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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine
mit einem Zylinderblock, der zumindest einen Zylinder
aufweist, und einer Zylinderkopfanordnung, die einen unteren
Abschnitt, befestigt an dem Zylinderblock, und einen oberen
Abschnitt, verbunden mit dem unteren Abschnitt, und die eine
Nockenwellenanordnung lagert, aufweist, und mit einer
Nockenwellen-Antriebseinrichtung zur Betätigung einer
Mehrzahl von Ventilen für jeden Zylinder des Zylinderblocks,
wobei die Nockenwellenanordnung zwei parallele Nockenwellen
zur Betätigung der Einlaß- und Auslaßventile des Motors
aufweist, wobei der untere Abschnitt der Zylinderkopfanordnung
eine flache untere Oberfläche aufweist, die zur Abdichtung
mit einer oberen Oberfläche des Zylinderblocks vorgesehen
ist, und mit einer Zylinderkopf-Befestigungseinrichtung, die
eine Mehrzahl von Befestigungselementen aufweist, die
vorgesehen sind, um den Zylinderkopf an dem Zylinderblock zu
befestigen.
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Es ist bekannt, daß die Leistung einer Brennkraftmaschine
verbessert werden kann, indem hängende Ventile und direkte
Ventilsteuerung durch obenliegende Nockenwellen eingesetzt
werden. Bei vielen Hochleistungsmotoren wird darüber hinaus
eine Vielzahl von Einlaß- und Auslaßventilen sowie eine
Vielzahl von Nockenwellen eingesetzt. Obwohl derartige
Konstruktionen die Leistung des Motors erhöhen, wird durch sie
auch der Aufbau des Zylinderkopfes und insbesondere die Art
und Weise, auf die er am Zylinderblock angebracht werden
kann, erheblich komplizierter. Es ist natürlich
außerordentlich wichtig, zu gewährleisten, daß der Zylinderkopf
gleichmäßig am Zylinderblock um die Zylinderbohrung herum
festgeklemmt ist, um Dichtungsfehler und Undichtigkeiten zu
vermeiden. Dieses Problem wird jedoch besonders akut, wenn
obenliegende Nockenwellen eingesetzt werden. Das heißt, die
Anbringung der Haltebefestigungselemente für den
Zylinderkopf kann aufgrund des Einsatzes von obenliegenden
Nockenwellen betroffen sein.
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Zusätzlich zu den aufgeführten Problemen werden beim Einsatz
von obenliegenden Nockenwellen häufig die
Befestigungselemente für den Zylinderkopf am Zylinderblock innerhalb der
Nockenabdeckung des Motors angebracht. Das heißt, daß die
Nockenabdeckung entfernt werden muß, um Zugang zu den
Befestigungselementen zu erhalten. Darüber hinaus ist es
häufig erforderlich, Teile des Ventilgetriebes (valve train)
zu entfernen, um Zugang zu dem Befestigungselement zu
erhalten. Zusätzlich zu dem erhöhten Arbeitsaufwand, der durch
derartige Montageverfahren verursacht wird, besteht darüber
hinaus die Gefahr, daß bei der Wartung der
Zylinderkopf-Befestigungselemente Fremdstoffe in das Ventil eindringen
können und schließlich zu Beschädigungen oder Verschleiß
führen. Da es häufig so ist, daß die Zylinderköpfe nach einer
bestimmten Laufzeit nach Umbauten neu angezogen werden
müssen, sind die Probleme nicht unerheblich.
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Aus FR-A2 527 270 ist das Verfahren der Befestigung des
Zylinderkopfes am Zylinderblock mittels Schraubenbolzen
bekannt, die seitwärts vorstehende Flanschabschnitte des
Zylinderkopfes durchdringen. Diese Schraubbolzen verlaufen
nahe an einer Zylinderlaufbuchse des Zylinderblocks. Im
allgemeinen muß die Befestigungskonstruktion eine Vielzahl
weiterer Anforderungen in sich vereinen, wie beispielsweise die
Kühlung der Zylinderkopf-/Zylinderblockanordnung sowie die
Wartung und Montage des Motors, wobei gleichzeitig
ausreichende Steifigkeit und Festigkeit des Zylinderkopfes
gewährleistet sein muß, um einer ausgewählten
Nockenwellenlagerkonstruktion ausreichende Lagerfähigkeit zu verleihen.
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Eine Brennkraftmaschine, wie sie im Oberbegriff von Anspruch
1 dargestellt ist, ist aus EP-A-0 098 180 bekannt, wobei sie
zu einer vergrößerten Breite des Zylinders des DOHC-Motors
führt. Darüber hinaus sind die Befestigungsschrauben nicht
leicht zugänglich, weshalb eine weitere Verbesserung
derartiger Motoren erforderlich ist.
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Dementsprechend besteht eine Aufgabe der vorliegenden
Erfindung darin, eine verbesserte Brennkraftmaschine, wie sie
oben dargestellt ist, zu schaffen, die eine
Zylinderkopfkonstruktion aufweist, die es ermöglicht, den Zylinderkopf an
dem Block zu befestigen, ohne daß die Entfernung
irgendwelcher Bauteile des Ventilgetriebes erforderlich ist, und ohne
daß Zugang der Befestigungselemente durch die
Ventilabdeckung erforderlich ist.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung wird die Aufgabe mit einer
Verbrennungskraftmaschine des in dem Oberbegriffsabschnitt
von Anspruch 1 dargestellten Typs gelöst, die dadurch
gekennzeichnet ist, daß der obere, die Nockenwelle lagernde
Abschnitt und der untere, den Zylinderkopf befestigende
Abschnitt des Zylinderkopfes einstückig über einen verengten
Zwischen-Rippenabschnitt miteinander verbunden sind, der im
Querschnitt eine geringere Breite aufweist, als jeweils die
oberen und unteren Abschnitte, so daß seitlich zugängliche,
offene Ausnehmungen oberhalb der
Zylinderkopf-Befestigungseinrichtung gebildet sind, wobei diese Ausnehmungen im
wesentlichen unter den Nockenwellen-Lagerungsbereichen des
oberen Abschnitts angeordnet sind und gestatten, die
Zylinderkopf-Befestigungseinrichtung zwischen den oberen und
unteren Abschnitten des Zylinderkopfes zu betätigen, wobei die
Befestigungselemente seitlich nach außen in bezug auf die
Nockenwellen versetzt angeordnet sind.
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Im folgenden wird die vorliegende Erfindung ausführlicher
anhand einer Ausführung derselben im Zusammenhang mit den
beigefügten Zeichnungen beschrieben, wobei:
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Fig. 1 ein Teilschnitt durch eine gemäß einer Ausführung
der vorliegenden Erfindung gebaute
Verbrennungskraftmaschine
im allgemeinen entlang der Linie I-I
in Fig. 2 ist.
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Fig. 2 eine Draufsicht auf die Zylinderkopfanordnung ist,
wobei die Nockenabdeckung entfernt ist.
Ausführliche Beschreibung der bevorzugten Ausführung der
Erfindung
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In den Zeichnungen bezeichnet das Bezugszeichen 11 im
allgemeinen eine Brennkraftmaschine, die gemäß einer Ausführung
der Erfindung gebaut ist. Da die Erfindung hauptsächlich die
Zylinderkopfanordnung hinsichtlich der Art und Weise ihrer
Anbringung an dem Block betrifft, ist nur dieser Teil des
Motors dargestellt. In allen anderen Aspekten kann davon
ausgegangen werden, daß der Motor 11 vom herkömmlichen Typ
ist. Darüber hinaus wird die Erfindung anhand eines Teils
eines Zylinders eines Reihenmotors dargestellt. Es versteht
sich jedoch, daß die Erfindung auch bei Zylinderköpfen für
andere Motoren als Reihenmotoren und für Motoren mit einer
beliebigen Anzahl von Zylindern eingesetzt werden kann.
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Der Zylinderblock ist allgemein mit dem Bezugszeichen 12
gekennzeichnet, und ist mit einer Vielzahl von in
Längsrichtung beabstandeten Zylinderbohrungen (nicht dargestellt)
versehen, die sich durch eine Oberseite 13 des
Zylinderblocks 12 hindurch öffnen. Eine Zylinderkopfanordnung, die
allgemein mit dem Bezugszeichen 14 bezeichnet ist, ist auf
eine weiter unten beschriebene Art und Weise befestigt,
wobei eine Unterseite 15 eines unteren Abschnitts 16 derselben
in dichtendem Kontakt mit einer Dichtung 17 ist, die sich
zwischen dem Zylinderblock 12 und dem Zylinderkopf 14
befindet und der Abdichtung dient. Die Unterseite 15 des
Zylinderkopfabschnitts 16 kann auch mit Ausnehmungen versehen
sein, die mit den Zylinderbohrungen und sich darin hin- und
herbewegenden Kolben zusammenwirken, um so die
Verbrennungsräume
des Motors zu bilden. Teller-Einlaß- und Auslaßventile
(nicht dargestellt) steuern den Strom von Gasen in diese
Verbrennungsräume und aus ihnen heraus über entsprechende
Einlaß- und Auslaßkanäle, die entsprechende Öffnungen 17 an
einander gegenüberliegenden Seiten des Zylinderkopfes 14
aufweisen. Es können je nach Wunsch entweder ein
Einlaßventil und ein Auslaßventil für jede Zylinderbohrung vorhanden
sein, oder mehrere Ventile.
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Diese Ventile werden durch Nocken 18 und 19 betätigt, die
auf Nockenwellen 20 bzw. 21 ausgeformt sind. Diese
Nockenwellen 20 und 21 sind in einem oberen Abschnitt 22 der
Zylinderkopfanordnung 14 auf weiter unten beschriebene Weise
gelagert. Es ist anzumerken, daß der obere Abschnitt 22 über
einen Mittelabschnitt 23, der in dem in Fig. 1 dargestellten
Schnitt eine geringere Breite aufweist als der obere und der
untere Abschnitt 22 bzw. 16, integral mit dem unteren
Abschnitt 16 verbunden ist. Dies führt zu einer im allgemeinen
I-artigen Form der Zylinderkopfanordnung, wodurch
Ausnehmungen 24 gebildet werden, die sich unterhalb der Nockenwellen
20 und 21 befinden und einem weiter unten beschriebenem
Zweck dienen.
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Der obere Abschnitt 22 des Zylinderkopfes ist mit einer im
allgemeinen konkaven Ausnehmung 25 versehen, in der sich der
Ventilbetätigungsmechanismus, der aus den Nockenwellen 20
und 21 besteht, befindet. Entsprechende Lagerungsabschnitte
26 und 27, die in dieser Ausnehmung 25 ausgeformt sind,
lagern die Nockenwellen 19 bzw. 21. Jeder Lagerungsabschnitt
26 und 27 besteht aus einer entsprechenden unteren
Lagerungsfläche 28 und 29, die direkt in dem
Zylinderkopfmaterial ausgeformt ist und so eine Hälfte der Lager für die
Nockenwellen 20 und 21 bildet. Eine Vielzahl von
Abstandslagerdeckeln (space bearing caps) 31 bzw. 32 sind auf den
Zylinderkopf-Lagerungsabschnitten 28 und 29 mittels mit
Gewinde versehener Befestigungselemente, wie beispielsweise
Schrauben 33 oder Schraubenbolzen-und-Mutter-Gruppen,
befestigt.
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Die Kammer 25, in der sich der beschriebene
Ventilbetätigungsmechanismus befindet, ist mittels einer Abdeckplatte 34
abgedeckt, die auf geeignete Weise an dem Zylinderkopf 14
befestigt ist.
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Am vorderen Ende des Zylinderkopfes 14 befindet sich eine
Ausnehmung 35, die durch eine aufrechtstehende Vorderwand 36
begrenzt wird. Diese Ausnehmung wird auf ihrer Rückseite
durch eine aufrechtstehende Wand 37 begrenzt und enthält den
Mechanismus zur Bewegung der Nockenwellen 20 und 21 in
zeitgesteuerter Beziehung. Zu diesem Mechanismus gehört ein Paar
Steuerzahnräder 38 und 39, die auf bekannte Weise an den
Nockenwellen 20 und 21 angebracht sind. Diese
Steuerzahnräder 38 und 39 sind mit einem weiteren Zahnrad 41
in Eingriff, das auf einer Welle 42 gelagert ist, die durch
die Vorderwand 36 des Zylinderkopfes 14 verläuft. Es sei
angemerkt, daß das Übersetzungsverhältnis zwischen dem
Zahnrad 41 und den Zahnrädern 38 und 39 entweder 1 : 1
betragen kann, oder ein anderes Übersetzungsverhältnis als 1 : 1
sein kann, um ein gewünschtes Zeitsteuerungsverhältnis
zwischen der Kurbelwelle und den Nockenwellen 20 und 21 zu
erzielen, so daß sich die Nockenwellen 20 und 21, wie dies
bekannt ist, mit der Hälfte der Kurbelwellendrehzahl drehen.
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Eine Steuerriemenscheibe bzw. ein Steuerkettenzahnrad 43 ist
am vorderen Ende der Welle 42 angebracht und wird durch die
Kurbelwelle je nach Wunsch entweder über einen Riemen oder
eine Kette angetrieben. Das Übersetzungsverhältnis zwischen
der Kurbelwelle und der Riemenscheibe bzw. dem Kettenzahnrad
43, führt zusammen mit dem Übersetzungsverhältnis zwischen
dem Zahnrad 41 und den Zahnrädern 38 und 39 zu dem erwähnten
Antriebsübersetzungsverhältnis zwischen der Kurbelwelle und
den Nockenwellen 20 und 21.
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Der Zylinderkopf 14 ist mittels einer Vielzahl von
Befestigungselementgruppen 44 an dem Zylinderblock 12 angebracht,
die, wie bereits erwähnt, so angeordnet sind, daß sie durch
die Ausnehmungen 24 zugänglich sind und so die Entfernung
und die Anbringung des Kopfes 14 von dem bzw. an dem
Zylinderblock 12 ermöglichen, ohne daß die Entfernung eines der
Bauteile der Kopfbaugruppe oder auch nur die Entfernung der
Nockenabdeckung 34 erforderlich wäre. Die dargestellte
Befestigungselementbaugruppe ist vom Schraubenbolzentyp und
enthält Schraubenbolzen 45, die auf bekannte Weise an dem
Zylinderblock 12 befestigt sind und mit Gewinde versehene
obere Abschnitte 46 aufweisen, auf denen Muttern 47
aufgenommen werden. Die Muttern 47 können leicht angezogen und
aus den ausgenommenen Bereichen 24 entfernt werden, wodurch
die Zylinderkopfbaugruppe 14, wie erwähnt, als Einheit
abgenommen werden kann. Es versteht sich, daß Schrauben anstelle
von Schraubenbolzen und Muttern als die Befestigungselemente
44 eingesetzt werden kann, jedoch ermöglicht der Einsatz von
Schraubenbolzen und Muttern, wie leicht verständlich ist,
leichtere Montage und Demontage.
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Bei der Benennung der oberen und der unteren Abschnitte des
Zylinderkopfes sowohl in der Patentbeschreibung als auch in
den Ansprüchen wird der Begriff "obere" verwendet, um den
Abschnitt des Zylinderkopfes zu beschreiben, der sich weiter
vom Zylinderblock entfernt befindet, während sich der
Begriff "unterer" auf den an den Zylinderblock angrenzenden
Abschnitt bezieht. Daher werden die Begriffe "oberer" und
"unterer" nur in bezug auf den dazugehörigen Zylinderblock
verwendet und nicht in bezug auf die tatsächliche
Ausrichtung des Zylinderkopfes im Raum. Es ist klar, daß, wenn der
Zylinderblock umgedreht würde, der obere Abschnitt des
Zylinderkopfes der untere Abschnitt sein würde und
umgekehrt. Jedoch werden die Begriffe "oberer", und
"unterer", wie bereits bemerkt, hinsichtlich der Beziehung
zu dem Zylinderblock und nicht hinsichtlich der
tatsächlichen räumlichen Beziehung verwendet, die davon
abhängt, wie der Motor installiert wird.
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Die oben beschriebene Konstruktion schafft, wie für
Fachleute ersichtlich ist, eine außerordentlich kompakte
Zylinderkopfanordnung, die nichtsdestotrotz durch Installation und
Entfernung leicht gewartet werden kann, ohne daß die
Entfernung irgendwelcher Bauteile der Kopfbaugruppe oder der
Zugang zum Ventilbetätigungsmechanismus erforderlich ist.