DE10130408A1

DE10130408A1 - Zylinderkopf einer Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE10130408A1
Application number: DE10130408A
Authority: DE
Inventors: Ulrich Rieger
Original assignee: DaimlerChrysler AG
Current assignee: Daimler AG
Priority date: 2001-06-23
Filing date: 2001-06-23
Publication date: 2003-01-02
Also published as: US6571762B2; US20020195077A1

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Zylinderkopf (1) einer Brennkraftmaschine mit mindestens einem Auslasskanal (2), der durch einen in den Zylinderkopf eingegossenen, mindestens zweilagigen, mit einer wärmeisolierenden Schicht versehenen und einen Blechkanal (6) aufweisenden Portliner (5) gebildet ist, wobei der Blechkanal von einem schraubenförmig gewickelten Blechstreifen (7) umgeben ist.

Description

Die Erfindung betrifft einen Zylinderkopf einer Brennkraftmaschine mit den Merkmalen des Oberbegriffes des Anspruches 1.

Aus der Offenlegungsschrift DE 39 15 988 A1 ist ein Zylinderkopf einer Brennkraftmaschine bekannt, der mindestens einen Auslasskanal aufweist, der durch einen in den Zylinderkopf eingegossenen Blechkanal gebildet ist. Der Blechkanal besteht aus mindestens zwei Lagen Blech, die einen Spalt bilden, der eine wärmeisolierende Schicht darstellt. Ein in den Zylinderkopf einer Brennkraftmaschine eingegossener oder eingesetzter Kanal zur Wärmeisolierung des heißen Abgases gegenüber dem Zylinderkopfmaterial und dem Kühlwasser ist als Portliner bekannt.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen mehrlagigen Portliner aus Blech für einen Auslasskanal im Zylinderkopf einer Brennkraftmaschine vorzusehen, der bei verbesserter Wärmeisolierung einfach herzustellen ist.

Die Aufgabe wir durch einen Zylinderkopf mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruches 1 gelöst.

Der erfindungsgemäße Zylinderkopf einer Brennkraftmaschine mit einem eingegossenen, mindestens zweilagigen, mit einer wärmeisolierenden Schicht versehenen und einem Blechkanal aufweisenden Portliner zeichnet sich dadurch aus, dass der Blechkanal von einem Blechstreifen schraubenförmig umwickelt ist, wobei sich sowohl zwischen den einzelnen Lagen des Blechstreifens als auch zwischen dem Blechstreifen und dem Blechkanal eine wärmeisolierende Schicht befindet. Durch Wickeln eines Blechstreifen um einen Blechkanal ist ein mehrlagiger, mit einer Isolierschicht versehener Portliner für einen Auslasskanal in einem Zylinderkopf einer Brennkraftmaschine einfach und kostengünstig herstellbar.

In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist der Blechkanal im Bereich der Ventilführung im Zylinderkopf eingegossen. Um ein Verspannen des Portliners aufgrund der großen Temperaturschwankungen im Betrieb der Brennkraftmaschine zu verhindern, ist der Portliner nur an einer Stelle im Zylinderkopf fest eingegossen. Dies geschieht vorzugsweise im Bereich der Ventilführung, da durch ein ungefähr mittiges Einspannen des Blechkanals die Wärmeausdehnung in zwei Richtungen erfolgt. Dadurch ist die absolute Wärmedehnung an den beiden Kanalenden jeweils geringer als bei einer Einspannung an einem Ende.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung wird dadurch erreicht, dass der Blechkanal mittels des gewickelten Blechstreifens im Zylinderkopf längsverschiebbar gelagert ist, um ein Verformung aufgrund der Spannungen bei großer Wärmeausdehnung zu verhindern. Ein Längsgleiten des Blechkanals in dem gewickelten Blechstreifen ist aufgrund der einfachen Lagerung des Blechkanals im Bereich der Ventilführung und des Eingusses des Blechstreifens in den Zylinderkopf ermöglicht.

In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist der Blechstreifen mit einer Beschichtung versehen. Dadurch werden ein einfaches Umformen des Blechstreifens beim Wickeln und gleichzeitig eine wärmeisolierende Wirkung erreicht.

Die Beschichtung ist vorzugsweise aus Grafit ausgeführt. Beim Eingießen setzt Grafit keine Gase frei, die zur Bildung von Lunker im Zylinderkopfmaterial führen können. Des weiteren ist Grafit ein guter Wärmeisolator.

Ferner ist vorteilhaft den Blechkanal durch Innenhochdruckumformen herzustellen. Durch dieses Verfahren kann ein Blechkanal von nahezu beliebiger Form und Verlauf ohne Verbindungsnaht oder ähnliche Strömungshindernisse auf einfache Weise hergestellt werden.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung weist der Blechkanal eine wesentlich dickere Wandstärke auf als der Blechstreifen. Die Wandstärke des Blechkanals ist zum Beispiel ca. 1 bis 1,5 mm. Der Blechkanal hat damit eine geringe Wärmekapazität, die Vorteile beim schnellen Aufheizen des Abgases bringt. Er gewährleistet jedoch eine ausreichende Festigkeit bei hoher Abgastemperatur und Abgasdrücken. Der Blechstreifen ist zum Beispiel aus einer wenige Zehntelmillimeter starken Stahlfolie hergestellt. Eine derart dünne Folie lässt sich einfach an eine gegebene Form des Blechkanals durch schraubenartiges Wickeln und gegebenenfalls Andrücken anpassen. Der Blechstreifen bietet in Verbindung mit der Beschichtung eine gute Wärmeisolation bei ausreichender Festigkeit und Dauerhaltbarkeit des gesamten Portliners.

Eine besonders vorteilhafte Herstellung ist ein Umwickeln eines Rohres mit Blechstreifen, und anschließend das Innenhochdruckumformen des bereits umwickelten Rohres zu einem Blechkanal. Da ein gerades Rohr wesentlich einfacher zu umwickeln ist als ein vorgeformter Blechkanal, eignet sich eine derartige Herstellung gut für ein automatisiertes Umwickeln.

Weitere Merkmale und Merkmalskombinationen ergeben sich aus der Beschreibung sowie den Zeichnungen. Konkrete Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen vereinfacht dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigt
Fig. 1 einen Querschnitt eines Zylinderkopfes mit einem erfindungsgemäßen Auslasskanal, und
Fig. 2 einen Blechkanal, der schraubenförmig von einem Blechstreifen umwickelt ist.
In Fig. 1 ist ein Zylinderkopf 1 einer nicht gezeigten Brennkraftmaschine mit einem Auslasskanal 2, der von einem Sitzringbereich 3 bis zu einem Auslassflansch 4 führt, gezeigt. Der Auslasskanal 2 besteht aus einem in den Zylinderkopf 1 eingegossenen Portliner 5, der wiederum aus einem Blechkanal 6 und einem um den Blechkanal schraubenförmig gewickelten Blechstreifen 7 gemäß Fig. 2 besteht. Im Bereich der Ventilführung 8 ist der Blechkanal 6 in den Zylinderkopf 1 eingegossen und damit in seiner Lage fixiert. Eine Längenänderung aufgrund verschiedener Wärmeausdehnung des Zylinderkopfes 1 und des Blechkanals 6 macht sich bei einer ungefähr mittigen Lagerung des Blechkanals weniger stark bemerkbar. Die Verschiebung aufgrund der Wärmedehnung findet sowohl am Ende des Blechkanals 6 im Sitzringbereich 3 als auch am auslassflanschseitigen Ende statt. Der Blechkanal 6 ist von einem Blechstreifen 7 umwickelt, dadurch ist der Kanal außer im Bereich der Ventilführung 8 nicht direkt mit dem Gussmaterial des Zylinderkopfes 1 verbunden. Der Blechkanal 6 ist mittels des umwickelten Blechstreifens 7, der seinerseits von Zylinderkopfmaterial umgeben ist, fest im Zylinderkopf 1 eingelassen, so dass nur noch minimale Bewegungen durch Wärmedehnung möglich sind, wodurch ein Verspannen im Betrieb verhindert wird. Durch das enge Umwickeln des Blechkanals 6 mit dem Blechstreifen 7 ist der Portliner 5 in seiner Längsrichtung vom Sitzringbereich 3 bis zum Auslassflansch 4 gasdicht und aufgrund des Luftspaltes zwischen den Blechschichten isolierend.
In Fig. 2 ist ein gerades Stück eines erfindungsgemäßen Portliners 5 mit einem Blechkanal 6 und einem um den Blechkanal gewickelten Blechstreifen 7 gezeigt. Der Blechstreifen 7 ist breiter als der Abstand 9 von einer Wicklung zur nächsten, wodurch sich eine mehrfache Wickellage ergibt. Aufgrund der Beschichtung des Blechstreifens 7 sind die einzelnen Lagen der Wicklung gegeneinander wärmeisoliert. Ein zusätzliches Isolationsvolumen 10 befindet sich in dem Raum, der sich mit dreieckigem Querschnitt schraubenförmig um den Blechkanal 6 windet und durch zwei benachbarte Wickellagen des Blechstreifens 7 und den Blechkanal gebildet wird. Durch diese Anordnung des Blechkanals 6 und des gewickelten Blechstreifens 7 wird eine gute Wärmeisolierung, stabile Lagerung des Blechkanals im Zylinderkopf 1, Möglichkeit zur Wärmeausdehnung und kostengünstige Herstellung durch Umwickeln des Blechkanals mit einem dünnen Blechstreifen erreicht. Der Blechkanal 6 ist durch Innenhochdruckumformen in seine für den Abgasstrom günstigste Form gebracht. Der Blechstreifen 7 ist aus wesentlich dünnerem Blech gefertigt und dadurch einfach um den Blechkanal 6 zu wickeln, ohne dass große Hohlräume beziehungsweise unterschiedliche Wandstärken des Portliners entstehen.

Claims

1. Zylinderkopf einer Brennkraftmaschine mit mindestens einem Auslasskanal, der durch einen in den Zylinderkopf eingegossenen, mindestens zweilagigen, mit einer wärmeisolierenden Schicht versehenen und einen Blechkanal aufweisenden Portliner gebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Blechkanal von einem schraubenförmig gewickelten Blechstreifen umgeben ist.

2. Zylinderkopf einer Brennkraftmaschine nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass der Blechkanal im Bereich einer Ventilführung im Zylinderkopf eingegossen ist.

3. Zylinderkopf einer Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 oder 2 dadurch gekennzeichnet, dass der Blechkanal mittels des gewickelten Blechstreifens im Zylinderkopf längsverschiebbar gelagert ist.

4. Zylinderkopf einer Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3 dadurch gekennzeichnet, dass der Blechstreifen mit einer Beschichtung versehen ist.

5. Zylinderkopf einer Brennkraftmaschine nach Anspruch 4 dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung des Blechstreifens aus Grafit besteht.

6. Zylinderkopf einer Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 5 dadurch gekennzeichnet, dass der Blechkanal mit durch Innenhochdruckumformen hergestellt ist.

7. Zylinderkopf einer Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 6 dadurch gekennzeichnet, dass der Blechkanal eine wesentlich dickere Wandstärke als der Blechstreifen aufweist.

8. Zylinderkopf einer Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 7 dadurch gekennzeichnet, dass der Portliner aus einem vor dem Innenhochdruckumformen umwickelten Rohr hergestellt ist.