DE102004043935A1

DE102004043935A1 - Vorrichtung im Zylinderkopf einer ventilgesteuerten Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE102004043935A1
Application number: DE200410043935
Authority: DE
Inventors: Xaver Stemmer
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 2004-09-11
Filing date: 2004-09-11
Publication date: 2006-03-30
Anticipated expiration: 2024-09-12
Also published as: DE102004043935B4

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung im Zylinderkopf einer ventilgesteuerten Hubkolben-Brennkraftmaschine, mittels der zumindest eine im Zylinderkopf über Nockenwellenlager drehbar gelagerte Nockenwelle über ein an einer Stirnseite der Nockenwelle angeordnete Verstelleinrichtung relativ zu einem antreibenden Zahnrad verstellbar ist. Eine baulich besonders kurze und montagegünstige Konstruktion wird dadurch erzielt, dass die Verstelleinrichtung ohne Zwischenschaltung eines Nockenwellenlagers unmittelbar an den ersten Nocken der Nockenwelle anschließend angeordnet ist und dass das an der Stirnseite des Zylinderkopfes befestigte Gehäuse der Verstelleinrichtung ein weiteres Nockenwellenlager bildet. Bei der Bearbeitung der Lagerbohrungen für die Nockenwellenlager kann so verfahren werden, dass in einem gemeinsamen Arbeitsgang die Nockenwellenlager-Bohrungen im Zylinderkopf und die Nockenwellenlager-Bohrungen im Gehäuse der an der Stirnseite des Zylinderkopfes befestigten Verstelleinrichtung bearbeitet werden.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung im Zylinderkopf einer ventilgesteuerten Hubkolben-Brennkraftmaschine gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Eine derartige Vorrichtung zeigt beispielsweise die DE 100 02 512 A1 an einer Brennkraftmaschine mit vier Ventilen pro Zylinder und zwei obenliegenden Nockenwellen im Zylinderkopf. Die Nockenwelle zur Steuerung der Einlassventile weist an ihrer einen Stirnseite eine Verstelleinrichtung zum Verstellen des Antriebsrades bzw. einen Kettenrades relativ zur Nockenwelle auf, womit die Ventilsteuerzeiten der Einlassventile nach früher oder später verstellbar sind. Die Anordnung von der Nockenwelle aus betrachtet ist so, dass vor dem ersten Nocken der Nockenwelle ein Nockenwellenlager im Zylinderkopf, dann das Kettenrad und schließlich die hydraulische Verstelleinrichtung positioniert sind. Dies erfordert eine bestimmte Baulänge der Brennkraftmaschine, die beim Einbau in Kraftfahrzeuge problematisch sein kann.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung zu schaffen, die eine Verkürzung der Baulänge der Brennkraftmaschine ermöglicht und die zudem fertigungstechnisch und hinsichtlich der Montage des Zylinderkopfes vorteilhaft ist. Ferner soll ein Verfahren zur einfachen und präzisen Bearbeitung der Nockenwellenlager vorgeschlagen werden.

Diese Aufgabe wird bezüglich der Vorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 und bezüglich des Verfahrens mit den Merkmalen des Patentanspruches 12 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, dass die Verstelleinrichtung ohne Zwischenschaltung eines herkömmlichen Nockenwellenlagers vorzugsweise unmittelbar so weit an den ersten Nocken der Nockenwelle herangerückt wird, d. h. an diesen anschließend angeordnet ist, dass die Verstelleinrichtung, bevorzugt das an der Stirnseite des Zylinderkopfes befestigte Gehäuse der Verstelleinrichtung ein weiteres Nockenwellenlager bildet. Der Vorschlag zielt also darauf ab, das Nockenwellenlager vom eigentlichen Zylinderkopf bzw. von dessen Stirnseite entfallen zu lassen und in das Gehäuse der Verstelleinrichtung zu integrieren. Damit kann das die Nockenwelle antreibende Zahnrad und die mit diesem zusammen wirkende Verstelleinrichtung näher an die Stirnseite des Zylinderkopfes heran gerückt werden. Ferner ergeben sich fertigungstechnische und montagetechnische Vorteile, weil die Verstelleinrichtung mit dem besagten Zahnrad und der Nockenwelle eine Baueinheit bilden kann, die in den Zylinderkopf montierbar ist.

Besonders zweckmäßig kann das antreibende und mit der Verstelleinrichtung zusammenwirkende Zahnrad zwischen der Stirnseite des Zylinderkopfes und der Verstelleinrichtung positioniert sein, wodurch insbesondere bei einem Zahnriementrieb oder Kettentrieb das Umschlingungsmittel näher an den Zylinderkopf und das Zylinderkurbelgehäuse der Brennkraftmaschine heranrückbar ist.

Dabei kann ferner vorteilhaft das antreibende Zahnrad mit einem rotationssymmetrischen Funktionsabschnitt in eine korrespondierende Ausnehmung an der Stirnseite des Zylinderkopfes einragen. Dies führt ebenfalls zu einer Verkürzung der Baulänge der Vorrichtung. Die Verstelleinrichtung kann übrigens eine Flügelzellenkonstruktion (z.B. nach DE 199 58 541 A1 ) oder eine Konstruktion mit einer axial verstellbaren Hülse sein, die bei deren Verschieben durch formschlüssige Elemente innen (an der Nockenwelle) und außen (am antreibenden Zahnrad) eine Relativverschiebung Nockenwelle: Zahnrad erzeugt. Die Verstelleinrichtung an sich bildet nicht Gegenstand der vorliegenden Erfindung.

In Weiterbildung der Erfindung kann ein mit Durchbrüchen zur hydraulischen Steuerung der Verstelleinrichtung versehenes, rotationssymmetrisches Funktionsteil der Verstelleinrichtung mit der Nockenwelle fest verbunden und mit dem Gehäuse der Verstelleinrichtung das weitere Nockenwellenlager bilden. Damit übernimmt in baulich günstiger Weise ein in der Verstelleinrichtung ohnehin vorhandenes Funktionsteil zugleich in Verlängerung der Nockenwelle den Lagerabschnitt des Nockenwellenlagers.

Bevorzugt kann die Ölversorgung der Verstelleinrichtung über in deren Gehäuse integrierte Kanäle erfolgen, die mit der Schmierölversorgung der Brennkraftmaschine über die Stirnseite des Zylinderkopfes verbunden sind. Diese Anordnung ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn die Nockenwelle wie an sich bekannt rohrförmig ausgeführt ist.

Bei einer Brennkraftmaschine mit im Zylinderkopf zwei drehbar gelagerten Nockenwellen mit einem weiteren antreibenden Zahnrad auf der zweiten Nockenwelle wird ferner vorgeschlagen, dass das Gehäuse der Verstelleinrichtung ein zweites Nockenwellenlager für die zweite Nockenwelle bildet. Das Gehäuse ist somit hinsichtlich der Anordnung brillenartig mit zwei neben einander liegenden Nockenwellenlagern ausgeführt.

Dabei kann vorteilhaft das antreibende Zahnrad der zweiten Nockenwelle (die ggf. mit einer weiteren Verstelleinrichtung zusammenwirken kann) ebenfalls zwischen der Stirnseite des Zylinderkopfes und dem Gehäuse der Verstelleinrichtung angeordnet und somit axial besonders kurz und kompakt ausgeführt sein.

Die beiden antreibenden Zahnräder der Nockenwellen können wie an sich bekannt Kettenräder eines Kettentriebes der Brennkraftmaschine sein, wobei sie jedoch derart positioniert sind, dass die Kette unmittelbar benachbart der ohne Nockenwellenlager ausgebildeten Stirnseite des Zylinderkopfes umlaufen.

Des weiteren kann auch ohne fertigungstechnisch wesentlichen Mehraufwand das zweite Nockenwellenlager im Gehäuse der Verstelleinrichtung über in das Gehäuse integrierte Kanäle mit Schmieröl versorgt werden.

Zur Montagevereinfachung kann ferner der an die Stirnseite des Zylinderkopfes anschließende und die Verstelleinrichtung aufnehmende Kettenschacht mittels eines Deckels mit nach oben hinten derart schräg verlaufender Dichtfläche zum Zylinderkopf abgeschlossen sein, dass bei abgenommenem Deckel die Verstelleinrichtung hervorragend zugänglich und der Kettenschacht weitgehendst offen ist.

Schließlich wird verfahrenstechnisch vorteilhaft vorgeschlagen, dass in einem Arbeitsgang bei der Bearbeitung der Nockenwellenlager-Bohrungen im Zylinderkopf die Nockenwellenlager-Bohrungen im Gehäuse der an der Stirnseite des Zylinderkopfes befestigten Verstelleinrichtung mit bearbeitet werden. Das heißt, dass bei der Fertigung der Nockenwellenlager-Bohrungen im Zylinderkopf das Gehäuse der Verstelleinrichtung an der Stirnseite des Zylinderkopfes befestigt bzw. angeschraubt wird (bevorzugt unter Verwendung von zusätzli chen Passstiften) und dann die Bohrungen im Zylinderkopf und in dem Gehäuse der Verstelleinrichtung in einer axialen Flucht bearbeitet werden.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist im folgenden mit weiteren Einzelheiten näher erläutert. Die schematische Zeichnung zeigt in:
1 in raumbildlicher, vereinfachter Darstellung eine Vorderansicht eines Zylinderkopfes einer Vierventil-Hubkolben-Brennkraftmaschine mit zwei obenliegenden Nockenwellen und einer Verstelleinrichtung zum Verstellen einer Nockenwelle relativ zum korrespondierenden, antreibenden Kettenrad;
2 einen Längsschnitt entlang der Einlass-Nockenwelle, der korrespondierenden Ventile und der Verstelleinrichtung gemäß Linie II – II der 1; und
3 einen weiteren Längsschnitt entlang der Auslass-Nockenwelle, der korrespondierenden Ventile und des antreibenden Kettenrades gemäß Linie III – III der 1.
In der 1 ist abschnittsweise und nur soweit für das Verständnis der vorliegenden Erfindung erforderlich ein Zylinderkopf 10 einer ventilgesteuerten Vierzylinder-Reihen-Hubkolben-Brennkraftmaschine dargestellt, in dem zwei obenliegende Nockenwellen 12, 14 (vgl. 2 und 3) drehbar gelagert sind, die in bekannter Weise über allgemein mit 16, 18 bezeichnete Nocken pro Zylinder der Brennkraftmaschine zwei Einlassventile 20 (2) und zwei Auslassventile 22 (3) betätigen.
Jeweils zwischen zwei Nocken 16, 18 der Nockenwellen 12, 14 sind im Zylinderkopf 10 Nockenwellenlager (allgemein mit 24 bezeichnet) vorgesehen, die durch untere Lagerstühle 26 und obere Lagerbrücken 28 gebildet sind. Die Lagerbrücken 28 sind dabei in einen oberen Ventildeckel 30 eingeformt, der mit dem Zylinderkopf-Unterteil 10a mittels nicht dargestellter Schrauben fest verschraubt ist.
Die beiden Nockenwellen 12, 14 werden über einen Umschlingungstrieb bzw. Kettentrieb von der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine (nicht dargestellt) angetrieben, wobei eine Kette 32 die beiden Antriebsräder bzw. Kettenräder 34, 36 trieblich umschlingt. Im Kettentrieb sind in bekannter Weise Schwingungsdämpfer und/oder Kettenführungen (nicht dargestellt) vorgesehen.
Ferner ist auf der Stirnseite der Nockenwelle 12 für die Betätigung der Einlassventile 20 eine Verstelleinrichtung 38 angeordnet, mittels der die Nockenwelle 12 zur Verstellung der Ventilsteuerzeiten relativ zur Drehwinkellage des Kettenrades 34 (vgl. 2) verstellbar ist.
Dazu ist auf der rohrförmigen Nockenwelle 12 ein axialer Fortsatz 12a befestigt, der mit einem das Kettenrad 34 tragenden, radial äußeren Funktionsteil 38a der Verstelleinrichtung 38 zusammenwirkt und durch radial nach außen ragende Flügel (nicht ersichtlich) eine Relativverdrehung ermöglicht. Der Fortsatz 12a ist mittels einer Schraube 40 mit einem rotationssymmetrischen, hülsenförmigen Funktionsteil 38b verbunden, in dem Durchbrüche 38c zur Ansteuerung der Verstelleinrichtung 38 vorgesehen sind. Die Ansteuerung erfolgt dabei über ein Magnetventil 46 (in 1 angedeutet), das entsprechend elektrisch beaufschlagt wird.
Die Verstelleinrichtung 38 weist zudem ein an der Stirnseite 10b des Zylinderkopfes 10 über nicht dargestellte Schrauben befestigtes Gehäuse 38d auf, in dem das Funktionsteil 38b in einer entsprechenden Bohrung 38e drehbar gelagert ist, also ein weiteres, integriertes Nockenwellenlager 24' bildet.
Des weiteren bildet das Gehäuse 38d (vgl. 1 und 3) ein weiteres Nockenwellenlager 24' für die zweite Nockenwelle 14, wobei das Gehäuse 38d brillenförmig ausgeführt eine weitere Bohrung 38f aufweist, in der die rohrförmige Nockenwelle 14 drehbar gelagert ist, Wie ersichtlich ist, ist das Kettenrad 36 dabei zwischen der Stirnseite 10b und dem Gehäuse 38d der Verstelleinrichtung 38 positioniert.
In dem Gehäuse 38d sind des weiteren Kanäle 42 (vgl. 1, gestrichelt eingezeichnet) eingearbeitet, die eine Versorgung der Verstelleinrichtung 38 und der Nockenwellenlagerungen 24' über im Zylinderkopf 10 vorgesehene und in die Stirnseite 10b mündende Zuführkanäle (nicht dargestellt) mit unter Druck stehendem Schmieröl des Druckumlaufschmiersystems der Brennkraftmaschine sicherstellen.
Zur Erzielung einer möglichst kurzen Baulänge der Brennkraftmaschine ragt das das Kettenrad 34 tragende Funktionsteil 38a der Verstelleinrichtung 38 in eine gegenüber der Stirnseite 10b des Zylinderkopfes 10 bzw. 10a zurückgesetzte Ausnehmung 10c (2) ein und verläuft ferner die Kette 32 mit nur geringem Abstand zur besagten Stirnseite 10b. Zudem ist wie ersichtlich zwischen dem ersten Nocken 16 bzw. 18 der Nockenwellen 12, 14 kein Nockenwellenlager 24 vorgesehen, während die Nockenwellenlager 24' in die Verstelleinrichtung 38 bzw. deren Gehäuse 38d integriert sind.
Der Zylinderkopf 10 ist an seiner Vorderseite mittels eines Deckels 44 abgeschlossen, wobei die umlaufende Dichtfläche 44a (1) wie aus den 2 und 3 ersichtlich schräg nach oben hinten verläuft. Dies bewirkt, dass der den Kettentrieb mit der Kette 32 aufnehmende Kettenschacht 32a bei abgenommenem Deckel 44 nach vorne offen ist und somit eine einfache und gut zu gängliche Montage der Kettenräder 34, 36, der Kette 32 und der Verstelleinrichtung 38 ermöglicht.
Bei der Herstellung der Bohrungen 24a, 38e, 38f für die Nockenwellenlager 24, 24' wird so verfahren, dass zunächst das Gehäuse 38d der Verstelleinrichtung 38 mit dem Zylinderkopf 10 in einer genau definierten Position fest verschraubt wird und dann die Bohrungen 24a, 38e und 38f in einer axialen Flucht präzise bearbeitet, z.B. feingebohrt werden.
Nach Abschluss der spanenden Bearbeitung des Zylinderkopfes 10 mit dem Gehäuse 38d der Verstelleinrichtung 38 können dann die beschriebenen Bauteile 12, 14, 38 montiert und in den Zylinderkopf 10 als Montageeinheit eingebaut werden. Danach wird der Zylinderkopf 10 als nahezu komplette Einheit über Öffnungen (nicht dargestellt) im Ventildeckel 30 mittels Zylinderkopfschrauben 48 mit dem Zylinderblock der Brennkraftmaschine verschraubt, wobei ggf. zur besseren Zugänglichkeit der Zylinderkopfschrauben 48 von oben entsprechende Eindrückungen in den rohrförmigen Nockenwellen 12, 14 vorgesehen sein können.
Die Erfindung ist nicht auf das beschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt. So kann ggf. auch eine andere Verstelleinrichtung 38 verwendet sein. Maßgeblich ist der Entfall des Nockenwellenlagers 24 im Bereich der Stirnseite 10b des Zylinderkopfes 10 und dessen Integration als direktes (3) oder indirektes (2) Nockenwellenlager 24' in das Gehäuse 38d der Verstelleinrichtung 38. Im Ausführungsbeispiel sind die Nockenwellenlager 24 im Zylinderkopf 10 jeweils zwischen zwei Ventilen 16, 18 je Zylinder der Brennkraftmaschine bzw. etwa in Zylindermitte angeordnet; sie können aber auch wie bei der eingangs angeführten DE 100 02 512 A1 jeweils zwischen den Zylindern und außerhalb der beiden Ventile 16, 18 je Zylinder positioniert sein.

Claims

Vorrichtung im Zylinderkopf einer Hubkolben-Brennkraftmaschine, mittels der zumindest eine im Zylinderkopf über Nockenwellenlager drehbar gelagerte Nockenwelle über eine an einer Stirnseite der Nockenwelle angeordnete Verstelleinrichtung relativ zu einem antreibenden Zahnrad verstellbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Verstelleinrichtung (38) an einen ersten Nocken (16, 18) der Nockenwelle (12, 14) anschließend angeordnet ist und ein Nockenwellenlager (24') ausbildet.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das durch die Verstelleinrichtung (38) gebildete Nockenwellenlager (24') durch das an einer Stirnseite (10b) des Zylinderkopfes (10) befestigte Gehäuse (38d) der Verstelleinrichtung (38) gebildet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das antreibende und mit der Verstelleinrichtung (38) zusammenwirkende Zahnrad (34) zwischen der Stirnseite (10b) des Zylinderkopfes (10) und der Verstelleinrichtung (38) positioniert ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das antreibende Zahnrad (34) mit einem rotationssymmetrischen Funktionsabschnitt (38a) in eine korrespondierende Ausnehmung (10c) an der Stirnseite (10b) des Zylinderkopfes (10) einragt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein mit Durchbrüchen (38c) zur hydraulischen Verstellung der angetriebenen Nockenwelle (12) versehenes, rotationssymmetrisches Funktionsteil (38b) der Verstelleinrichtung (38) mit der Nockenwelle (12) fest verbunden und mit dem Gehäuse (38d) der Verstelleinrichtung (38) das verstelleinrichtungsseitige Nockenwellenlager (24') bildet.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Ölversorgung der Verstelleinrichtung (38) über in deren Gehäuse (38d) integrierte Kanäle (42) erfolgt, die mit der Schmierölversorgung der Brennkraftmaschine über die Stirnseite (10b) des Zylinderkopfes (10) verbunden sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass im Zylinderkopf (10) der Brennkraftmaschine zwei Nockenwellen (12, 14) drehbar gelagert sind und ein weiteres antreibendes Zahnrad (36) auf der zweiten Nockenwelle (14) angeordnet ist, und dass das Gehäuse (38d) der Verstelleinrichtung (38) ein zweites Nockenwellenlager (24') für die zweite Nockenwelle (14) bildet.
Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das antreibende Zahnrad (36) der zweiten Nockenwelle (14) ebenfalls zwischen der Stirnseite (10b) des Zylinderkopfes (10) und dem Gehäuse (38d) der Verstelleinrichtung (38) angeordnet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden antreibenden Zahnräder der Nockenwellen (12, 14) Kettenräder (34, 36) eines Kettentriebes der Brennkraftmaschine und derart positioniert sind, dass die Kette (32) unmittelbar benachbart der ohne Nockenwellenlager (24) ausgebildeten Stirnseite (10b) des Zylinderkopfes (10) umläuft.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass auch das zweite Nockenwellenlager (24') im Gehäuse (38d) der Verstelleinrichtung (38) über in das Gehäuse (38d) integrierte Kanäle (42) mit Schmieröl versorgt wird.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der an die Stirnseite (10b) des Zylinderkopfes (10) anschließende und die Verstelleinrichtung (38) aufnehmende Kettenschacht (32a) mittels eines Deckels (44) mit nach oben hinten derart schräg verlaufender Dichtfläche (44a) zum Zylinderkopf (10) abgeschlossen ist, dass bei abgenommenem Deckel (44) die Verstelleinrichtung (38) frei zugänglich bzw. der Kettenschacht (32a) weitgehendst offen ist.
Verfahren zum Herstellen einer Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in einem Arbeitsgang bei der Bearbeitung der Nockenwellenlager-Bohrungen (24a) im Zylinderkopf (10) die Nockenwellenlager-Bohrungen (38e, 38f) im Gehäuse (38d) der an der Stirnseite (10b) des Zylinderkopfes (10) befestigten Verstelleinrichtung (38) mit bearbeitet werden.