DE102008050195A1

DE102008050195A1 - Cylinder head for internal-combustion engine, has gas channel, bearing sleeve for gas exchange valve, and case for fixing bolt, where cam shaft storage, base plate, and multiple side panels are provided

Info

Publication number: DE102008050195A1
Application number: DE200810050195
Authority: DE
Inventors: Heiko Neukirchner
Original assignee: IAV GmbH Ingenieurgesellschaft Auto und Verkehr
Current assignee: IAV GmbH Ingenieurgesellschaft Auto und Verkehr
Priority date: 2008-10-01
Filing date: 2008-10-01
Publication date: 2010-04-08

Abstract

The cylinder head (1) has a gas channel (2) and a bearing sleeve (7) for a gas exchange valve. A case (9) is provided for a fixing bolt, where a cam shaft storage (5), a base plate (12) and multiple side panels (10,11) are provided. A sheet metal part (8) is provided for penetrating the bearing sleeve and the case, where a transverse stiffener (6) is provided. An independent claim is included for a method for manufacturing a cylinder head.

Description

Die Erfindung betrifft einen Zylinderkopf für Brennkraftmaschinen mit den im Oberbegriff des Patentanspruches 1 genannten Merkmalen sowie ein dazugehöriges Verfahren zur Herstellung eines Zylinderkopfs für eine Brennkraftmaschine mit den im Oberbegriff des Patentanspruches 10 genannten Merkmalen.The The invention relates to a cylinder head for internal combustion engines with the features mentioned in the preamble of claim 1 and an associated method for producing a Cylinder head for an internal combustion engine with the in the preamble of the claim 10 features mentioned.

Bei der Herstellung von Zylinderköpfen für Brennkraftmaschinen ist besonders darauf zu achten, dass diese eine sehr hohe Haltbarkeit aufweisen, hohe thermische Belastungen standhalten können und neben einer stabilen Ausgestaltung eine leichte Bauweise aufweisen. So ist es beispielsweise aus der DE 36 05 519 C2 bekannt, Zylinderköpfe mittels Gussverfahren aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung herzustellen.In the production of cylinder heads for internal combustion engines, particular care must be taken to ensure that they have a very high durability, can withstand high thermal loads and, in addition to a stable design, have a lightweight construction. So it is for example from the DE 36 05 519 C2 Known to produce cylinder heads by casting of aluminum or an aluminum alloy.

Zum Schutz der aus Aluminium hergestellten Zylinderköpfe gegenüber den hohen thermischen Belastungen vom Brennraum der Brennkraftmaschine ist es gemäß der DE 41 24 811 C1 bekannt, den Zylinderkopf durch Reibschweißen mit einer temperaturbeständigen Bodenplatte zu verbinden.To protect the cylinder heads made of aluminum against the high thermal loads from the combustion chamber of the internal combustion engine, it is according to the DE 41 24 811 C1 known to connect the cylinder head by friction welding with a temperature-resistant bottom plate.

Nachteilig bei gegossenen Zylinderköpfen ist die aufwendige Gussform und die damit verbundene Fehlerquote bei der Herstellung. Außerdem stellt das Druckgussverfahren eine teure Herstellungsmethode dar.adversely in cast cylinder heads is the elaborate mold and the associated error rate in the production. Furthermore the die casting process is an expensive manufacturing method.

Um die Gussformen zu vereinfachen, ist es bekannt, den Zylinderkopf geteilt auszuführen und die Teile durch Verschweißen oder Verschrauben miteinander zu verbinden. So ist aus der DE 286 938 A ein Zylinderdeckel bekannt, der durch eine schmiedeeiserne Platte und einen Deckelkörper gebildet wird. Dabei wird der Deckelkörper durch Schweißen und Schrumpfen mit der Platte verbunden. Aus der DE 399 362 A ist ein Zylinderkopf für Verbrennungskraftmaschinen bekannt, deren Gussteile durch Verschweißen miteinander verbunden werden. Gemäß der CH 158 337 A wird eine Abdeckplatte mit dem Zylinderdeckelkörper zusammengelötet und die Büchsen für die Ventile können durch Einpressen, Einschrauben oder Verlöten mit dem Zylinderdeckel verbunden werden.In order to simplify the molds, it is known to perform the cylinder head split and connect the parts by welding or bolting together. So is out of the DE 286 938 A a cylinder cover known, which is formed by a wrought-iron plate and a lid body. In this case, the lid body is connected by welding and shrinking with the plate. From the DE 399 362 A is known a cylinder head for internal combustion engines, the castings are joined together by welding. According to the CH 158 337 A For example, a cover plate is brazed to the cylinder cover body and the bushings for the valves can be connected to the cylinder cover by being pressed in, screwed or soldered.

Nachteilig ist auch hierbei ein hoher Fertigungsaufwand für die Herstellung eines Zylinderkopfes. Außerdem sind diese Zylinderköpfe sehr materialaufwendig und erhöhen somit das Gewicht des herzustellenden Zylinderkopfes.adversely Here is a high production cost for the production a cylinder head. Besides, these are cylinder heads very material intensive and thus increase the weight of the to be produced cylinder head.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Zylinderkopf für Brennkraftmaschinen und ein dazugehöriges Verfahren zur Herstellung von Zylinderköpfen zu schaffen, das sich durch einen einfachen Aufbau bei günstigen Fertigungsbedingungen und geringen Kosten auszeichnet und das den Anforderungen hinsichtlich der thermischen Belastungen und der Stabilität gerecht wird.Of the Invention is based on the object, a cylinder head for Internal combustion engines and an associated method for Production of cylinder heads to create that through a simple structure with favorable production conditions and low costs and that meets the requirements the thermal loads and stability becomes.

Diese Aufgabe wird entsprechend dem Zylinderkopf erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruches 1 und entsprechend dem Verfahren zur Herstellung von Zylinderköpfen erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruches 10 gelöst.These Task is according to the invention by the cylinder head the characterizing features of claim 1 and corresponding the method for the production of cylinder heads according to the invention solved the characterizing features of claim 10.

Erfindungsgemäß wird der Zylinderkopf als gebauter Zylinderkopf ausgeführt, bei dem die vorgefertigten Bauteile des Zylinderkopfs, wie ein Gaskanal, eine Lagerhülse für ein Ladungswechselventil, eine Hülse für eine Befestigungsschraube, eine Nockenwellenlagerung, eine Bodenplatte, mehrere den Zylinderkopf begrenzende Seitenwände, ein von der Lagerhülse und der Hülse durchdringendes Blechteil und eine Querversteifung, durch stoffschlüssiges Fügen, wie Schweißen, Löten oder Kleben, miteinander verbunden sind. Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren werden die vorgefertigten Bauteile des Zylinderkopfs in ihre herzustellende Einbaulage positioniert und durch stoffliches Fügen miteinander verbunden.According to the invention the cylinder head designed as a built cylinder head, in which the prefabricated components of the cylinder head, such as a gas channel, a bearing sleeve for a charge exchange valve, a Sleeve for a fastening screw, a camshaft bearing, a bottom plate, a plurality of sidewalls delimiting the cylinder head, one penetrating from the bearing sleeve and the sleeve Sheet metal part and a transverse reinforcement, by cohesive Joining, such as welding, soldering or gluing, connected to each other. According to the method of the invention be the prefabricated components of the cylinder head in her Installation position positioned and by material joining together connected.

Die Vorteile der erfindungsgemäßen Lösung bestehen darin, dass die einzelnen Bauteile des herzustellenden Zylinderkopfs vorgefertigt werden und entsprechend ihrer jeweiligen Funktion und ihrer thermischen Belastung aus unterschiedlichen Materialien bestehen. Durch den gebauten Zylinderkopf entfallen aufwendige und kostenintensive Gussformen und Gießverfahren zur Herstellung von Zylinderköpfen. Durch die gebaute Ausführung können auch komplizierte Bauformen realisiert werden, die mittels eines Gießverfahrens fertigungstechnisch nicht herzustellen sind. Ein weiterer Vorteil des gebauten Zylinderkopfes ist die kostengünstige Herstellung und die robuste Bauweise des Zylinderkopfes.The Advantages of the solution according to the invention exist in that the individual components of the cylinder head to be produced be prefabricated and according to their respective function and their thermal load consist of different materials. The built-cylinder head eliminates costly and expensive Casting and casting processes for the production of cylinder heads. Due to the built design can also be complicated Designs are realized by means of a casting process are not produced by manufacturing technology. Another advantage the built cylinder head is the cost-effective production and the robust design of the cylinder head.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen beschrieben, sie werden in der Beschreibung zusammen mit ihren Wirkungen erläutert.Further advantageous embodiments are in the subclaims They are described in the description along with their effects explained.

Anhand einer Zeichnung wird die Erfindung nachfolgend an Ausführungsbeispielen näher beschrieben. In der dazugehörigen Zeichnung ist schematisch ein erfindungsgemäßer Zylinderkopf dargestellt.Based a drawing, the invention is below to embodiments described in more detail. In the accompanying drawing schematically is a cylinder head according to the invention shown.

Der Zylinderkopf 1 ist einerseits über eine Bodenplatte 12 und eine nicht dargestellte Dichtung mit einem Zylindergehäuse einer Brennkraftmaschine und andererseits mit einem ebenfalls nicht dargestellten Zylinderkopfdeckel verbunden. Der Zylinderkopf 1 ist erfindungsgemäß in gebauter Ausführung hergestellt, wobei die einzelnen Bauteile des Zylinderkopfs vorgefertigt werden. Begrenzt wird der Zylinderkopf 1 von unten durch die Bodenplatte 12 und seitlich durch mehrere Seitenwände 10 und 11, wobei in der Zeichnung die vorderen und hinteren Seitenwände nicht dargestellt sind. Die Seitenwände 10; 11 und die Bodenplatte 12 werden als Blechteile vorgefertigt, wobei eine Seitenwand 10 mit einer Durchtrittsöffnung für einen Gaskanal 2 versehen ist. Aufgrund der hohen Temperaturbelastung von dem Brennraum der Brennkraftmaschine kann dabei die Bodenplatte 12 aus einem hochwarmfesten Werkstoff bestehen. Die Bodenplatte 12 ist mit mehreren Durchtrittsöffnungen, wie für Befestigungsschrauben, die durch die Hülsen 9 geführt werden, für einen Gaskanal 2 und für eine Kühlmitteldurchtrittöffnung 3 und gegebenenfalls für eine Zündkerze, versehen. Der in den Zylinderkopf 1 zu integrierende Gaskanal 2, der mit einer Durchtrittsöffnung für eine Lagerhülse 7 für ein nicht dargestelltes Ladungswechselventil versehen ist, wird ebenfalls als Blechteil mit eventueller Wärmeschutzisolation als Bauteil vorgefertigt. Ebenso werden die Lagerhülse 7 und eine Nockenwellenlagerung 5 als Bauteile vorgefertigt, wobei diese mit einem entsprechenden Lagermaterial versehen sind. Weiterhin wird ein Blechteil 8 und eine als Blechteil ausgeführte Querversteifung 6 vorgefertigt, die zur Stabilisierung und zur Positionierung der Bauteile in dem herzustellenden Zylinderkopf 1 dienen.The cylinder head 1 is on the one hand on a bottom plate 12 and a seal, not shown, connected to a cylinder housing of an internal combustion engine and on the other hand with a cylinder head cover, also not shown. The cylinder head 1 is according to the invention in a built version manufactured, with the individual components of the cylinder head are prefabricated. The cylinder head is limited 1 from below through the bottom plate 12 and laterally through several side walls 10 and 11 wherein in the drawing, the front and rear side walls are not shown. The side walls 10 ; 11 and the bottom plate 12 are prefabricated as sheet metal parts, with a side wall 10 with a passage opening for a gas channel 2 is provided. Due to the high temperature load of the combustion chamber of the internal combustion engine while the bottom plate 12 consist of a high temperature resistant material. The bottom plate 12 is with several passages, as for fixing screws, through the sleeves 9 be guided, for a gas channel 2 and for a coolant passage opening 3 and optionally for a spark plug. The in the cylinder head 1 integrated gas duct 2 provided with a passage opening for a bearing sleeve 7 is provided for a charge exchange valve, not shown, is also prefabricated as a sheet metal part with any thermal insulation as a component. Likewise, the bearing sleeve 7 and a camshaft bearing 5 prefabricated as components, which are provided with a corresponding bearing material. Furthermore, a sheet metal part 8th and a transverse metal reinforcement designed as a sheet metal part 6 prefabricated, which stabilize and position the components in the cylinder head to be produced 1 serve.

Zur Herstellung des gebauten Zylinderkopfs 1 werden die vorgefertigten Bau- bzw. Einzelteile entsprechend ihrer endgültigen Lage zueinander positioniert und wenn erforderlich, durch Heften miteinander verbunden. Zur genauen Positionierung der Seitenwände 10; 11 ist die Bodenplatte 12 mit einer entsprechenden Aussparung versehen. Die Hülse 9 für die Befestigungsschraube und die Lagerhülse 7 sind jeweils mit einem Anlageabsatz 13 zur Positionierung des Blechteils 8 und der Lagerhülse 7 versehen. Nach dem Positionieren der Bauteile werden die Einzelteile durch stoffschlüssiges Fügen zur Herstellung des Zylinderkopfes miteinander verbunden. Das stoffliche Fügen erfolgt dabei durch Schweißen, Löten oder Kleben.For the production of the built cylinder head 1 The prefabricated construction or items are positioned according to their final position to each other and, if necessary, connected by stitching together. For exact positioning of the side walls 10 ; 11 is the bottom plate 12 provided with a corresponding recess. The sleeve 9 for the fastening screw and the bearing sleeve 7 are each with an investment sales 13 for positioning the sheet metal part 8th and the bearing sleeve 7 Mistake. After positioning of the components, the items are joined together by cohesive joining for the production of the cylinder head. The material joining takes place by welding, soldering or gluing.

Entsprechend der Anordnung der Einzelteile werden alle Seitenwände 10; 11, die Hülse 9 und der Gaskanal 2 mit der Bodenplatte 12 durch stoffliches Fügen miteinander verbunden. Mit der Bodenplatte 12 wird außerdem die Hülse 9 und der Gaskanal 2 verbunden. Das Blechteil 8 und die Querversteifung 6 werden miteinander und jeweils mit den Seitenwänden 10; 11 verbunden. Außerdem erfolgt eine stoffliche Verbindung zwischen dem Blechteil 8 und der das Blechteil 8 durchdringenden Hülse 9 und der das Blechteil 8 durchdringenden Lagerhülse 7. Der Gaskanal 2 wird weiterhin mit der Seitenwand 10 und der den Gaskanal 2 durchdringenden Lagerhülse 7 verbunden. Die in der Durchtrittsöffnung der Querversteifung 6 positionierte Nockenwellenlagerung 5 wird mit der Querversteifung 6 verbunden.According to the arrangement of the items, all sidewalls become 10 ; 11 , the sleeve 9 and the gas channel 2 with the bottom plate 12 connected by material joining. With the bottom plate 12 will also be the sleeve 9 and the gas channel 2 connected. The sheet metal part 8th and the transverse stiffening 6 be with each other and each with the side walls 10 ; 11 connected. In addition, a material connection between the sheet metal part 8th and the sheet metal part 8th penetrating sleeve 9 and the sheet metal part 8th penetrating bearing sleeve 7 , The gas channel 2 will continue with the sidewall 10 and the gas channel 2 penetrating bearing sleeve 7 connected. The in the passage opening of the transverse reinforcement 6 positioned camshaft bearing 5 is with the transverse reinforcement 6 connected.

Die Schweißnaht 14, die die Stirnfläche des Gaskanals 2 mit der Innenwandung der Durchtrittsöffnung für den Gaskanal 2 durch die Bodenplatte 12 verbindet, ist im Bereich der Anbindung der Bodenplatte 12 an ein Zylindergehäuse als ein Stützring für den Gaskanal 2 ausgebildet und besteht aus einem legierten Material. Entsprechend der Ausbildung der Brennkraftmaschine werden mehrere gebaute Zylinderköpfe 1 zu einem gemeinsamen Zylinderkopf für die Brennkraftmaschine zusammengefügt. Dazu werden vorher die Anschlussflächen der Seitenwände 10; 11 nach dem Fügeprozess mechanisch bearbeitet. Entsprechend der Ausführung der Brennkraftmaschine kann der gebaute Zylinderkopf 1 noch mehrere zusätzliche Einzelbauteile, wie zum Beispiel eine Aufnahme für die Zündkerze, enthalten.The weld 14 covering the end face of the gas channel 2 with the inner wall of the passage opening for the gas channel 2 through the bottom plate 12 connects, is in the area of the connection of the bottom plate 12 to a cylinder housing as a support ring for the gas channel 2 formed and consists of an alloyed material. According to the embodiment of the internal combustion engine, a plurality of built cylinder heads 1 assembled to a common cylinder head for the internal combustion engine. For this purpose, before the pads of the side walls 10 ; 11 Machined mechanically after the joining process. According to the embodiment of the internal combustion engine, the built cylinder head 1 still contain several additional individual components, such as a receptacle for the spark plug.

11: Zylinderkopfcylinder head
22: Gaskanalgas channel
33: KühlmitteldurchtrittsöffnungCoolant passage opening
44: KühlmittelraumCoolant space
55: Nockenwellenlagerungcamshaft bearings
66: Querversteifungtransverse reinforcement
77: Lagerhülse für Ladungswechselventilbearing sleeve for charge exchange valve
88th: Blechteilsheet metal part
99: Hülse für Befestigungsschraubeshell for fixing screw
1010: SeitenwandSide wall
1111: SeitenwandSide wall
1212: Bodenplattebaseplate
1313: Anlageabsatzplant sales
1414: SchweißnahtWeld

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

- DE 3605519 C2 [0002]
- DE 4124811 C1 [0003]
- DE 286938 A [0005]
- DE 399362 A [0005]
- CH 158337 A [0005]

Claims

Cylinder head for internal combustion engines, characterized in that the components of the cylinder head ( 1 ), like a gas channel ( 2 ), a bearing sleeve ( 7 ) for a charge exchange valve, a sleeve ( 9 ) for a fixing screw, a camshaft bearing ( 5 ), a bottom plate ( 12 ), several of the cylinder head ( 1 ) bounding sidewalls ( 10 ; 11 ), one of the bearing sleeve ( 7 ) and the sleeve ( 9 ) penetrating sheet metal part ( 8th ) and a transverse stiffening ( 6 ), as individual parts are connected to each other in the construction by cohesive joining.

Cylinder head according to claim 1, characterized in that the transverse reinforcement ( 6 ) is formed as a sheet metal part and with the side walls ( 10 ; 11 ) and the sheet metal part ( 8th ) is connected by cohesive joining.

Cylinder head according to claim 1 and 2, characterized in that for fixing the sheet metal part ( 8th ), the bearing sleeve ( 7 ) and the sleeve ( 9 ) on the bearing sleeve ( 7 ) and the sleeve ( 9 ) one investment paragraph each ( 13 ) is arranged.

Cylinder head according to claim 1 to 3, characterized in that the gas channel ( 2 ) is a prefabricated sheet metal part, which with a passage opening for the bearing sleeve ( 7 ) and the one with the side wall ( 10 ) and the bottom plate ( 12 ) is connected by cohesive joining.

Cylinder head according to claim 1 to 4, characterized in that in the bottom plate ( 12 ) a coolant passage opening ( 3 ), a passage opening for the gas channel ( 2 ) and a passage opening for through the sleeve ( 9 ) guided fastening screw is arranged.

Cylinder head according to claim 1 to 5, characterized in that the components of the cylinder head ( 1 ) are positively connected to each other by welding, soldering or gluing.

Cylinder head according to claim 1 to 6, characterized in that the weld ( 14 ), which is the end face of the gas channel ( 2 ) with the inner wall of the passage opening for the gas channel ( 2 ) through the bottom plate ( 12 ), in the area of the connection of the bottom plate ( 12 ) to a cylinder housing as a support ring for the gas channel ( 2 ) is formed and consists of an alloyed material.

Cylinder head according to claim 1 to 7, characterized in that a plurality of joined cylinder heads ( 1 ) form a cylinder head for an internal combustion engine.

Cylinder head according to claim 1 to 8, characterized in that the components of the cylinder head ( 1 ) consist of different materials according to their function.

Method for producing a cylinder head for an internal combustion engine, characterized in that the prefabricated individual parts of a cylinder head ( 1 ), like a gas channel ( 2 ), a bearing sleeve ( 7 ) for a charge exchange valve, a sleeve ( 9 ) for a fixing screw, a camshaft bearing ( 5 ), a bottom plate ( 12 ), several of the cylinder head ( 1 ) bounding sidewalls ( 10 ; 11 ), one of the bearing sleeve ( 7 ) and the sleeve ( 9 ) penetrating sheet metal part ( 8th ) and a transverse stiffening ( 6 ), are positioned in their installation position to be produced and joined together by material joining.

Method according to claim 10, characterized in that that the prefabricated items by welding, soldering or gluing together.

A method according to claim 10 and 11, characterized in that a plurality of side panels made of sheet metal parts ( 10 ; 11 ) with the bottom plate ( 12 ), the bottom plate ( 12 ) with the sleeve ( 9 ) and with one end of the gas channel ( 2 ), the other end of the gas channel ( 2 ) with the side wall ( 10 ), the sheet metal part ( 8th ) with the side walls ( 10 ; 11 ) and with which the sheet metal part ( 8th ) penetrating sleeve ( 9 ) and with the bearing sleeve ( 7 ) as well as with the transverse reinforcement ( 6 ), the transverse stiffening ( 6 ) with the side walls ( 10 ; 11 ) and the camshaft bearing ( 5 ) and the gas channel ( 2 ) penetrating bearing sleeve ( 7 ) with the gas channel ( 2 ) are joined together by material joining.

Method according to claims 10 to 12, characterized in that the gas channel ( 2 ) is a prefabricated component.

Method according to Claims 10 to 13, characterized in that the connection surfaces of the outer sides of the side walls ( 10 ; 11 ) and the bottom plate ( 12 ) are machined after the joining process.