DE69007715T2

DE69007715T2 - Zylinderkopf für eine Brennkraftmaschine.

Info

Publication number: DE69007715T2
Application number: DE69007715T
Authority: DE
Inventors: Shigeru Kamegaya; Yutaka Matayoshi; Shigeo Muranaka
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1989-09-05
Filing date: 1990-09-05
Publication date: 1994-10-27
Anticipated expiration: 2010-09-06
Also published as: DE69007715D1; US5038732A; JPH0392572A; EP0416599B1; JP2623856B2; EP0416599A1

Description

Die Erfindung betrifft einen Zylinderkopf einer Brennkraftmaschine gemäss dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Ein Zylinderkopf dieser Art ist bekannt aus der Britischen Patentanmeldung GB-A-2 179 700, auf die nachfolgend Bezug genommen wird.
Es ist allgemein bekannt, dass eine Brennkraftmaschine mit einem doppelte obenliegende Nockenwellen umfassenden Ventilmechanismus (DOHC) arbeitet, wobei die Nockenwellen der Betätigung von zwei Einlass- und zwei Auslassventilen pro Zylinder der Maschine dienen. Ein für eine derartige DOHC- Maschine einzusetzender Zylinderkopf ist beispielsweise in der Japan-Patentschrift Nr. 1-22464 offenbart. In diesem Zylinderkopf ist ein Kipphebel in Endgelenkausführung zwischen jeder der Nockenwellen und jedem der Einlass- und Auslassventile angeordnet, damit für diese Ventile ein ausreichender Hub sichergestellt ist. Jedes Gelenk zur Abstützung eines jeden der Kipphebel liegt näher an einer Zylinderachse als die Nockenwelle und ist in einer um ein Zündkerzenauge eines jeden Zylinders herum ausgebildeten Nabe angeordnet. Andere Elemente wie beispielsweise Ölkanäle für die Zufuhr von Öl zu den Gelenken befinden sich im mittleren Teil des Zylinderkopfes.
Da jedoch durch die Länge des Kipphebels bedingt der Winkel zwischen Einlass- und Auslassventilschaft vergrössert wird, nimmt auch die Oberflächenschräge der pultdachförmigen Verbrennungskammer zu. Hierdurch ergibt sich das Problem, dass es schwierig wird, ein ausreichendes Verdichtungsverhältnis vorzuhalten. Da auch der Abstand zwischen Einlass- und Auslassventil-Nockenwelle grösser wird, vergrössert sich ausserdem die Seitenbreite des Zylinderkopfes.
Zur Ausschaltung der vorbeschriebenen Nachteile ist bereits vorgeschlagen worden, die Kipphebel für die Einlass- und Auslassventile so anzuordnen, dass ihre schwenkbaren Endabschnitte einander gegenüberliegen (GB-A-2 179 700).
Bei diesen vorgeschlagenen Kipphebelanordnungen sind jedoch Schwierigkeiten insofern zu verzeichnen, als eine ausreichende Tiefe für die Gelenkmontagebohrung nicht erreichbar ist bzw. die Einlass- und Auslasskanäle in ihrer Form weitgehenden Beschränkungen unterworfen sind, da hierbei die Gelenkmontagebohrungen nahe der seitlichen Umfangsfläche des Zylinderkopfes sowie den Öffnungen der Einlass- und Auslasskanäle angeordnet werden müssen.

KURZBESCHREIBUNG DER ERFINDUNG

Eine Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines verbesserten Zylinderkopfes, bei dem die Kipphebel für die Einlass- und Ausslassventile so angeordnet sind, dass die schwenkbaren Endabschnitte der Kipphebel für diese Ventile einander gegenüber liegen und die Gelenkmontagebohrung eine ausreichende Tiefe aufweist.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht in der Schaffung eines verbesserten Zylinderkopfes für eine Hochleistungsmaschine, bei dem ein ausreichender Hub für die Einlass- und Ausslassventile sichergestellt ist und bei kleiner Maschinenabmessung ein hohes Verdichtungsverhältnis erreicht wird.
Der erfindungsgemässe Zylinderkopf einer Brennkraftmaschine umfasst zwei Maschinenventile für jeden Zylinder der Maschine. Ein Kipphebel steht an einem ersten Ende mit den oberen Enden der Maschinenventile in Berührung. Ein Gelenk greift zur schwenkbaren Abstützung des Kipphebels an einem zweiten Ende desselben an. In dem Zylinderkopf ist ein Gasdurchlass ausgebildet, durch den Gas hindurchströmt und der einen zur Aussenseite des Zylinderkopfes offenen ersten Kanalabschnitt sowie einen zweiten und einen dritten Kanalabschnitt umfasst die mit dem ersten Kanalabschnitt verbunden sind und mit dem Zylinder in Verbindung treten. Der zweite und der dritte Kanalabschnitt sind voneinander getrennt. Zwischen dem zweiten und dritten Kanalabschnitt befindet sich eine Gelenkmontagebohrung, die das Gelenk aufnimmt.
Da jedes schwenkbare Ende des Kipphebels für die Einlassventile und desjenigen für die Auslassventile einander gegenüberliegend angeordnet werden können, so dass die Achsen der Einlass- und Ausslassventilschäfte zwischen sich einen kleinen Winkel bilden, wird bei dieser konstruktiven Ausbildung die Oberseite der pultdachförmigen Verbrennungskammer flacher, so dass bei geringen Maschinenabmessungen ein hohes Verdichtungsverhältnis gewährleistet werden kann.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Es bedeuten:
Figur 1 eine Draufsicht einer Ausführungsform eines erfindungsgemässen Zylinderkopfes;
Figur 2 eine Seitenschnittansicht des Zylinderkopfes in Pfeilrichtung im wesentlichen auf der Linie II-II in Figur 1;
Figur 3 eine Seitenschnittansicht des Zylinderkopfes in Pfeilrichtung im wesentlichen auf der Linie III-III in Figur 1; und
Figur 4 eine Draufsicht eines Einlasskanals sowie einer Gelenkmontagebohrung des Zylinderkopfes in Figur 1.

EINZELBESCHREIBUNG DER ERFINDUNG

Figur 1 zeigt eine Ausführungsform eines erfindungsgemässen Zylinderkopfes 1 für eine Vierzylinder-Verbrennungsmaschine mit doppelten obenliegenden Nockenwellen (DOHC). Für jeden Zylinder (nicht dargestellt) sind zwei Einlassventile 51 (Maschinenventile) und zwei Auslassventile 52 (Maschinenventile) vorgesehen. Der Zylinderkopf 1 weist ein Zündkerzenauge 11 im Mittelabschnitt eines jeden Zylinders auf. Die Einlass- und Auslassventile 51, 52 sind gegenüber den das Zündkerzenauge 11 umgebenden Ventilnaben 12, 13 gleitend angeordnet. Lagerbereiche 14, 15 sind im Zylinderkopf 1 in der Nähe eines jeden Zylinders bzw. so angeordnet, dass sie jeden der Zylinder umgeben, wobei die Lagerbereiche 14 der Abstützung einer Einlassventilnockenwelle 44 zur Betätigung der Einlassventile 51 und entsprechend die Lagerbereiche 15 der Absützung einer Auslassventilnockenwelle 45 zur Betäti8gung der Auslassventile 52 dienen. Jeder der Lagerbereiche 14, 15 sowie das Zündkerzenauge 11 sind über eine Rippe 20 miteinander verbunden, wodurch die Maschine eine höhere Festigkeit und Stabilität erhält.
Wie aus Figur 2 ersichtlich, weist jeder der Lagerbereiche 14, 15 eine Kopfschrauben-Einführöffnung 16, 17 auf, die senkrecht durch die Lagerbereiche 14, 15 verläuft. Die Kopfschrauben-Einführöffnung 16, 17 steht in fluchtender Verbindung mit einer senkrecht koaxial ihr verlaufenden Kopfschraubenbohrung 18, 19 in der Weise, dass die in Flucht befindlichen Einführöffnungen und Kopfschraubenbohrungen durch den Zylinderkopf 1 hindurchgehen. Kopfschrauben 7 zur Verbindung des Zylinderkopfes 1 mit einem Zylinderblock 9 sind so eingebracht, dass der Kopf der Kopfschraube 7 auf der zwischen der Kopfschraubenbohrung 18, 19 und der Kopfschrauben-Einführöffnung 16, 17 befindlichen Schulter liegt. Der Gewindeteil der Kopfschraube 7 ist in den Zylinderblock 9 eingeschraubt. Bei dieser konstruktiven Ausbildung können die Kopfschrauben 7 in vorgegebenen Abständen zwischen den Zylindern angeordnet sein, um so den Zylinderkopf 1 über eine Dichtung (nicht dargestellt) zur Gewährleistung einer wirksamen Abdichtung zwischen Zylinderblock 9 und Zylinderkopf 1 sicher auf dem Zylinderblock 9 zu befestigen.
Zur Betätigung der Einlass- und Auslassventile 51, 52 entsprechend der jeweiligen Drehrichtung der Nockenwellen 44, 45 sind im wesentlichen Y-förmige Kipphebel 2, 3 beweglich auf dem Zylinderkopf 1 angeordnet. Damit gabelt sich ein Endbereich des Kipphebels 2, 3 in zwei Abschnitte, die in Berührung stehen mit den oberen Enden (ohne Bezugsziffer) der Einlass- bzw. Auslassventile 51, 52. Das andere Ende des Kipphebels 2, 3 wird von jedem Gelenk 41, 42 auf dem Zylinderkopf 1 schwenkbar abgestützt.
Wie aus Figur 3 ersichtlich, sitzt das Gelenk 41, 42 in einer im Nabenabschnitt 28, 29 ausgebildeten Gelenkmontagebohrung 21, 22. Der Nabenabsczhnitt 28, 29 befindet sich neben jeder der Seitenwandungen 23, 24, deren Oberfläche Teil der Umfangsfläche des Zylinderkopfes 1 ist. Die Seitenwandungen 23, 24 sind im wesentlichen parallel zur Achse der Nockenwelle 44, 45. In den Figuren 1, 2 und 3 ist eine gedachte Senkrechtebene V aufgezeigt, die eine Achse des Zylinderkopfes einschliesst. Das Gelenk 41, 42 befindet sich relativ zur Senkrechtebene V an der Aussenseite der Nockenwelle 44, 45.
Aus den Figuren 3 und 4 ist zu ersehen, dass der Zylinderkopf 1 einen gabelförmigen Einlasskanal 4 aufweist mit einem einzelnen Durchlass 4a auf der stromaufwärten Seite, der sich in zwei mit jedem Zylinder in Verbindung bringbare Kanalabschnitte 4b teilt, so dass über diese beiden Kanalabschnitte eines jeden Einlasskanals 4 Zuluft in jeden Zylinder geleitet wird. Der Abschnitt 4a mündet in eine Seitenfläche 1a des Zylinderkopfes 1, während jeder Abschnitt 4b mit einer Bestandteil des Zylinders bildenden Verbrennungskammer C in Verbindung tritt. Die Gelenkmontagebohrung 21 ist mit einer vorgegebenen Tiefe zwischen den beiden Abschnitten 4b des Einlasskanals 4 ausgebildet, wobei der Boden 21a der Gelenkmontagebohrung 21 niedriger liegt als der obere Teil der inneren Oberfläche des Einlasskanals 4. Eine hydraulische Spielausgleichseinrichtung 46, 47 ist in jeder Gelenkmontagebohrung 21, 22 eingesetzt, so dass das Gelenk 41, 42 hydraulisch abgestützt ist. Die Gelenkmontagebohrungen 21, 22 stehen mit Öffnungen 30a bzw. 30b in Verbindung, über die bei Einbau der Spielausgleichseinrichtung 46, 47 in jeder der Gelenkmontagebohrungen 21, 22 Luftrückstände abgeleitet werden.
Zwar wurde hinsichtlich ihrer lagemässigen Anordnung die Gelenkmontagebohrung 21 für den Einlasskanal 4 dargestellt und beschrieben, doch versteht sich, dass die Gelenkmontagebohrung 22 für den Auslasskanal 5 ebenfalls zwischen zwei gegabelten Abschnitten des Auslasskanals 5 und mit einer vorgegebenen Tiefe so angeordnet sein kann, dass diese Gelenkmontageöffnung 22 niedriger liegt als der obere Teil der inneren Oberfläche des Auslasskanals 5.
Jede der rohrförmigen Ventilführungen 31, 32 ist jeweils in eine Öffnung (ohne Bezugsziffer) eingesetzt, die in der Ventilnabe 12, 13 ausgebildet ist. Bei der in Figur 3 dargestellten pultdachförmigen Verbrennungskammer C befinden sich die Ventilssitze 33, 34 an den Enden der Einlass- bzw. Auslasskanäle 4, 5. Die Bezugsziffer 35 bezeichnet Wassermäntel, welche Kühlwasser zur Kühlung der Maschine führen.
Ein Paar im wesentlichen gerader Ölkanäle 25, 26 im Zylinderkopf 1 verbinden die Gelenkmontagebohrungen 21, 22 und dienen der Zuführung von Hydrauliköl zu jeder Spielausgleichsvorrichtung 25, 26 und zur Schmierung einer gleitenden Oberfläche des Gelenks 41, 42. Jeder Nockenwellenhalter 6 ist mit Hilfe von zwei Schrauben zur Aufnahme einer jeden der Nockenwellen 44, 45 fest an jedem der Lagerbereiche 14, 15 angebracht. Der Nockenwellenhalter 6 weist einen Ölkanal 8 in Form eines rohrartigen Elements auf, so dass Schmieröl über die gleitenden Oberflächen der Nockenwellen 44, 45 sowie die Schäfte der Einlass- und Auslassventile 51, 52 gespritzt wird.
Nachfolgend nun eine Beschreibung der Wirkweise des wie vorstehend beschrieben ausgebildeten Zylinderkopfes:
Beim Zusammenbau der Maschine werden vor der Verbindung des Zylinderkopfes 1 mit dem Zylinderblock 9 die Kopfschraube und ein Werkzeug zum Festziehen derselben über die senkrecht durch den Zylinderkopf 1 verlaufenden und durch jeden Lagerbereich 14, 15 hindurch ausgebildeten Kopfschraubenbohrungen 18, 19 und Kopfschrauben-Einführöffnungen 16, 17 entsprechend ausgerichtet.
Hierdurch lassen sich die Kopfschraube 7 und der Lagerbereich 14, 15 in Zylindernähe anordnen, da die Kopfschraubenbohrung 18, 19 so ausgebnildet ist, dass sie unter den Lagerbereich 14, 15 gelangt.
Da ein Y-förmiger Kipphebel bei dieser Anordnung wie vorbeschrieben zum Einsatz gelangt, besteht ausserdem die Möglichkeit, die Nabe 28, 29 für die Gelenkmontagebohrung 21, 22 an einer Stelle auszubilden, die weiter vom Zündkerzenauge 11 entfernt ist als die Nockenwellen-Lagerbereiche 14, 15 und im Bereich der Seitenwandung 23, 24 des Zylinderkopfes 1 liegt.
Weiter ist bei der Gelenkmontagebohrung eine ausreichende Tiefe sichergestellt, ohne die Querschnittsfläche des Einlasskanals 4 zu verringern, da die Gelenkaufnahmebohrung 21 an einer Stelle ausgebildet ist, die wie aus Figur 4 ersichtlich näher am Zylinder liegt als der Gabelpunkt 4c des gabelförmigen Einlasskanals 4. Der Kanal 4 ist in der sogenannten aufsteigenden Ausführung vorgesehen, so dass die Zuluft im wesentlichen senkrecht in die Verbrennungskammer eingeleitet wird. In dieser Ausführungsform wird durch den aufsteigenden Einlasskanal 4 der Strömungswiderstand im Bereich zwischen Einlasskanal und Verbrennungskammer so gering, dass die Maschine hinsichtlich ihres Luftbeaufschlagungs-Wirkungsgrades eine wesentliche Verbesserung erfährt. Dadurch wird die Zuluft in der Verbrennungskammer wirksam verdichtet.
Da die beiden schwenkbaren Enden der Kipphebel 2, 3 einander gegenüberliegend angeordnet sind, lässt sich bei dieser konstruktiven Ausgestaltung der Winkel zwischen den Schäften der Einlass- und Auslassventile 51, 52 minimieren, ohne dass eine Beschränkung durch die Länge des Kipphebels 2, 3 gegeben ist. Hierdurch wird die Neigung der Verbrennungskammer-Oberseite flacher mit dem Ergebnis, dass das Verdichtungsverhältnis der Verbrennungsmaschine auf einen hohen Wert eingestellt werden kann. Weil der Abstand zwischen den Einlass- und Auslassnockenwellen relativ kurz gehalten werden kann, wird weiterhin auch die Seitenbreite des Zylinderkopfes gering.

Claims

1. Zylinderkopf (1) einer Brennkraftmaschine, mit:

- zwei Maschinenventilen (51,52) für jeden Zylinder der Maschine;

- einem Kipphebel (2,3) in Berührung mit den oberen Enden der Maschinenventile an einem ersten Ende des Kipphebels;

- einem Gelenk (41,42) in Berührung mit einem zweiten Ende des Kipphebels zur schwenkbaren Abstützung des Kipphebels;

- einer Einrichtung (4,5), die einen Gasdurchlaß in dem Zylinderkopf (1) bildet, durch den ein Gas hindurchströmt, welcher Gasdurchlaß einen ersten Kanalabschnitt (4a) umfaßt, der zur Außenseite des Zylinderkopfs offen ist, und einen zweiten und dritten Kanalabschnitt (4b), die mit dem ersten Kanalabschnitt (4a) verbunden sind und von diesem abzweigen und mit dem Zylinder in Verbindung treten, welcher zweite und dritte Kanalabschnitt voneinander getrennt sind;

- einer Einrichtung (21,22), die eine Gelenkmontagebohrung bildet, die das Gelenk (41,42) aufnimmt.

dadurch gekennzeichnet, daß die Gelenkmontagebohrung (21,22) zwischen dem zweiten und dritten Kanalabschnitt (4b) des Gasdurchlasses (4) liegt.

2. Zylinderkopf nach Anspruch 1, bei dem die Maschinenventile Einlaßventile (51) sind und der Gasdurchlaß eine Einlaßöffnung (4) ist.

3. Zylinderkopf nach Anspruch 1, bei dem ein Boden der Gelenkmontagebohrung (21,22) niedriger liegt als der obere Teil der inneren Oberfläche des Gasdurchlasses (4,5).

4. Zylinderkopf nach Anspruch 1, bei dem der Zylinderkopf (1) an einem Zylinderblock (9) mit Hilfe von Kopfschrauben (7) derart befestigt ist, daß jede der Kopfschrauben in den Zylinderblock durch eine Kopfschraubenbohrung (18,19) eingeschraubt ist.

5. Zylinderkopf nach Anspruch 1, der weiterhin eine Einrichtung umfaßt. die einen im wesentlichen geraden Ölkanal (25,26) bildet, durch den Schmieröl den gleitenden Oberflächen der Gelenke (41,42) zugeführt wird.

6. Zylinderkopf nach Anspruch 1, bei dem eine Nockenwelle (44,45) drehbar zwischen einem Lagerbereich und einem Nockenwellenhalter (6) abgestützt ist, welcher Nockenwellenhalter fest an dem Lagerbereich mit Hilfe von zwei Schrauben angebracht ist.

7. Zylinderkopf nach Anspruch 6, bei dem der Nockenwellenhalter (6) einen Ölkanal aufweist, der durch ein Rohr (8) gebildet wird, so daß Schmieröl über die gleitenden Oberflächen der Nockenwelle (44,45) und der Ein- und Auslaßventile (51,52) über den Kanal gespritzt wird.