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Title:
CYLINDER HEAD
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2000/006880
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a cylinder head (10) for a rotary piston internal combustion engine, with at least two cylinders in series, each cylinder having at least one intake and one exhaust duct (44) extending from a combustion chamber plate and leading to a flat mounting face (34, 36) located in an uniform plane for an exhaust manifold or a suction pipe manifold, in addition to tapped holes (64) disposed on both sides of the ducts for cylinder head fixing screws, which are disposed on the sidewalls of the cylinder head (10). In order to achieve a compact and lightweight construction using relatively short intake and exhaust ducts, the sidewalls (68, 70) of the cylinder head (10) are recessed inwards and border directly in the connecting surfaces (34, 46) of the intake and exhaust ducts.

Inventors:
STEMMER XAVER (DE)
Application Number:
PCT/EP1999/004828
Publication Date:
February 10, 2000
Filing Date:
July 09, 1999
Export Citation:
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Assignee:
AUDI AG (DE)
STEMMER XAVER (DE)
International Classes:
F02F1/42; F02F1/24; (IPC1-7): F02F1/42
Foreign References:
DE2342530A11974-05-16
FR2552820A11985-04-05
EP0735244A11996-10-02
DE3943729A11994-02-17
DE4315233A11994-07-28
DE4100459A11991-08-14
Attorney, Agent or Firm:
Le Vrang, Klaus (Audi AG Abteilung I/EK-P Ingolstadt, DE)
Zahl, Josef (Audi AG Ingolstadt, DE)
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Claims:
PATENTANSPRÜCHE
1. Zyiinderkopf für eine HubkolbenBrennkraftmaschine mit zumindest zwei in Reihe liegenden Zylindern, mit je Zylinder zumindest einem von einer Brennraumplatte ausgehenden Einlaß und Auslaßkanal, die jeweils in eine plane, in einer einheitlichen Ebene liegende Anschlußfläche für einen Abgaskrümmer bzw. einen Saugrohrverteiler münden, sowie mit beiderseits der Kanake angeordneten Schraubenbutzen für Zylinderkopf Befestigungsschrauben, die an den Seitenwänden des Zylinderkopfes entlang angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest eine Seitenwand (68, 70) des Zylinderkopfes (10) jeweils zwischen den Schraubenbutzen (64) der Zylindermitte (22) zu nach innen eingezogen ausgebildet ist und daß die benachbarte Anschlußfläche (34,46) mit ihrer an die Seitenwand (68, 70) angrenzenden Randkontur (74) zwischen diese Schraubenbutzen (64) eintaucht.
2. Zylinderkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Seitenwand (68, 70) und die Anschlußfläche (34,46) in der Draufsicht gesehen zumindest bis zu einer durch die Mittelachsen der Schraubenbutzen (64) verlaufenden Ebene (72) zwischen die Schraubenbutzen (64) eintauchen.
3. Zylinderkopf nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Seitenwand (68, 70) wettenförmig mit von der Anschlußfläche (34,46) weg zunehmendem Krümmungsradius r bis hin zu einer plan verlaufenden DeckelAnschlußfläche (14) ausgebildet ist.
4. Zylinderkopf nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Anschlußfläche (34,46) bzw. deren Randkontur (74) in der Draufsicht gesehen ebenfalls wettenförmig verläuft.
5. Zylinderkopf nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Anschlußfläche (34,46) mit der Seitenwand (68, 70) im Querschnitt in Zylindermitte (22) ein V bildet, mit einem Winkel a < 150".
6. Zylinderkopf nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 5, dadurch gekennzeichnet, daß beide Seitenwände (68,70) nach innen eingezogen sind und beide Anschlußflächen (34,46) zwischen die jeweils benachbarten Schraubenbutzen (64) eintauchen.
7. Zylinderkopf nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der V Winkel a zwischen Seitenwand (68, 70) und Anschlußflächen (34, 46) auf der Einlaßseite des Zylinderkopfes (10) ca. 120° und auf der Austaßseite ca. 145° beträgt.
8. Zyiinderkopf nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 7, dadurch gekennzeichnet, daß je Zylinder der Brennkraftmaschine zwei Eintaßventite und zwei Aus) aßventi ! e vorgesehen sind und daß die Auflageflächen (42,56) für schraubenförmige Ventilfedern der Ventile jeweils unmittelbar benachbart zu einem der Schraubenbutzen (64) und zur Seitenwand (68,70) angeordnet sind.
9. Zylinderkopf nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Schraubenbutzen (64) etwa in Höhe des Überganges von den Anschlußflächen (34,46) in die Seitenwände (68, 70) enden.
Description:
B E S C H R E I B U N G Zylinderkopf Die Erfindung betrifft einen Zytinderkopf für eine Hubkolben- Brennkraftmaschine mit zumindest zwei in Reihe liegenden Zylindern, gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Einen derartigen Zylinderkopf zeigt beispielsweise die DE 23 42 530, der je Zylinder zwei Einlaßventile und zwei Austaßventiie aufweist, die über zwei obenliegende Nockenwellen und Tassenstöße) betätigt werden. Die Zündkerze je Zylinder ist in der Zylindermittelachse angeordnet, wobei ein zentraler Schacht jeweils gießtechnisch mit der Brennraumplatte des Zylinderkopfes einerseits und mit Nockenwellenlager bildenden Querwanden andererseits verbunden ist. Daraus resultiert ein relativ steife Konstruktion mit günstiger Abstützung der Brennraumplatte gegenüber den Verbrennungsdrücken und günstiger Krafteinfeitung der Ventitbetätigungsmittei.

Aufgabe der Erfindung ist es, den gattungsgemäßen Zylinderkopf bei fertigungstechnisch günstiger Konstruktion baulich noch kompakter und steifer mit kürzeren Ein- und/oder Auslaßkanälen auszubilden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind den weiteren Patentansprüchen entnehmbar.

Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, zumindest eine Seitenwand des Zylinderkopfes, bevorzugt jedoch beide Seitenwände, jeweils zwischen den Schraubenbutzen der Zylindermitte zu nach innen eingezogen auszubilden und die benachbarten Anschlußflächen für den Anschluß des Abgaskrümmers bzw. des Ansaugverteilers mit ihrer an die Seitenwand angrenzenden Flanschkontur zwischen diese Schraubenbutzen eintauchen zu lassen. In Konsequenz dieser Merkmale wird der Zylinderkopf im Bereich der Brennraumplatte mit den eingezogenen Seitenwänden und bis zwischen die Schraubenbutzen dem Brennraum zu verkürzten Ein- und/oder Ausiaßkanäten extrem kompakt mit entsprechend steifer Abstützung der Brennraumplatte und der darübertiegenden Ventitbetätigungsmittet. Durch das Einziehen der Zylinderkopf-Seitenwände bis in den Bereich der Schraubenbutzen entsteht mit Einschrauben und Befestigen der Zylinderkopf-Befestigungsschrauben eine extrem steife Konstruktion in Längsrichtung, unter anderem dadurch, daß die Seitenwände teilweise in der Längsmittelebene der Befestigungsschrauben liegen.

Die Verkürzung des Auslaßkanales bewirkt dabei geringe Abgastemperaturverluste innerhalb des Zylinderkopfes und einlaf3seitig die günstige Anordnung von Einspritzventilen, die unmittelbar bzw. ohne Kanalwandbenetzung Brennstoff in den Einlaßventil-Öffnungsquerschnitt einspritzen können.

Die geringen Kana ! ! ängen und Massenkonzentrierungen bewirken somit eine schnelle Aufheizung auf die Betriebstemperatur der Brennkraftmaschine und geringe Wärmeverluste im Kanalbereich.

Die sich durch die beschriebene Konstruktion ergebende, wettenförmige Flanschkontur der Anschtußfiächen kann durch entsprechende numerische Steuerung eines Stirnfräsers fertigungstechnisch problemlos hergestellt werden, wobei der Fräser entsprechend dem Verlauf der Seitenwände jeweils zwischen die Schraubenbutzen eintaucht und somit die pianen Anschiußfiächen mit entsprechender Flanschkontur erzeugt.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist im folgenden mit weiteren Einzelheiten näher erläutert. Die schematische Zeichnung zeigt in Fig. 1 einen horizontalen Längsschnitt durch einen Zylinderkopf einer mehr- zylindrigen Vier-Ventil-Hubkolben-Brennkraftmaschine gemäß Linie 1-1 der Figur 2 ; Fig. 2 einen Querschnitt entlang der Linie ll-li der Figur 1 durch die zwi- schen zwei Zylindern der Brennkraftmaschine liegenden Schraubenbutzen für die Zylinderkopf-Befestigungsschrauben ; und Fig. 3 einen weiteren Querschnitt gemäß Linie lil-lil der Figur 1 durch den Zylinderkopf.

Von dem allgemein mit 10 bezeichneten Zylinderkopf für eine Vier-Zylinder- Hubkolben-Brennkraftmaschine mit je Zylinder vier Gaswechselventilen ist in der Figur 1 nur der mittlere Abschnitt dargestellt, der etwa zwei Zylinder des nicht dargestellten Zy ! inderkurbetgehäuses überdeckt. Soweit nicht beschrieben, ist der Zyiinderkopf herkömmlicher Bauart.

Der im Gießverfahren aus einer Leichtmetall-Legierung hergestellte Zylinderkopf 10 weist eine untere, ptane Anschtußftäche 12 zum Anbau auf das Zylinderkurbelgehause der Brennkraftmaschine und eine etwa parallel dazu verlaufende Anschluf3flache 14 für einen Lagerdeckel (nicht dargestellt) für die in Querwänden 16 des Zylinderkopfes 10 in Lagerstühlen 18,20 gelagerten Nockenwellen (nicht dargestellt) der Brennkraftmaschine auf. Die Querwände 16 sind über eine etwa mittig über den Zylindem verlaufende Längswand 15 miteinander verbunden, wobei die Längswand 15 in nicht dargestellter Weise in die endseitigen Stirnwände des Zylinderkopfes 10 einmünden.

In die Längswand 15 ist jeweils etwa zentral über den Zylindern bzw. in deren vertängerten Mittetachsen 22 je ein Zündkerzenschacht 24 eingeformt, der jeweils in den von der Brennraumplatte 28 des Zylinderkopfes 10 überspannten Brennraum 26 (vergl. Fig. 3) einmündet.

Von der Brennraumplatte 28 gehen zwei Einlaßkanäle 30,32 aus, die in eine ptan durchtaufende Anschtußftäche 34 für den Flanschanschluß eines nicht dargestellten Ansaugverteilers münden. In den entsprechenden Kanalwänden 36 der Einlaßkanäle 30,32 sind Bohrungen 38 für Ventilführungen für den Einbau der Einlaßventile (vergl. eingezeichnete Längsmittelachsen 40) eingebracht. Für die Abstützung der üblichen schraubenförmigen Ventilfedern der Einlaßventile sind ringfömige Abstützflächen 42 an den Enden der Bohrungen 38 vorgesehen.

Desgleichen erstrecken sich zwei Ausiaßkanäte 44 von der Brennraumpiatte 28 zu einer durchgehend pianen Anschtußfiäche 46, an die der Flansch eines nicht dargestellten Abgaskrümmers anschließbar ist. Die Auslaßkanäle 44 (es ist nur ein Auslaßkanal 44 ersichtlich) sind vor ihrer Mündung in die Anschlußfläche 46 zu einem gemeinsamen Auslaßkanal 48 zusammengeführt. Für die Ventilführungen der in den Längsmittetachsen 50 <BR> <BR> <BR> angeordneten Austaßventite sind in die Kanalwände 52 Bohrungen 54< eingebracht, die wiederum an Abstützf) ächen 56 für die schraubenförmigen Ventilfedern enden.

Die Auftagef ! ächen 42,56 der Ventilfedem bzw. die Ventilachsen 40,50 sind in radialer Anordnung (alle Ventilachsen 40,50 nach unten innen der Zylindermittelachse 22 zu geneigt) so angeordnet, daß sie zur günstigen Krafteinieitung unmittetbar benachbart zu jeweils einem der Schraubenbutzen 64 und zur benachbarten Seitenwand 68,70 liegen.

Oberhalb der Brennraumplatte 28 ist ein Freiraum 58 für Kühifiüssigkeit vorgesehen, der von dem darüberliegenden Freiraum 60 für Schmieröl durch eine etwa horizontal verlaufende Deckwand 62 abgetrennt ist.

Jeweils zwischen den Zylindern (Mittelachsen 22) und selbstverständlich an den Zylinderkopf-Stirnseiten (nicht dargestellt) sind senkrecht zur Anschlußfläche 12 Schraubenbutzen 64 vorgesehen, in deren Bohrungen 66 nicht dargestellte Zylinderkopf-Befestigungsschrauben einsetzbar sind. Wie die Fig. 2 zeigt, erstrecken sich diese Schraubenbutzen 64 bis etwa zur halben Höhe des Zylinderkopfes 10 ; von dort schließen sich die teilweise frei nach oben ragenden, den Freiraum 60 seitlich begrenzenden Zytinderkopf-Seitenwände 68,70 an, die mit den Querwänden 16 und den nicht ersichtlichen Zylinderkopf-Stirnwänden verbunden sind.

Die Seitenwände 68,70 sind mit ihren zwischen den Schraubenbutzen 64 liegenden Abschnitten 68a bzw. 70a von oben nach unten betrachtet zunehmend so der Zylindermitte 22 zu eingezogen, daß deren untere Abschnitte innerhalb der durch die Bohrungsmittelachsen der Schraubenbutzen 64 gebildeten Ebene 72 liegen bzw. zwischen diese Schraubenbutzen 64 eintauchen.

Das gteiche gittfür die Anschlußflächen 34,46 der Einiaßkanäte 30,32 bzw. der Austaßkanäie 48, die ebenfalls innerhalb der Ebenen 72 enden bzw. in die Schraubenbutzen 64 mit deren Randkontur eintauchen (vergl. z. B. gestrichelte Linien 34,46 der Fig. 2).

Die Winkel a zwischen den V-förmig zueinander angeordneten Seitenwänden 68,70 zu den AnschluMlächen 34,46 betragen in der Quermittelebene je Zylinder gesehen (jeweits stärkste Einweihung der Seitenwände 68,70) eintaßseitig ca. 120° und ausiaßseitig ca. 145°.* Der weiienförmige Verlauf der Seitenwände 68,70 (vergl. Fig. 1) nimmt nach oben zu betrachtet ab bzw. der im unteren Bereich vorliegende Krümmungsradius r geht im Bereich der Anschiußftäche 14 gegen oo bzw. in einen gerade verlaufenden Wandabschnitt über.

Die sich im Übergangsbereich zwischen Seitenwänden 68,70 und planen Anschiußftächen 34,46 ergebenden wellenförmigen Flanschkonturen (Fig.

1, Linien 74) können beim Fräsen der Anschiußfiächen 34,46 durch entsprechende Steuerung des Stirnfräsers (angedeutet mit 76) in Richtung des Doppelpfeiles 78 zusätzlich zur übtichen Längsvorschubbewegung problemlos hergestellt werden.

Die beschriebene Zylinderkopfausbildung gibt eine baulich und gewichtsmäßig besonders günstige Konstruktion mit hoher Steifigkeit der Brennraumplatte und hoher Längssteifigkeit. Zudem ergeben sich durch diese Konstruktion besonders kurze Einiaß- und Ausiaßkanäie, die eintaßseitig eine besonders brennraumnahe Anordnung der Einspritzventile zur Brennstoffzumessung und austaßseitig kurze Abgaswege mit den damit verbundenen Vorteilen ergeben.