Zylinderkopf für eine Brennkraftmaschine

Abstract

 Ein Zylinderkopf einer Brennkraftmaschine weist auf einer Seite einer Mittellängsebene (L) drei Einlaßventile und auf der anderen Seite zwei Auslaßventile auf. Die Einlaßventile sind in einer Umfangsrichtung eines Zylinders der Brennkraftmaschine angeordnet und ein nahe am Rand eines Brennraumes angeordnetes erstes Einlaßventil wird unter Zwischenschaltung eines platzsparenden Betätigungshebels (22) permanent von einer Nockenwelle angetrieben. Die weiteren Einlaßventile werden bedarfsabhängig nacheinander oder zeitgleich zugeschaltet.
Bei niedriger Last wird durch tangentiale Einströmung durch das erste Einlaßventil eine kraftstoffsparende Ladungsbewegung erzielt, während bei erhöhten Lastanforderungen ein optimierter Gasdurchsatz über die zugeschalteten Ventile möglich ist.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft einen Zylinderkopf für eine Brennkraftmaschine gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

[0002] US-PS 4 637 356 offenbart einen Ventilantrieb mit drei von einer Nockenwelle betätigten Einlaßventilen, deren mittleres unter Zwischenschaltung eines Schwinghebels und die beiden außenliegenden Ventile direkt über Tassenstößel betätigt werden.

[0003] Aus DE-36 00 408 C2 ist ein Zylinderkopf mit drei Einlaßventilen bekannt, bei dem jedem Einlaßkanal ein eigenes, mit einer Drosselklappe und einem Einspritzventil versehenes Saugrohr zugeordnet ist. Zur Erzeugung einer Drallbewegung der Ladung wird in einem ersten Betriebsbereich nur ein einziges, außenliegendes Einlaßventil betätigt. Bei steigender Drehzahl werden nacheinander die Drosselklappen und Einspritzventile des zweiten und dritten Einlaßventiles betätigt.

[0004] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Zylinderkopf für eine Brennkraftmaschine mit verbesserten Leistungs- und Drehmomentwerten zu schaffen.

[0005] Die Lösung dieser Aufgabe gelingt mit den Merkmalen des Patentanspruches 1.Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen genannt.

[0006] Wenn in einem gattungsgemäßen Zylinderkopf ein in Umfangsrichtung eines jeden Zylinders erstes Gaswechselventil unter Zwischenschaltung eines Betätigungshebels angeordnet permanent und die übrigen Ventile dieser Gruppe zeitweise betätigt werden, so ist dieser Zylinderkopf bezüglich des Ladungswechsel optimiert und liefert eine erhöhte Leistungs- und Drehmomentausbeute.
Das permanent betriebene Ventil ermöglicht durch den Verzicht auf einen raumgreifenden Tassenstößel eine platzsparende Anordnung am Rande eines Brennraumes. Die dadurch erzielte tangentiale Einströmung verursacht eine gezielte, rotierende Ladungsbewegung ("Swirl"). Die radiale Anordnung dieses Ventiles ermöglicht es, das oder die weiteren Ventile der ersten Gruppe vergleichsweise groß zu gestalten und somit einen optimalen Gasdurchsatz für hohe Leistungen zu erzielen. Da dieser erhöhte Gasdurchsatz nur bei hohen Lasten erforderlich ist, sind die weiteren Ventile mittels Schaltmechanismen zu- bzw. abschaltbar.
Diese Mechanismen können in vielfältiger Weise ausgestaltet sein, so z.B. als in einen hydraulischen Stößel integrierte Schaltvorrichtung gemäß DE-40 27 630 C oder als die entsprechenden Nocken an die Nockenwelle an- bzw. abkoppelnde Einrichtungen gemäß DE-41 00 763 A und werden daher nicht näher erläutert.

[0007] Zur weiteren Optimierung ist dem permanent betriebenen, als Einlaßventil ausgebildeten Gaswechselventil ein erstes separates Saugrohr zugeordnet und den weiteren Ventilen dieser Grupppe ein weiteres. Die Saugrohre können somit in ihrer Geometrie an die unterschiedlichen Anforderungen eines Niedriglast- bzw. eines Hochlastbetriebes angepaßt werden.

[0008] Wird der Zylinderkopf an einer fremdgezündeten Brennkraftmaschine betrieben, so sind diesen Saugrohren entsprechende Vorrichtungen zur Zufuhr und Kraftstoff zugeordnet und ein zentral im Zylinderkopf oberhalb jedes Zylinders angeordneter Schacht dient der Aufnahme einer Zündkerze.
An einer selbstzündenden Brennkraftmaschine nimmt dieser Schacht stattdessen die Vorrichtung zur Zufuhr von Kraftstoff auf.

[0009] Weist die erste Gruppe von Gaswechselventilen z.B. drei Einlaßventile auf, so kann die Brennkraftmaschine bei niedrigen Lasten kraftstoffsparend mit nur einem, im Durchmesser vergleichsweise kleinen, ersten Einlaßventil betrieben werden. Ein Auslaßventil der zweiten Gruppe kann dabei ebenso mit einem Schaltmechanismus versehen sein. Die Brennkraftmaschine kann dann als Zweiventilmotor betrieben werden, wobei nur eine geringe Antriebsleistung für den Ventiltrieb erforderlich ist.
Bei steigenden Lasten werden dann zeitgleich oder nacheinander die beiden weiteren Einlaßventile und das zweite Auslaßventil zugeschaltet. Der Gasdurchsatz erfolgt dann im wesentlichen über die vergleichsweise groß dimensionierten weiteren Ventile, so daß die Brennkraftmaschine dann als leistungsoptimierter 4-Ventilmotor betrachtet werden kann.

[0010] In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung sind die Winkellagen der Mittellängsachsen der Gaswechselventile so gewählt, daß sich ein möglichst glattes Brennraumdach ohne Zerklüftungen ergibt. Hierdurch wird eine klopfende Verbrennung weitestgehend vermieden und die Klopfgrenze ist in Richtung auf höhere Leistungsausbeute verschoben.

[0011] Die Erfindung wird anhand einer Zeichnung nachfolgend beispielhaft näher erläutert:

[0012] Es zeigen:

Fig. 1

eine Draufsicht auf einen Zylinderkopf einer Brennkraftmaschine,

Fig. 2

einen Schnitt entlang der Linie II-II gemäß Fig.1,

Fig. 3

einen Schnitt entlang der Linie III-III gemäß Fig.1,

Fig. 4

einen Schnitt entlang der Linie IV-IV gemäß Fig.1 und

Fig. 5

eine Ansicht aus Richtung des Pfeiles X gemäß Fig.2.

[0013] Eine mehrzylindrige Brennkraftmaschine weist einen mit Gaswechselkanälen versehenen Zylinderkopf 1 mit einem eingesetzten Lagerrahmen 2 auf. Einerseits einer Längsmittelebene L des Zylinderkopfes 1 sind die Kanäle als Einlaßkanäle 3, 4, 5 ausgebildet, welche sich von mit Einspritzventilen 6 versehenen und als Saugrohre 7 ausgebildeten Rohrstutzen ausgehend bis zu einem Brennraum 8 erstrecken.

[0014] Andererseits der Ebene L erstrecken sich vom Brennraum 8 ausgehend Auslaßkanäle 9, 10 zu einer Wand 11 des Zylinderkopfes 1.

[0015] Die Einlaß- bzw. Auslaßkanäle 3, 4, 5 bzw. 9, 10 werden von einer ersten bzw. zweiten Gruppe von Gaswechselventilen beherrscht, welche als Einlaß- bzw. Auslaßventile 12, 13, 14 bzw. 15, 16 ausgebildet sind. Die Einlaßventile 12, 13 und 14 sind entlang einer Umfangsrichtung jedes Zylinders angeordnet.

[0016] Der Lagerrahmen 2 weist Lager 17, 18 für nur schematisch gezeigte Nockenwellen auf, wobei in ersten Lagern 17 eine als Einlaßnockenwelle 19 ausgebildete erste Nockenwelle und in den zweiten Lagern 18 eine dementsprechende Auslaßnockenwelle 20 gelagert ist. Das erste Einlaßventil 12 wird unter Zwischenschaltung eines mit einer Rolle 21 versehenen, als Schwinghebel 22 ausgebildeten Betätigungshebels von der Einlaßnockenwelle 19 bewegt, welche das zweite und dritte Einlaßventil 13, 14 mittels Tassenstößeln 23 öffnet bzw. schließt. Die Tassenstößel 23 sind dabei in Aufnahmen 24 des Lagerrahmens 2 gleitverschieblich gelagert. Die beiden Auslaßventile 15 und 16 werden ebenfalls unter Vermittlung von Tassenstößeln 23 direkt von der Auslaßnockenwelle 20 betätigt.

[0017] Das erste Einlaßventil 12 wird in allen Betriebspunkten der Brennkraftmaschine permanent betätigt und gewährleistet eine tangentiale Einströmung in den Brennraum 8, wodurch eine gezielte Ladungsbewegung erzielt wird.
Die weiteren Einlaßventile 13, 14 und ein Auslaßventil 16 sind mittels in den Tassenstößeln 23 integrierter, nicht gezeigter hydraulischer Schaltmechanismen wahlweise an die Nockenwellen 19, 20 koppelbar.
Bei niedriger Last der Brennkraftmaschine sind die Einlaßventile 13, 14 und das zweite Auslaßventil 16 stillgelegt. Mit steigender Last werden dann nacheinander die zunächst abgeschalteten Ventile zugeschaltet.

[0018] Alle Gaswechselventile sind als Tellerventile ausgebildet, wobei der Durchmesser D des ersten Einlaßventiles 12 geringer bemessen ist als der der übrigen Ventile.

[0019] Der dem ersten Einlaßventil 12 zugeordnete Einlaßkanal 3 ist mit einem ersten Saugrohr 7 verbunden, welches ein Einspritzventil 6 aufweist. Die weiteren Einlaßkanäle 4 und 5 sind gemeinsam an ein zweites Saugrohr 7 angeschlossen, welches ebenfalls ein Einspritzventil 6 aufweist. Die Saugrohre 7 sind dabei lösbar an einer Außenwandung 26 des Zylinderkopfes 1 gehalten.

[0020] Zentral im Zylinderkopf 1 bzw. Lagerrahmen 2 ist oberhalb jedes Zylinders ein Schacht 30 ausgebildet, welcher mit einer Öffnung 31 in den Brennraum 8 mündet und von der Längsmittelebene L geschnitten wird. In diese Öffnung 31 ist als Zündvorrichtung eine Zündkerze 32 eingesetzt.

[0021] Alle Gaswechselventile bewegen sich entlang ihrer Mittellängsachsen, wobei die Einlaßventile 12, 13, 14 derart angeordnet sind, daß deren Mittellängsachsen 33, 34, 35 ein Brennraumdach 36 in der Weise schneiden, daß die dabei entstehenden Schnittpunkte 37 einen jeweils voneinander verschiedenen Abstand A1, A2 und A3 zu der Mittellängsebene L aufweisen.
Die Mittellängsachsen 33 und 34 des ersten und zweiten Einlaßventiles 12 und 13 verlaufen parallel zueinander, wobei Mittellängsachse 33 einen Winkel 38 mit der Mittellängsebene L einschließt, welcher kleiner ist als der korrespondierende Winkel 39 der Mittellängsachse 35 des dritten Einlaßventiles 14.
Den Auslaßventilen 15 und 16 zugeordnete Mittellängsachsen 40 sowie die der Einlaßventile 13 und 14 schneiden jeweils Längsachsen 41 der Nockenwellen 19, 20.

[0022] Der Schwinghebel 22 weist ein hydraulisches Ventilspielausgleichselement 42 auf, welches über Bohrungen 43 mit Drucköl versorgt wird. Dieser Hebel 22 ist drehbar auf einer Achse 44 gelagert, welcher einerseits in einem Lagerarm 45 des Rahmens 2 gehalten ist. In diesem Arm 45 verläuft eine Zufuhrbohrung 46 zur Versorgung des Ausgleichselementes 42 und zur Schmierung des Schwinghebels 22.

Ansprüche

1. Zylinderkopf für eine Brennkraftmaschine, mit einer auf einer Seite einer Mittellängsebene des Zylinderkopfes angeordneten ersten Gruppe und einer auf der anderen Seite dieser Ebene angeordneten zweiten Gruppe von Gaswechselventilen,
mit diesen Gruppen zugeordneter erster und zweiter Nockenwelle, wobei mindestens ein Gaswechselventil der ersten Gruppe unter Zwischenschaltung eines Betätigungshebels von der ersten Nockenwelle betätigt wird und zumindest die erste Gruppe entlang einer Umfangsrichtung eines Zylinders der Brennkraftmaschine angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Betätigungshebel einem in der Umfangsrichtung ersten Gaswechselventil zugeordnet ist, welches permanent von der ersten Nockenwelle betätigt ist und daß das/die restlichen Ventile dieser Gruppe zeitweise betätigbar ist/sind.

2. Zylinderkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Gaswechselventil der ersten Gruppe in einem eigenen Gaswechselkanal des Zylinderkopfes (1) angeordnet ist und daß an einer Außenwandung (26) des Zylinderkopfes (1) zwei den Kanälen zugeordnete Rohrstutzen angeordnet sind, wobei ein erster Rohrstutzen ausschließlich mit einem Gaswechselkanal des ersten Gaswechselventiles verbunden ist.

3. Zylinderkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Gruppe aus Einlaßventilen (12, 13, 14) gebildet ist, deren Gaswechselkanäle als Einlaßkanäle (3, 4, 5) ausgebildet sind, wobei der das erste Einlaßventil (12) aufweisende erste Einlaßkanal (3) mit einem als ersten Saugrohr (7) ausgebildeten Rohrstutzen verbunden ist.

4. Zylinderkopf nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Gruppe ein zweites und drittes Einlaßventil (13 und 14) aufweist, deren zweiter und dritter Einlaßkanal (4 und 5) mit einem als zweiten Saugrohr (7) ausgebildeten Rohrstutzen verbunden ist.

5. Zylinderkopf nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß benachbart der in einen Brennraum (8) mündenden Einlaßkanäle (3, 4, 5) eine diesen Brennraum (8) mit einem zentral im Zylinderkopf (1) angeordneten und von der Mittellängsebene (L) geschnittenen Schacht (30) verbindende Öffnung (31) angeordnet ist.

6. Zylinderkopf nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß in die Öffnung (31) eine Zündvorrichtung eingesetzt ist und die Saugrohre (7) mit einer Vorrichtung zur Zufuhr von Kraftstoff versehen sind.

7. Zylinderkopf nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß in die Öffnung (31) eine Vorrichtung zur Zufuhr von Kraftstoff eingesetzt ist.

8. Zylinderkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die restlichen Ventile der ersten Gruppe zeitgleich zu- bzw. abgeschaltet werden.

9. Zylinderkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die restlichen Ventile der ersten Gruppe zeitversetzt zueinander zu- bzw. abgeschaltet werden.

10. Zylinderkopf nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein als erstes Auslaßventil (15) ausgebildetes Gaswechselventil der zweiten Gruppe permanent von der zweiten Nockenwelle betätigt ist.

11. Zylinderkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß alle weiteren Gaswechselventile von den Nockenwellen unter Zwischenschaltung von Tassenstößeln (23) betätigt werden.

12. Zylinderkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß alle Gaswechselventile als Tellerventile ausgebildet sind, wobei der Durchmesser (D) des Tellers des ersten Ventiles geringer ist als der des/der übrigen Ventile dieser Gruppe.

13. Zylinderkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittellängsachsen (33, 34, 35) der Ventile der ersten Gruppe ein Brennraumdach (36) derart schneiden, daß die entstehenden Schnittpunkte (37) alle auf der einen Seite der Mittellängsebene (L) liegen und einen jeweils voneinander verschiedenen Abstand (A1, A2, A3) zu dieser Ebene (L) aufweisen.

14. Zylinderkopf nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittellängsachsen (33) des ersten Gaswechselventiles und eines in Umfangrichtung benachbarten Ventiles dieser Gruppe parallel zueinander verlaufend angeordnet sind.

15. Zylinderkopf nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittellängsachse (33) des ersten Gaswechselventiles einen Winkel (38) mit der Mittellängsebene (L) einschließt, welcher kleiner ist als der korrespondierende Winkel (39) der Mittellängsachse (35) eines in Umfangsrichtung beabstandeten Ventiles dieser Gruppe.

Zeichnung