DE102006021175A1

DE102006021175A1 - Zylinderkopf für eine Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE102006021175A1
Application number: DE200610021175
Authority: DE
Inventors: Robert Dr. Ehart
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2006-05-06
Filing date: 2006-05-06
Publication date: 2007-11-08

Abstract

Zylinderkopf (1) für eine Brennkraftmaschine, mit einem von einer Gaswechselkanalwand (2) gebildeten Gaswechselkanal (3), der zu einem Brennraum führt und zwischen zwei Schraubenpfeifen (4, 4') für Zylinderkopfschrauben angeordnet ist, wobei der Gaswechselkanal (3) radial zumindest abschnittsweise von einem Kühlmittelkanal (5) umgeben ist, wobei der Kühlmittelkanal (5) zumindest abschnittsweise von der Gaswechselkanalwand (2) und einer von der Gaswechselkanalwand (2) räumlich beabstandeten Kühlmittelkanalwand (6) gebildet ist und wobei die Gaswechselkanalwand (2) und die Kühlmittelkanalwand (6) im Kühlmittelkanal (5) vorzugsweise in einer von den Schraubenpfeifen (4, 4') aufgespannten Ebene durch zumindest eine Stützsäule (7) miteinander verbunden sind. Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung werden die mechanische Festigkeit sowie die Kühlung des Zylinderkopfes verbessert.

Description

Die Erfindung betrifft einen Zylinderkopf für eine Brennkraftmaschine mit den Merkmalen aus dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Sie geht von der deutschen Patentschrift DE 35 13 126 C2 aus. In dieser ist ein flüssigkeitsgekühlter Vierventilzylinderkopf für eine Brennkraftmaschine mit einem vom Zylinderkopfboden bis zu einer Zylinderkopfdecke reichenden Wasserraum und einem geodätisch darüber liegenden Steuerraum und mit im Kühlwasserraum zwischen brennraumseitigen Abschnitten des Zylinderkopfbodens quer verlaufenden Stützwänden beschrieben. Zur Versteifung des Zylinderkopfgehäuses sind im Wasserraum in der Ebene der Zylinderkopfdecke eine Längsrippe und in den Ebenen der Stützwände jeweils in benachbarte brennraumseitige Abschnitte des Kühlwasserraums übergreifende Rippenstege und im Steuerraum ein aus längs und quer verlaufenden Rippen bestehender Kreuzverband vorgesehen. Darüber hinaus weist der Vierventilzylinderkopf einen Gaswechseleinlass- und einen Gaswechselauslasskanal auf, wobei der Gaswechselauslasskanal von einem Kühlmittelmantel umgeben ist. Die Gaswechselkanäle sind hierbei jeweils zwischen zwei Schraubenpfeifen für die Zylinderkopfschrauben angeordnet.
Beim Festschrauben des Zylinderkopfes auf einem Kurbelgehäuse erfolgt die Einleitung der Schraubenkräfte zum Kurbelgehäuse nur sehr indirekt über die Bodenplatte und die Außenwände des Zylinderkopfes. Dadurch treten hohe Biegespannungen auf bzw. die Zylinderkopfsteifigkeit reicht nicht aus, um an den von den Schrauben am weitesten entfernten Punkten eine ausreichende Dichtungspressung über die Zylinderkopfdichtung zu garantieren. Dies kann zu Dichtheits- und Haltbarkeitsproblemen bei der Zylinderkopfdichtung führen.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Maßnahme aufzuzeigen, mit der eine gleichmäßigere Dichtungspressung zwischen Zylinderkopf und Kurbelgehäuse erzielt wird.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 gelöst.
Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung wird ein steiferer Zylinderkopf für eine bessere Dichtungspressung zwischen Zylinderkopf und Kurbelgehäuse erzielt. Dies erlaubt in vorteilhafter Weise Zünddrucksteigerungen bzw. die Reduzierung der Schraubenkraft der Zylinderkopfschraube. Darüber hinaus ergibt sich aufgrund des verbesserten Kraftflusses eine geringere mechanische Zylinderkopfbelastung, wodurch einerseits eine Gewichtsreduzierung durch niedrigere Wandstärken möglich ist. Andererseits können auch die Kosten reduziert werden, da billigere Werkstoffe zum Einsatz kommen können.
Die Ausgestaltung gemäß Patentanspruch 2 erlaubt eine kostengünstige Fertigung.
Die Ausgestaltung gemäß Patentanspruch 3 ist eine besonders bevorzugte Ausführungsvariante.
Eine weitere Verbesserung der Festigkeit des Zylinderkopfes ist gemäß Patentanspruch 4 erzielt.
Die Ausgestaltung gemäß Patentanspruch 5 ist ebenfalls eine besonders bevorzugte Ausführungsvariante.
Die Ausgestaltung gemäß Patentanspruch 6 reduziert in vorteilhafter Weise die Temperaturbelastung des Gaswechselauslasskanals.
Im Folgenden ist die Erfindung anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispieles in einer einzigen Figur näher erläutert.
1 zeigt einen Schnitt in einer von Schraubenpfeifen aufgespannten Ebene durch einen erfindungsgemäß ausgestalteten Zylinderkopf.
1 zeigt einen Schnitt durch einen erfindungsgemäß ausgestalteten Zylinderkopf 1 in einer von Schraubenpfeifen 4, 4' aufgespannten Ebene. Eine Schnittfläche ist schraffiert dargestellt. Der Zylinderkopf 1 ist für eine vierzylindrige Brennkraftmaschine vorgesehen. Da der Schnitt durch den Zylinderkopf 1 durch vier gleich ausgeformte Gaswechselkanäle 3 für vier Zylinder ragt, wird nur ein Abschnitt des Zylinderkopfes 1 für einen nicht dargestellten Zylinder beschrieben. Eine Zylinderkopfdichtungsebene ist mit 1' beziffert. Zwischen zwei Schraubenpfeifen 4, 4' ist ein Gaswechselkanal 3 quer zu seiner Längsachse geschnitten. Der Gaswechselkanal 3 ist aus einem ersten Gaswechselkanal 3a, der weitgehend parallel zu einem zweiten Gaswechselkanal 3b angeordnet ist, gebildet. Der Gaswechselkanal 3 kann in einem anderen Ausführungsbeispiel auch einflutig ausgebildet sein. Der Gaswechselkanal 3 ist radial von einer Gaswechselkanalwand 2 umgeben, die wiederum radial weitgehend von einem Kühlmittelkanal 5 umgeben ist. Der Kühlmittelkanal 5 ist somit von der Gaswechselkanalwand 2 und einer von der Gaswechselkanalwand 2 radial beabstandeten Kühlmittelkanalwand 6 gebildet ist.
Erfindungsgemäß ist die Gaswechselkanalwand 2 mit der Kühlmittelkanalwand 6 über vier Stützsäulen 7 miteinander verbunden. In weiteren Ausführungsbeispielen können auch weniger, d. h. zumindest eine Stützsäule 7 oder auch mehr als vier Stützsäulen 7 vorgesehen sein. Die Stützsäulen 7 sind im vorliegenden Ausführungsbeispiel materialeinheitlich mit der Gaswechselkanalwand 2 und der Kühlmittelkanalwand 6. Die Stützsäulen 7 erstrecken sich ausgehend von der Gaswechselkanalwand 2 geodätisch nach oben sowie geodätisch nach unten zur Kühlmittelkanalwand 6. In einer weiteren Ausführungsform können sich die Stützsäulen 7 vom Gaswechselkanal 3 radial nach außen bis zur Kühlmittelkanalwand 6 erstrecken. Auch ist es möglich eine Vielzahl von dünneren Stützsäulen 7 als im Ausführungsbeispiel dargestellt vorzusehen, die sich ausgehend von der Gaswechselkanalwand 2 radial nach außen erstrecken. Bei dieser Ausführungsform erfolgt die Wärmeabfuhr nicht nur in ein Kühlmittel, sondern auch direkt innerhalb des Zylinderkopfmaterials, beispielsweise Aluminium, zu der Kühlmittelkanalwand 6. Ferner sind die Stützsäulen 7 kraftflussoptimiert ausgeführt, d. h. der Übergang der Stützsäule 7 in die Kühlmittelkanalwand 6 bzw. die Gaswechselkanalwand 2 ist verstärkt ausgeführt. In weiteren Ausführungsbeispielen ist es auch möglich, dass die Stützsäulen 7 zwischen der Gaswechselkanalwand 2 sowie einer Schraubenpfeifenwandung der Schraubenpfeife 4, 4' angeordnet sind. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die Kühlmittelkanalwand 6 abschnittsweise durch die Schraubenpfeifenwandungen der Schraubenpfeifen 4, 4' gebildet.
Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist der Gaswechselkanal 3 für eine vierzylindrige Vierventil-Brennkraftmaschine vorgesehen, die erfindungsgemäße Stützsäule 7 kann jedoch auch für Zweiventil-Brennkraftmaschinen vorgesehen werden. Entsprechend dem jeweiligen Kraftfluss im Zylinderkopf kann die Stützsäule 7, wie oben bereits dargestellt, in radialer Richtung an den Außenumfang des Gaswechselkanals 3 angeordnet werden. Bevorzugt wird die erfindungsgemäße Stützsäule an Gaswechselauslasskanäle angeformt, da durch diese Maßnahme in vorteilhafter Weise die Wärmeabfuhr, d. h. die Kühlung nochmals verbessert ist.
Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung wird ein steiferer Zylinderkopf 1 für eine bessere Abdichtung der Brennräume und Medien führender Kanäle, wie Kühl- und Schmiermittelkanäle, erzielt. Somit sind Zünddrucksteigerungen möglich bzw. die Reduzierung der Schraubenkraft der Zylinderkopfverschraubung. Ferner führt die erfindungsgemäße Ausgestaltung zu einer geringeren mechanischen Zylinderkopfbelastung, d. h. es ist eine Gewichtsreduzierung durch niedrigere Wandstärken möglich sowie eine Kostenreduzierung durch die Verwendung von einfacheren bzw. billigeren Werkstoffen. Trotz einer Gewichtsreduzierung ist ferner – wie bereits oben erwähnt – eine Zünddrucksteigerung für die Brennkraftmaschine möglich, wodurch der Wirkungsgrad der Brennkraftmaschine verbessert wird.

1: Zylinderkopf
1': Zylinderkopfdichtungsebene
2: Gaswechselkanalwand
3.: Gaswechselkanal
3a: erster Gaswechselkanal
3b: zweiter Gaswechselkanal
4, 4': Schraubenpfeife
5: Kühlmittelkanal
6: Kühlmittelkanalwand
7: Stützsäule

Claims

Zylinderkopf (1) für eine Brennkraftmaschine, mit einem von einer Gaswechselkanalwand (2) gebildeten Gaswechselkanal (3) der zu einem Brennraum führt und zwischen zwei Schraubenpfeifen (4, 4') für Zylinderkopfschrauben angeordnet ist, wobei der Gaswechselkanal (3) radial zumindest abschnittsweise von einem Kühlmittelkanal (5) umgeben ist, wobei der Kühlmittelkanal (5) zumindest abschnittsweise von der Gaswechselkanalwand (2) und einer von der Gaswechselkanalwand (2) räumlich beabstandeten Kühlmittelkanalwand (6) gebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Gaswechselkanalwand (2) und die Kühlmittelkanalwand (6) im Kühlmittelkanal (5) vorzugsweise in einer von den Schraubenpfeifen (4, 4') aufgespannten Ebene durch zumindest eine Stützsäule (7) miteinander verbunden sind.
Zylinderkopf nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Stützsäule (7) einstückig und materialeinheitlich mit der Gaswechselkanalwand (2) und der Kühlmittelkanalwand (6) ist.
Zylinderkopf nach Patentanspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlmittelkanalwand (6) abschnittsweise durch eine Schraubenpfeife (4, 4') gebildet ist.
Zylinderkopf nach einem der Patentansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Stützsäule (7) kraftflussoptimiert ist.
Zylinderkopf nach einem der Patentansprüche 1 bis 4, wobei der Gaswechselkanal (3) für zwei gleich wirkende Gaswechselventile vorgesehen ist und der Gaswechselkanal (3) aus einem ersten und einem zweiten, parallel zueinander verlaufenden Gaswechselkanal (3a, 3b) gebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der erste und der zweite Gaswechselkanal (3a, 3b) jeweils zumindest eine Stützsäule (7) aufweisen.
Zylinderkopf nach einem der Patentansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Gaswechselkanal (3) ein Gaswechselauslasskanal ist.