erfindung sind eine Vielzahl weiterer Ausfüh­ rungsbeispiele denkbar, indem z. B. zwei mündungsnahe Be­ reiche von getrennten Einlaßkanälen eines Zylinders in einem prismatisch gestalteten Einsatz angeordnet sind, in dem dann auch noch die dazugehörigen beiden Gaswechsel­ ventile mit ihren Ventilfedern vormontiert sein können.

Weitere Varianten ergeben sich dadurch, daß der Einsatz kegelförmig ausgeführt ist. Damit kann die Menge des ge­ genüber dem Rumpfmaterial wertvolleren Materials für den Einsatz reduziert werden.

Die Erfindung schafft die Voraussetzungen, einen Zylin­ derkopf mit relativ einfachen Mitteln so zu fertigen, daß der Ladungswechselwirkungsgrad als Faktor des Gesamtwir­ kungsgrades einer Brennkraftmaschine durch hohe strö­ mungstechnische Güte der Ladungswechselkanäle auch im schwierigen Übergang zwischen gerade verlaufendem Kanal­ abschnitt und Ventilsitz einen guten Wert erreicht. Dabei können für die Fertigung des gesamten Kanalverlaufs Ur­ formverfahren eingesetzt werden, d. h. die Fertigung kann mit geringen Kosten erfolgen, da keine manuelle mechani­ sche Nacharbeit im Kanalverlauf erforderlich ist. Der Einsatz 6, 6′, 6′′ kann als Sinterteil hergestellt wer­ den, wobei in an sich bekannter Weise ein Gradientenwerk­ stoff Verwendung finden kann, mit dem im Bereich des Ven­ tilsitzes hohe Härte und im Bereich der Ventilführung gute Lagereigenschaften realisiert werden können.

Claims (6)

1. Zylinderkopf für eine ventilgesteuerte Brennkraft­ maschine, bei dem zumindest einer der Gaswech­ selkanäle im mündungsnahen Bereich durch einen im Zylinderkopf befindlichen Einsatz gebildet ist und die Kanalöffnung mittels eines als Tellerventil aus­ gebildeten Gaswechselventils verschließbar ist, da­ durch gekennzeichnet, daß der mündungsnahe Bereich (5) jeweils eines oder mehreren Gaswechselkanäle (3) in einem zylindrischen oder kegligen bzw. prismati­ schen oder pyramidenförmigen sich mit seiner Längsachse in einer Ebene parallel oder deckungs­ gleich mit der Längsachse des bzw. der Gaswechsel­ ventile (7) erstreckenden in einer entsprechenden Bohrung des Rumpfes (1) des Zylinderkopfes befind­ lichen Einsatz (6, 6′, 6′′) verläuft, wobei jeder mündungsnahe Bereich (5) dieser Gaswechselkanäle (3) seitlich in den Einsatz (6, 6′, 6′′) eintritt und an dessen zum Brennraum (8) hin gerichteten Stirnseite (9) austritt, wobei zentrisch zu dieser Austritts­ öffnung der Teller des Gaswechselventils (7) ange­ ordnet ist.

2. Zylinderkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß der Einsatz (6) oberhalb des in ihm verlau­ fenden mündungsnahen Bereiches (5) des Gaswechsel­ kanals (3) rohrförmig um eine mit dem Rumpf (1) des Zylinderkopfes verbundene Ventilführung (12) ange­ ordnet ist.

3. Zylinderkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß der Einsatz (6′) oberhalb des in ihm ver­ laufenden mündungsnahen Bereiches (5) des Gaswech­ selkanals (3) eine Ventilführung (12′) bildet, wobei sich der Einsatz (6′) gegen einen Boden (14) im Rumpf (1) des Zylinderkopfes abstützt.

4. Zylinderkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß der Einsatz (6′′) oberhalb des in ihm ver­ laufenden mündungsnahen Bereiches (5) des Gaswech­ selkanals (3) eine Ventilführung (12′) bildet und mit seiner oberen Stirnseite (18) die Ventilfeder (20) trägt, wobei sich der Einsatz (6′′) an einer umlaufenden Stufe (19) der Bohrung im Rumpf (1) des Zylinderkopfes abstützt.

5. Zylinderkopf nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß zwischen den Dichtflächen des Tellers des Gaswechselventils (3) sowie dem Einsatz (6, 6′, 6′′) ein Ventilsitzring (17) angeordnet und im Rumpf (1) des Zylinderkopfes gehalten ist.

6. Zylinderkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß in einem Einsatz mehrere mündungsnahe Be­ reiche von in einer Reihe angeordneten Gaswech­ selkanälen verlaufen.