DE10039790A1 - Im Zylinderkopf einer Brennkraftmaschine angeordnete Auslasskanäle - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft in einem Zylinderkopf einer Brennkraftmaschine angeordnete Auslasskanäle mit einem aus mindestens einer Blechlage geformten Kanalinnenrohr, das von einem brennraumseitigen Kanaleintritt zu einem Kanalaustritt führt und das am Kanalaustritt in einem Flansch gelagert ist, wobei von jedem Brennraum mindestens zwei im Innenhochdruckumformverfahren hergestellte Kanalinnenrohre wegführen, und dass der Flansch am Kanalaustritt aus mindestens zwei Einzelteilen besteht.

Description

Die Erfindung betrifft in einem Zylinderkopf einer Brennkraft­ maschine angeordnete Auslasskanäle mit einem aus mindestens ei­ ner Blechlage geformten Kanalinnenrohr, das von einem brenn­ raumseitigen Kanaleintritt zu einem Kanalaustritt führt und das am Kanalaustritt in einem Flansch gelagert ist.

Es ist aus der DT 26 16 028 bekannt, in einem Zylinderkopf ei­ ner Brennkraftmaschine Auslasskanäle anzuordnen, die aus einem Kanalinnenrohr aus Blech bestehen, das zu den gegossenen Wänden des Auslasskanals einen mit Luft gefüllten Abstand aufweist und das am Kanalaustritt in einem Flansch gelagert ist.

Ein Luftspalt zwischen dem Kanalinnenrohr und dem Zylinderkopf­ material isoliert den Auslasskanal gegenüber dem im Zylinder­ kopf zirkulierendem Kühlwasser und bewirkt dadurch, daß weniger Wärme ins Kühlwasser und mehr über das Abgas abgeführt wird, welches sich positiv auf den Kühlkreislauf auswirkt (mehr Lei­ stung oder kleinere Kühlanlage möglich). Die sich dadurch erge­ benden höheren Abgastemperaturen erlauben eine bessere Abgas­ nachbehandlung und bedeuten, daß mehr Energie vom Abgas an ei­ nen nachgeschalteten Abgasturbolader abgegeben werden kann.

Um ein Verschieben des Kanalinnenrohres aufgrund unterschiedli­ cher Wärmedehnung gegenüber dem Zylinderkopf zu ermöglichen, ist das Kanalinnenrohr im Bereich des Kanalaustrittes in einem Flansch in Kanallängsrichtung verschiebbar gelagert.

In der oben genannten Schrift ist jeweils nur ein Auslasskanal für jeden Brennraum vorgesehen, dessen Kanalinnenrohr im Be­ reich des Ventilsitzes keine Verbindung mit dem Zylinderkopfma­ terial aufweist, wodurch die Öffnung zum Luftspalt offen im Ab­ gasstrom liegt. Diese im Abgasstrom liegende Öffnung ergibt ähnlich einer Pfeife eine zusätzliche Geräuschquelle und ver­ schlechtert möglicherweise die isolierende Wirkung.

Die Aufgabe der Erfindung ist es, zwei Auslasskanäle im Zylin­ derkopf einer Brennkraftmaschine isolierend auszukleiden, so daß nur wenig Bauraum bei möglichst guter Isolierung benötigt wird.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß von jedem Brennraum mindestens zwei im Innenhochdruckumformverfahren her­ gestellte Kanalinnenrohre wegführen, und daß der Flansch am Ka­ nalaustritt aus mindestens zwei Einzelteilen besteht.

Vorteilhafte und zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung sind den weiteren Patentansprüchen zu entnehmen.

Bei einem Zylinderkopf mit zwei Auslasskanälen je Zylinder ist der Raum für die Kanalführung wesentlich beengter als bei einem Kanal je Zylinder. Wegen der Platzverhältnisse ist der Kanal­ verlauf kein einfach stetig gekrümmter Bogen, sondern meist mehrfach gekrümmt, da im Bereich der Ventilsitze durch einen gewundenen Verlauf gezielt Drehbewegungen der Luftströmung er­ zeugt werden. Ebenfalls variieren die Kanalquerschnitte über den Verlauf.

Derartig komplexe Formen der Kanalinnenrohre lassen sich in Blech nur mehrteilig und zusammengefügt und damit aufwendig herstellen. Ein einfaches Herstellungsverfahren stellt das er­ findungsgemäße Innenhochdruckumformverfahren dar. Beim Innen­ hochdruckumformverfahren ist die Fertigung eines Kanalinnenroh­ res mit gekrümmtem Verlauf und unterschiedlichem Querschnitt über dem Verlauf ein einfaches Verfahren, das keinerlei nach­ trägliches Fügen oder Schweißen erfordert.

Der Flansch aus Blech, der am Kanalaustritt die Kanalinnenrohre hält, ist im Zylinderkopf eingegossen und weist eine Einbörde­ lung senkrecht zur Flanschfläche in entgegengesetzter Strö­ mungsrichtung der Abgase auf.

Bei den eingeschränkten Platzverhältnissen an der Zylinderkopf­ flanschfläche und um einen einfachen Anschluß an den Auspuff­ krümmer zu ermöglichen, ist es erforderlich, die beiden Aus­ lasskanäle möglichst nahe beieinander aus dem Zylinderkopf mün­ den zu lassen. Bei einem Blechflansch ist es nur sehr schwer möglich, unmittelbar nebeneinander zwei Einbördelungen zur Auf­ nahme des Kanalinnenrohres zu fertigen. Ist der Blechflansch aus zwei miteinander verschweißten Einzelteilen gefertigt, ist eine wesentlich einfachere Herstellung der Einzelteile möglich. Zusätzlich können die beiden Auslaßkanäle sehr nahe beieinander verlaufen, näher als bei einem einteiligen Blechflansch.

Um eine isolierende Wirkung im Auslasskanal zu erzielen, ist um das Kanalinnenrohr eine wärmeisolierende Schicht angebracht. Diese kann zum Beispiel aus Luft, Keramikmaterial, Kernsand aus dem Giessprozess oder dergleichen bestehen.

Besonders vorteilhaft ist eine Ausführung der wärmeisolierenden Schicht durch zwei Blechlagen, zwischen denen sich ein Luftspalt befindet. Die Kanalinnenrohre der beiden Kanäle je Brennraum sind - wie vorher beschrieben - in einem Flansch längsverschiebbar gelagert. Um die beiden Kanalinnenrohre herum ist mit einem Luftspalt beabstandet jeweils ein Kanalaußenrohr im Zylinderkopf eingegossen. Da die beiden Kanalinnenrohre zum Kanalaustritt hin nahe beieinander verlaufen, ist in diesem Be­ reich das Kanalaußenrohr des einen Auslasskanals mit dem Ka­ nalaußenrohr des anderen Auslasskanals zusammengeführt, so daß um die beiden Kanalinnenrohre nur ein Kanalaußenrohr verläuft.

Das Kanalaußenrohr ist zweiteilig ausgeführt, so daß das Ka­ nalinnenrohr einfach eingelegt werden kann. Nach Einlegen des Kanalinnenrohres werden die beiden Einzelteile des Kanalaußen­ rohres verbunden, zum Beispiel verschweißt, und in das Kernpa­ ket des Zylinderkopfes eingelegt.

Die Erfindung ist im folgenden anhand von Ausführungsbeispielen in der Zeichnung dargestellt und näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 einen Ausschnitt eines Zylinderkopfes mit einem Auslass­ kanal mit einer wärmeisolierenden Schicht vom Brennraum bis zum Auspufflansch entlang der Linie I-I in Fig. 2.

Fig. 2 einen Ausschnitt entlang der Linie II-II in Fig. 1 eines Zylinderkopfes mit zwei Auslasskanälen, die von einer wärmeisolierenden Schicht umgeben sind.

Fig. 3 den Flansch zur Lagerung der Kanalinnenrohre entspre­ chend Einzelheit X in Fig. 2, links als Einzelteil, in der Mitte in eingebautem Zustand, rechts die Verbin­ dungsstelle in vergrößertem Maßstab.

Fig. 4 eine zweite Variante des Flansches zur Lagerung der Ka­ nalinnenrohre entsprechend Einzelheit X in Fig. 2, links als Einzelteil, in der Mitte in eingebautem Zustand, rechts die Verbindungsstelle in vergrößertem Maßstab.

Fig. 5 eine dritte Variante des Flansches zur Lagerung der Ka­ nalinnenrohre entsprechend Einzelheit X in Fig. 2, links als Einzelteil, in der Mitte in eingebautem Zustand, rechts die Verbindungsstelle in vergrößertem Maßstab.

Fig. 6 einen Ausschnitt eines Zylinderkopfes mit einem Auslass­ kanal mit zwei Blechrohren, zwischen denen sich ein Luftspalt befindet, vom Brennraum bis zum Auspufflansch entlang der Linie VI-VI in Fig. 7 und Fig. 8.

Fig. 7 einen Ausschnitt entlang der Linie ViI-VII in Fig. 6 eines Zylinderkopfes mit zwei Auslasskanälen mit zwei Blechrohren, zwischen denen sich ein Luftspalt befindet.

Fig. 8 einen Ausschnitt entlang der Linie ViI-ViI in Fig. 6 ei­ nes Zylinderkopfes mit zwei Auslasskanälen mit zwei Blechrohren, zwischen denen sich ein Luftspalt befindet.

In einem Zylinderkopf 1 in Fig. 1 verläuft ein Abgaskanal 2b von einem Brennraum 3 über einen Ventilsitz 4 an einer Ventil­ führung 5 vorbei bis zu einer Flanschfläche 6, an der ein nicht gezeigter Abgaskrümmer angeschraubt ist. Ein Kanalinnenrohr 7 aus Blech ist im Bereich des Ventilsitzes 4 und der Ventilfüh­ rung 5 im Zylinderkopf 1 eingegossen. Im Bereich eines Kanal­ austrittes 8 an der Flanschfläche 6 ist das Kanalinnenrohr 7 in einem Flansch 9 verschiebbar gelagert. Zwischen dem Kanalinnen­ rohr 7 und dem Zylinderkopf 1 ist eine wärmeisolierende Schicht 10 vorgesehen, die zum Beispiel aus Luft, Keramikmaterial, Kernsand aus dem Giessprozess oder dergleichen bestehen kann.

In Fig. 2 sind zwei Abgaskanäle 2a, 2b in einem Zylinderkopf gezeigt. Um einen Drall im Brennraum 3 zu erzeugen ist der so­ genannte Ventilstern (zwei Einlassventile und zwei Auslaßventi­ le bilden einen Stern) um eine nicht gezeigte Zylindermitte ge­ dreht. Dies ist in Fig. 2 dadurch zu sehen, daß die Ventilsitze 4 der beiden nicht gezeigten Auslaßventile um die Zylindermit­ te, hier in Form der Aufnahme 11 der mittigen Einspritzdüse ge­ zeigt, verdreht angeordnet sind, d. h. es gibt einen kurzen Ab­ gaskanal 2a und einen langen Abgaskanal 2b. Es ist deutlich zu sehen, dass durch räumliche Gegebenheiten im Zylinderkopf 1 be­ dingt, die Abgaskanäle 2a, 2b bei unterschiedlichen Querschnit­ ten einen gewundenen Verlauf aufweisen. Die zwei Kanalinnenroh­ re sind von einer wärmeisolierenden Schicht 10 umgeben, die im Bereich eng beieinander verlaufender Kanalinnenrohre zusammen­ gewachsen ist.

Die beiden Kanalinnenrohre 7 der Abgaskanäle 2a, 2b sind in ei­ nem Flansch 9 am Kanalaustritt 8 verschiebbar gelagert. Der Flansch 9 ist im Zylinderkopf 1 eingegossen und weist eine Ein­ bördelung 12 in Richtung des Kanalverlaufs auf. Diese Einbörde­ lung 12 hat einen geringfügig größeren Innendurchmesser als der Außendurchmesser des in ihr steckenden Kanalinnenrohres 7, so daß eine Längsverschiebbarkeit bei gleichzeitige Querfixierung gegeben ist.

In Fig. 3 ist im linken Teil der Flansch 9 als Einzelteil ge­ zeigt. Die Querschnitte der beiden Abgaskanäle 2a, 2b bezie­ hungsweise der Kanalinnenrohre 7 sind aus Bauraumgründen hocho­ val, eine Form für die das Innenhochdruckumformverfahren beson­ ders geeignet ist. Der Flansch 9 ist aus zwei Einzelteilen stumpf zusammengeschweißt, damit die Einbördelungen 12 der bei­ den Teile des Flansches nahe beieinander angeordnet sind. Die stumpfe Schweißnaht 13 ist im rechten Teil der Fig. 3 als ver­ größerter Ausschnitt gezeigt. Im mittleren Teil der Fig. 3 ist durch die beiden Pfeile der geringe Abstand a zwischen den Ka­ nalinnenrohren hervorgehoben.

In Fig. 4 ist eine gleichgerichtet überlappende Schweißnaht 14 der beiden Einzelteile des Flansches 9 als weitere Ausbildung der Verbindung gezeigt. Ansonsten gilt die Beschreibung wie zu Fig. 3.

In Fig. 5 ist eine gegengerichtet überlappende Schweißnaht 15 der beiden Einzelteile des Flansches 9 als weitere Ausbildung der Verbindung gezeigt. Ansonsten gilt die Beschreibung wie zu Fig. 3.

In einem Zylinderkopf 1 in Fig. 6 verläuft ein Abgaskanal 2b von einem Brennraum 3 über einen Ventilsitz 4 an einer Ventil­ führung 5 vorbei bis zu einer Flanschfläche 6, an der ein nicht gezeigter Abgaskrümmer angeschraubt ist. Ein Kanalinnenrohr 7 aus Blech ist im Bereich des Ventilsitzes 4 in einem Kanalau­ ßenrohr 16 in Kanalrichtung verschiebbar gelagert und im Be­ reich der Ventilführung S im Zylinderkopf 1 eingegossen. Im Be­ reich eines Kanalaustrittes 8 an der Flanschfläche 6 ist das Kanalinnenrohr 7 in einem Flansch 9 verschiebbar gelagert.

Das Kanalaußenrohr 16 ist direkt im Zylinderkopf 1 eingegossen und hat einen Abstand zum Kanalinnenrohr 7. Der Zwischenraum zwischen dem Kanalinnenrohr 7 und dem Kanalaußenrohr 16 ist mit Luft gefüllt. Für eine einfache Montage des Kanalinnenrohres 7 im Kanalaußenrohr 16 ist das Kanalaußenrohr zweiteilig ausge­ führt und an einer Fuge 17 verschweißt.

In Fig. 7 sind zwei Abgaskanäle 2a, 2b gezeigt in einem Zylin­ derkopf 1 entlang der Linie VII-VII in Fig. 6 geschnitten. Um einen Drall im Brennraum 3 zu erzeugen ist der sogenannte Ven­ tilstern (zwei Einlassventile und zwei Auslaßventile bilden ei­ nen Stern) um eine nicht gezeigte Zylindermitte gedreht. Dies ist in Fig. 7 dadurch zu sehen, daß die Ventilsitze 4 der bei­ den nicht gezeigten Auslaßventile um die Zylindermitte, hier in Form der Aufnahme 11 der mittigen Einspritzdüse gezeigt, ver­ dreht angeordnet sind, d. h. es gibt einen kurzen Abgaskanal 2a und einen langen Abgaskanal 2b. Es ist deutlich zu sehen, dass durch räumliche Gegebenheiten im Zylinderkopf 1 bedingt, die Abgaskanäle 2a, 2b bei unterschiedlichen Querschnitten einen gewundenen Verlauf aufweisen. Die zwei Kanalinnenrohre 7 von einem Kanalaußenrohr 16 umgeben. Ein Luftspalt 18 ist sowohl zwischen den beiden Kanalinnenrohren 7 als auch zwischen den Kanalinnenrohren und dem Kanalaußenrohr 16.

Die beiden Kanalinnenrohre 7 der Abgaskanäle 2a, 2b sind in ei­ nem Flansch 9 am Kanalaustritt 8 verschiebbar gelagert. Der Flansch 9 und das Kanalaußenrohr 16 sind im Zylinderkopf 1 ein­ gegossen. Der Flansch 9 weist eine Einbördelung 12 auf mit ei­ nem geringfügig größeren Innendurchmesser als der Außendurch­ messer des in ihr steckenden Kanalinnenrohres 7, so daß eine Längsverschiebbarkeit bei gleichzeitiger Querfixierung gegeben ist. In der Fig. 7 ist der zweiteilige Flansch 9 aus zwei Ein­ zelteilen verschweißt, wie in Fig. 3 gezeigt. Es ist jedoch auch eine Verbindung wie in Fig. 4 oder Fig. 5 gezeigt möglich.

In der Fig. 8 ist eine andere Variante eines Abgaskanals 2a, 2b mit einem Kanalinnenrohr 7 und jeweils einem separaten Kanalau­ ßenrohr 16 gezeigt. Bei dieser Ausführung ist jedes Kanalinnen­ rohr 7 von einem in den Zylinderkopf 1 eingegossenen Kanalau­ ßenrohr 16 durch einen Luftspalt 18 über die gesamte Länge ge­ trennt. Die beiden Kanalinnenrohre 7 sind in einem gemeinsamen Flansch 9 längsverschiebbar gelagert. In der Fig. 8 ist der zweiteilige Flansch 9 aus zwei Einzelteilen, wie in Fig. 3 ge­ zeigt, verschweißt. Es ist jedoch auch eine Verbindung wie in Fig. 4 oder Fig. 5 gezeigt möglich.

Claims (5)

1. In einem Zylinderkopf einer Brennkraftmaschine angeordnete Auslasskanäle mit einem aus mindestens einer Blechlage geform­ ten Kanalinnenrohr, das von einem brennraumseitigen Kanalein­ tritt zu einem Kanalaustritt führt und das am Kanalaustritt in einem Flansch gelagert ist, dadurch gekennzeichnet, daß von jedem Brennraum (3) mindestens zwei im Innenhochdruck­ umformverfahren hergestellte Kanalinnenrohre (7) wegführen, und daß der Flansch (9) am Kanalaustritt (8) aus mindestens zwei Einzelteilen besteht.

2. Auslasskanäle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einzelteile des Flansches (9) am Kanalaustritt (8) mit­ einander verschweißt sind.

3. Auslasskanäle nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß sich zwischen den Kanalinnenrohren (7) und einem Gußwerk­ stoff des Zylinderkopfes (1) eine wärmeisolierende Schicht (10) befindet.

4. Auslasskanäle nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kanalinnenrohre (7) von aus Blechlagen bestehenden Ka­ nalaußenrohren (16) einen Luftspalt bildend umgeben sind.

5. Auslasskanäle nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Kanalaußenrohre (16) in ihrer Längserstreckung zumindest teilweise zusammengefasst sind.