DE102006012611A1

DE102006012611A1 - Zylinderkopf eines Verbrennungsmotors

Info

Publication number: DE102006012611A1
Application number: DE102006012611A
Authority: DE
Inventors: Ulrich Hütter; Torsten Schellhase
Original assignee: Mahle International GmbH
Current assignee: Mahle International GmbH
Priority date: 2006-03-20
Filing date: 2006-03-20
Publication date: 2007-09-27
Also published as: EP1845238B1; US7434572B2; EP1845238A2; EP1845238A3; US20070215075A1

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Zylinderkopf (1) eines Verbrennungsmotors mit einer darin angeordneten Nockenwellenlagereinrichtung (2), in der eine hohle Nockenwelle (3) drehbar gelagert ist, die einen Abzug für ölnebelhaltige Blow-by-Gase aus einem Kurbelgehäuse bildet und zur Abscheidung des Ölanteils aus diesen Gasen als Ölnebelabscheider ausgebildet ist. Die Nockenwelle (3) durchdringt einen Ventilraum (11). Axial an mindestens einem Ende der Nockenwelle (3) schließt sich unter Bildung eines Axialspaltes (9) eine Zylinderkopfhaube (13) oder eine Mehrkanaleinrichtung (27) an, die jeweils einen an den Hohlraum (5) der Nockenwelle (3) koaxial anschließenden Kanal (10) aufweist, durch welchen gereinigte Blow-by-Gase aus der Nockenwelle (3) abgezogen werden können, und die jeweils so ausgebildet ist, dass sie entweder einen zum Ventilraum (11) hin abgedichteten Ölsammelraum (12) bildet oder abgeschiedenes Öl in einen derartigen Ölsammelraum (12) einleitet.

Description

Die Erfindung betrifft einen Zylinderkopf eines Verbrennungsmotors mit einer am Zylinderkopf angeordneten Nockenwellenlagereinrichtung.

Bei bekannten Verbrennungsmotoren werden im Kurbelgehäuse sogenannte, ölnebelhaltige Blow-By-Gase in eine hohle Nockenwelle eingesaugt und in dieser zentrifugiert, so dass sich das in den Blow-By-Gasen gelöste Öl an einer Innenwand der Nockenwelle niederschlägt. Die dabei an der Innenwand der Nockenwelle abgeschiedenen Öltröpfchen bilden einen Ölfilm, der aufgrund der in der Nockenwelle herrschenden Gasströmung zu einem Ausgang transportiert wird. Nachteilig bei den bekannten Systemen ist, dass diese in dem Bereich, in dem der Öl- und Gasanteil beim Austritt aus der Nockenwelle voneinander getrennt abgeführt werden, bisher konstruktiv aufwendig und daher teuer ausgebildet sind.

Die Erfindung beschäftigt sich daher mit dem Problem, einen gattungsgemäßen Zylinderkopf eines Verbrennungsmotors, d.h. einen solchen mit einer als Ölnebelabscheider ausgebildeten Nockenwelle, gegenüber dem bisher bekannten Stand der Technik derart zu verbessern, dass dieser insgesamt einfacher und damit kostengünstiger hergestellt werden kann.

Gelöst wird dieses Problem durch einen Zylinderkopf mit sämtlichen Merkmalen des Patentanspruchs 1.

Vorteilhafte und zweckmäßige Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche.

Die Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, einen bisher aufwendig konstruierten und jeweils aus vielen Einzelteilen zusammengesetzten Ölsammelraum sowie den aus diesem herausführenden Kanal für das vom Öl gereinigte Gas nunmehr in konstruktiv einfacher Weise durch eine speziell entsprechend gestaltete Zylinderkopfhaube bzw. eine Mehrkanaleinrichtung zu bilden bzw. zu begrenzen und zwar derart, dass einerseits der Ölsammelraum zu einem Ventilraum hin abgedichtet ist und dass andererseits der Gasabführkanal entweder direkt in die Zylinderkopfhaube integriert ist oder innerhalb dieser verläuft. Der Zylinderkopf weist eine daran angeordnete Nockenwellenlagereinrichtung auf, in welcher eine drehbar gelagerte und hohle Nockenwelle angeordnet ist, die einen Abzug für ölhaltige Blow-by-Gase bildet und dabei als Ölnebelabscheider, insbesondere als Zentrifugal-Ölnebelabscheider, ausgebildet ist. Die Nockenwelle durchdringt in axialer Richtung einen, die Lagereinrichtung enthaltenden Ventilraum, in welchem die einzelnen Nocken der Nockenwelle angeordnet sind. Dabei ist an mindestens einem axialen Endbereich der Nockenwelle unter Bildung eines Axialspaltes die Zylinderkopfhaube oder die Mehrkanaleinrichtung angeordnet, welche jeweils einen an den Hohlraum der Nockenwelle im wesentlichen koaxial anschließenden Kanal aufweist, durch den vom Ölnebel gereinigte Blow-by-Gase aufgrund eines Unterdruckes aus der Nockenwelle abgezogen werden können.

Die Zylinderkopfhaube oder die Mehrkanaleinrichtung ist wie oben erwähnt so ausgebildet, dass sie den vom Ventilraum des Verbrennungsmotors abgetrennten Ölabscheideraum zumindest teilweise umschließt. Dies bietet den großen Vorteil, dass die Zylinderkopfhaube oder die Mehrkanaleinrichtung nunmehr zur Bildung des Ölabscheideraums dient, wodurch bisher benötigte separate Bauteile zur Begrenzung des Ölabscheideraums entfallen können, wodurch sich die Teilevielfalt reduzieren und dadurch der Verbrennungsmotor bzw. der Zylinderkopf insgesamt einfacher und kostengünstiger herstellen lassen. Auch der Gasabzugskanal (gereinigtes Blow-by-Gas) kann direkt in die Zylinderkopfhaube eingeformt sein oder zumindest innerhalb dieser verlaufen.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lösung liegt die Zylinderkopfhaube einerseits am Zylinderkopf und andererseits an der Nockenwelle oder an der Nockenwellenlagereinrichtung dichtend an. Anhand dieser Formulierung ist schon deutlich erkennbar, dass unterschiedliche Zylinderkopfhauben zum Einsatz kommen können, welche an einen jeweiligen Verbrennungsmotorentyp angepasst sind und die jeweiligen, spezifischen Besonderheiten berücksichtigen, während ihnen allen gemeinsam ist, dass sie den Ölabscheideraum vom Ventilraum dichtend abtrennen. Die Ausbildung der Zylinderkopfhaube kann sich dabei auch an möglichen, durch zuführenden Wartungsarbeiten orientieren, so dass denkbar ist, das die Zylinderkopfhaube so ausgebildet ist, dass ein besonderes einfacher Zugang zum Ventilraum bzw. zum Ölabscheideraum beim Abnehmen der Zylinderkopfhaube gegeben ist, wodurch die Wartungsfreundlichkeit erhöht und die Wartungskosten gesenkt werden können.

Zweckmäßig ist die Zylinderkopfhaube aus Kunststoff ausgebildet und kann im Bereich von Dichtungen einen metallischen Einsatz aufweisen. Die Ausbildung der Zylinderkopfhaube aus Kunststoff ermöglicht eine nahezu frei wählbare Formgebung bei gleichzeitig hohem gestalterischen Spielraum und lässt sich darüber hinaus kostengünstig realisieren. Eine aus Kunststoff ausgebildete Zylinderkopfhaube bewirkt zudem eine Geräuschdämpfung, was sich insbesondere auf die Lärmemission des Verbrennungsmotors günstig auswirkt. Der im Bereich der Dichtung vorgesehene metallische Einsatz gewährleistet einerseits einen zuverlässigen und dadurch dichten Kontakt zur Dichtung und andererseits eine Steigerung der Lebensdauer der Zylinderkopfhaube, da diese im Bereich von Dichtungen durch den metallischen Einsatz verschleißfester ausgebildet ist.

Vorteilhafte, nachstehend näher erläuterte Ausführungsbeispiele sind in den Zeichnungen jeweils schematisch dargestellt.
Dabei zeigen, jeweils schematisch,
1 einen Längsschnitt durch einen Zylinderkopf im Bereich eines axialen Endbereiches einer Nockenwelle,
2 eine Darstellung wie in 1, jedoch bei einer anderen Ausführungsform einer Zylinderkopfhaube,
3 eine Darstellung wie in 2, jedoch mit einer anderen Nockenwelle und einer anderen Zylinderkopfhaube,
4 eine Detailansicht eines axialen Nockenwellenendes mit einer Mehrkanaleinrichtung.
Entsprechend 1 weist ein teilweise dargestellter Zylinderkopf 1 eines im übrigen nicht dargestellten Verbrennungsmotors eine Nockenwellenlagereinrichtung 2 sowie eine darin drehbar gelagerte, hohle Nockenwelle 3 auf. Die Nockenwelle 3 besitzt mehrere Nocken 4, mit welchen – nicht dargestellte – Ventile des Verbrennungsmotors gesteuert werden. Die hohle Ausbildung der Nockenwelle 3 erlaubt einen Transport von ölhaltigen Blow-by-Gasen in deren Hohlraum 5, wodurch ein Kurbelgehäuse entlüftet werden kann. Dabei ist die hohle Nockenwelle 3 als Ölnebelabscheider, insbesondere als Zentrifugal-Ölnebelabscheider, ausgebildet und bewirkt beim Betrieb des Verbrennungsmotors durch die Drehbewegung der Nockenwelle 3 eine Zentrifugalbeschleunigung der im Hohlraum 5 transportierten Blow-by-Gase. Hierbei werden in den Blow-by-Gasen aerosol gelöste Öltröpfchen radial nach außen be schleunigt, wobei sie sich an einer Innenwand 6 des Hohlraumes 5 in Form eines Ölfilmes 7 niederschlagen. Aufgrund der Strömung der Blow-by-Gase im Hohlraum 5 der Nockenwelle 3 wird der Ölfilm 7 gemäß 1 in Richtung eines axialen Endes 8 der Nockenwelle 3 transportiert, an welchen sich unter Bildung eines Axialspaltes 9 eine Zylinderkopfhaube 13 anschließt, die einen an den Hohlraum 5 der Nockenwelle 3 koaxial anschließenden Kanal 10 besitzt, durch welchen von Ölnebel gereinigte Blow-by-Gase aus der Nockenwelle 3 abgezogen werden können. Der Transport der Blow-by-Gase im Hohlraum 5 bzw. im Kanal 10 erfolgt dabei vorzugsweise durch die Erzeugung eines Unterdruckes.
Wie in 1 dargestellt, durchdringt die Nockenwelle 3 einen, die Nockenwellenlagereinrichtung 2 enthaltenden Ventilraum 11 und ragt axial endseitig aus diesem heraus. Der axiale Endbereich 8 der Nockenwelle 3, welcher nicht im Ventilraum 11 angeordnet ist, ragt dabei in einen Ölabscheideraum 12, welcher im wesentlichen vom Zylinderkopf 1 einerseits und der Zylinderkopfhaube 13 andererseits begrenzt ist. Dabei ist die Zylinderkopfhaube 13 so ausgebildet, dass sie den Ölabscheideraum 12 gegenüber dem Ventilraum 11 abdichtet und somit einen vom Ventilraum 11 abgeschlossenen Raum bildet.
Nach Erreichen des Axialspaltes 9 tritt der an der Innenwand 6 des Hohlraumes 5 abgelagerte Ölfilm 7 aufgrund seiner radialen Beschleunigung in den Ölabscheideraum 12 aus und wird dort aufgefangen bzw. gesammelt. Da der Ölabscheideraum 12 zum Ventilraum 11 hin abgeschlossen ist, herrscht in diesem im wesentlichen der gleiche Unterdruck wie im Hohlraum 5, so dass ein Ausfließen des Ölfilmes 7 aus dem Axialspalt 9 nicht behindert wird.
Der Ölabscheideraum 12 weist gemäß den 1 bis 3 einen im Zylinderkopf 1 gelegenen Ölsumpf 14 auf, in welchem das aus dem Axialspalt 9 ausgetretene Öl zunächst gesammelt wird. Zum Ablassen bzw. Rückführen des im Ölsumpf 14 gesammelten Öls kann dieser ein Ablassventil bzw. eine Ablasssperre 15 aufweisen, welche bei Bedarf geöffnet wird.
Wie in 1 weiter dargestellt, liegt die Zylinderkopfhaube 13 einerseits am Zylinderkopf 1 und andererseits an der Nockenwellenlagereinrichtung 2 dichtend an, wobei in den jeweiligen Berührungsflächen Dichtelemente 16 angeordnet sind. Um den Ölabscheideraum 12 gegenüber dem Ventilraum 11 abzudichten, ist an der Nockenwelle 3 gemäß 1 eine Ringnut 17 vorgesehen, in welcher vorzugsweise eine Ringdichtung 18, beispielsweise ein Kolbenring, angeordnet ist. Generell sollen dabei von der Erfindung sowohl schleifende als auch nicht schleifende Dichtungen umfasst werden.
Zum Ausrichten der Nockenwelle 3 weist diese eine gemäß 1 im Ölabscheideraum 12 gelegene Einstelleinrichtung 19, hier einen Sechskant auf, welcher jedoch bei dieser sowie bei anderen Ausführungsformen (vgl. 3) auch im Ventilraum 11 angeordnet sein kann. Die Einstelleinrichtung 19 liegt dabei gemäß 3 nicht nur im Ventilraum 11 sondern sie ist auch an den letzten Nocken 4 der Nockenwelle 3 herangerückt und kann beispielsweise mit diesem direkt verbunden sein. Insgesamt überdeckt die Zylinderkopfhaube 13 gemäß der 1 nicht nur den Ölabscheideraum 12, sondern auch den Ventilraum 11 sowie die Nockenwellenlagereinrichtung 2.
Des weiteren ist die Nockenwellenlagereinrichtung 2 zumindest zweiteilig ausgebildet und weist zumindest einen oberen Abschnitt 20 sowie untere Lager 21 auf. Dabei können die Lager 21 fest oder einstückig mit dem Zylinderkopf 1 verbunden oder einteilig zu einem separaten Bauteil, nämlich einer unteren Nockenwellenlagereinrichtung verbunden sein. Der obere Abschnitt 20 der Nockenwellenlagereinrichtung 2 ist abnehmbar ausgebildet, so dass ein einfacher Zugang zur Nockenwelle 3 gewährleistet ist. Zwischen dem Ventilraum 11 und dem Ölsammelraum 12 ist eine Schottwand 22 vorgesehen. Im unterhalb der Nockenwelle 3 gelegenen Bereich trennt ein unterer Teil der Schottwand 22 den Ölabscheideraum 12 vom Ventilraum 11, welcher in der Regel gemäß der Erfindung keine Lageraufgabe zur Lagerung der Nockenwelle 3 zufallen soll. Vielmehr ist hierbei in der Regel zwischen der Schottwand 22 und der Nockenwelle 3 ein in der 1 nicht dargestellter Radialspalt vorgesehen, welcher eine direkte Berührung zwischen Schottwand 22 und Nockenwelle 3 meist ausschließt. Zumindest eine Berührung findet jedoch über die Ringdichtung 18 statt, welche einerseits in Kontakt mit der Nockenwelle 3 und andererseits in Kontakt mit der Schottwand 22 steht.
Gemäß 2 ist eine im Vergleich zur 1 andere Ausführungsform der Zylinderkopfhaube 13 dargestellt, wobei diese im Bereich der Ringdichtung 18 einen metallischen Einsatz 23 aufweist, welcher zum Einen die Lebensdauer der Zylinderkopfhaube 13 erhöht und zum anderen eine verbesserte Dichtfunktion der Ringdichtung 18 erlaubt. Da die Zylinderkopfhauben 13 gemäß den 1 bis 3 alle vorzugsweise aus Kunststoff ausgebildet sind, erhöhen derartige metallische Einsätze 23 insbesondere die Verschleißfestigkeit am Übergang von Zylinderkopfhaube 13 zur Ringdichtung 18 bzw. zur Nockenwelle 3.
Im Unterschied zu 1 sind die Zylinderkopfhauben 13 gemäß 2 und 3 anders aufgebaut und weisen jeweils eine zur Achse 24 der Nockenwelle 3 geneigte Oberseite 25 auf. Das Funktionsprinzip, nämlich die Trennung des Ventilraums 11 vom Ölabscheideraum 12 wird jedoch auch mit den Zylinderkopfhauben 13 gemäß den 2 und 3 erreicht.
Im Unterschied zu 2 umfasst die in 3 dargestellte Zylinderkopfhaube 13 auch die untere Schottwand 22, so dass die Schottwand 22 vorzugsweise ein integraler Bestandteil der Zylinderkopfhaube 13 ist. Denkbar ist hierbei auch, dass die Schottwand 22 gemäß der 3 kein integraler Bestandteil der Zylinderkopfhaube 13 ist, sondern separat am Zylinderkopf 1 befestigt ist. Ein Entfernen der Zylinderkopfhaube 13 kann somit lediglich durch ein zunächst erfolgendes Abziehen in Richtung des Pfeiles 26 von der Nockenwelle 3 erfolgen, während ein Entfernen der Zylinderkopfhauben 13 ge mäß den 1 und 2 auch in vertikaler Richtung möglich ist. Sofern der unterhalb der Nockenwelle 3 liegende Teil der Schottwand 22 als separates Bauteil ausgebildet ist, ist auch bei einer Ausgestaltung gemäß 3 ein vertikales Abheben der Zylinderkopfhaube 13 möglich. Der Pfeil 26 gibt dabei gleichzeitig die Strömungsrichtung der aus dem Kurbelgehäuse angesaugten Blow-by-Gase an. Die zur Justierung bzw. Einstellung der Nockenwelle 3 vorgesehene Einstelleinrichtung 19 liegt gemäß 3 im Ventilraum 11 und nicht wie in den 1 und 2 im Ölabscheideraum 12.
Gemäß der 2 wird ein oberhalb der Nockenwelle 3 liegender Abschnitt einer Trennwand zwischen Ventilraum 11 und Ölabscheideraum 12 von der Zylinderkopfhaube 13 gebildet, während hierzu gemäß der 1 ein Bestandteil des oberen Abschnitts 20 der Nockenwellenlagereinrichtung 2 vorgesehen ist.
Gemäß der 4 schließt sich axial endseitig der Nockenwelle 3 unter Bildung eines Axialspaltes 9 eine Mehrkanaleinrichtung 27 an, die einen an den Hohlraum 5 der Nockenwelle 3 koaxial anschließenden Einlasskanal 10 aufweist, durch welchen gereinigte Blow-by-Gase aus der Nockenwelle 3 abgezogen werden können. Die Mehrkanaleinrichtung 27 ist dabei so ausgebildet, dass sie abgeschiedenes Öl in einen Ölsammelraum 12 einleitet. Dabei liegt die Mehrkanaleinrichtung 27 einenends dichtend an der Nockenwelle 3 an, indem sie die Nockenwelle 3 umgreift.
Wie in 4 weiter gezeigt, weist die Mehrkanaleinrichtung 27 einen Auslasskanal auf, durch welchen gereinigte Blow-by-Gase nach außen, das heißt aus der Zylinderkopfhaube 13 heraus, abgeleitet werden. Darüber hinaus weist die Mehrkanaleinrichtung 27 einen Ölrücklaufkanal 29 auf, der mit dem Ölsumpf 12 in Verbindung steht.
Des weiteren umfasst die Mehrkanaleinrichtung 27 ein Tauchrohr 28, das den Auslasskanal bildet, wobei das Tauchrohr 28 einenends mit der Mehrkanaleinrichtung 27 und anderenends mit der Zylinderkopfhaube 13 verbunden ist. Das Tauchrohr 28 ist dabei in die Zylinderkopfhaube 13 eingesteckt und über eine weitere Dichtung 16' dicht mit dieser verbunden.
Alle in der Beschreibung und in den nachfolgenden Ansprüchen dargestellten Merkmale können sowohl einzeln als auch in beliebiger Form miteinander kombiniert erfindungswesentlich sein.

Claims

Zylinderkopf (1) eines Verbrennungsmotors mit – einer am Zylinderkopf (1) angeordneten Nockenwellenlagereinrichtung (2), – einer in der Nockenwellenlagereinrichtung (2) drehbar gelagerten, hohlen Nockenwelle (3), die einen Abzug für ölnebelhaltige Blow-by-Gase aus dem Kurbelgehäuse bildet und zur Abscheidung des Ölanteils aus diesen Gasen als Ölnebelabscheider ausgebildet ist, – wobei die Nockenwelle (3) einen, die Nockenwellenlagereinrichtung (2) enthaltenden Ventilraum (11) durchdringt, – wobei sich axial mindestens einenends an der Nockenwelle (3) unter Bildung eines Axialspaltes (9) eine Zylinderkopfhaube (13) oder eine Mehrkanaleinrichtung (27) anschließt, die jeweils einen an den Hohlraum (5) der Nockenwelle (3) koaxial anschließenden Kanal (10) aufweist, durch welchen gereinigte Blow-by-Gase aus der Nockenwelle (3) abgezogen werden können, – wobei die Zylinderkopfhaube (13) oder die Mehrkanaleinrichtung (27) so ausgebildet sind, dass sie entweder einen zum Ventilraum (11) hin abgedichteten Ölsammelraum (12) bilden oder abgeschiedenes Öl in einen derartigen Ölsammelraum (12) einleiten.
Zylinderkopf nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die Merkmale, – der Ölabscheideraum (12) weist einen im Zylinderkopf (1) gelegenen Ölsumpf (14) auf, – der Ölsumpf (14) weist ein Ablassventil (15) bzw. eine -sperre auf.
Zylinderkopf nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Axialspalt (9) zwischen der Nockenwelle (3) und der Zylinderkopfhaube (13) so ausgebildet ist, dass beim Betrieb des Verbrennungsmotors in der als Ölabscheider ausgebildeten Nockenwelle (3) abgeschiedenes Öl in den Ölabscheideraum (12) austreten kann.
Zylinderkopf nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zylinderkopfhaube (13) einerseits am Zylinderkopf (1) und andererseits an der Nockenwelle (3) oder an der Nockenwellenlagereinrichtung (2) dichtend anliegt.
Zylinderkopf nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Nockenwelle (3) eine Einstelleinrichtung (19) zum Ausrichten der Nockenwelle (3) aufweist, die im Ölabscheideraum (12) oder im Ventilraum (11) angeordnet ist.
Zylinderkopf nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an der Zylinderkopfhaube (13) eine Dichtung (18) vorgesehen ist, die an der Nockenwelle (3) anliegt und die den Ventilraum (11) gegenüber dem Ölabscheideraum (12) abdichtet.
Zylinderkopf nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zylinderkopfhaube (13) aus Kunststoff ausgebildet ist und im Bereich der Dichtung (18) einen metallischen Einsatz (23) aufweist.
Zylinderkopf nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Mehrkanaleinrichtung (27) einenends dichtend an der Nockenwelle (3) anliegt.
Zylinderkopf nach einem der Ansprüche 1, 2 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Mehrkanaleinrichtung (27) einen Einlasskanal aufweist, der mit dem Hohlraum (5) der Nockenwelle (3) verbunden ist, und einen Auslasskanal, durch welchen gereinigte Blow-by-Gase abgeleitet werden, und einen Ölrücklaufkanal (29), der mit dem Ölsumpf (14) in Verbindung steht oder diesen bildet.
Zylinderkopf nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Mehrkanaleinrichtung (27) ein Tauchrohr (28) umfasst, welches den Auslasskanal bildet, wobei das Tauchrohr (28) einenends mit der Mehrkanaleinrichtung (27) und anderenends mit der Zylinderkopfhaube (13) verbunden ist.