DE102009020100A1

DE102009020100A1 - Zylinderkopf

Info

Publication number: DE102009020100A1
Application number: DE102009020100A
Authority: DE
Inventors: Jochen Dipl.-Ing. Häfner
Original assignee: Daimler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2009-05-06
Filing date: 2009-05-06
Publication date: 2010-11-18
Anticipated expiration: 2029-05-07
Also published as: DE102009020100B4

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Zylinderkopf (10) für eine Verbrennungskraftmaschine mit einer über eine Dichtfläche mit dem Zylinderkopf (10) verbundenen Zylinderkopfhaube, mit einem Saugmodul und/oder mit einem Abgasmodul, welche jeweils über eine korrespondierende Dichtflanschfläche (12, 16) mit dem Zylinderkopf (10) verbunden sind, wobei die Dichtfläche zwischen dem Zylinderkopf (10) und der Zylinderkopfhaube in die jeweilige Dichtflanschfläche (12, 16) des Saugmoduls und des Abgasmoduls integriert ist.

Description

Die Erfindung betrifft einen Zylinderkopf für eine Verbrennungskraftmaschine nach dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.
Derartige Zylinderköpfe sind hinlänglich bekannt und weisen in der Regel vier Flanschflächen, welche als Dichtflächen fungieren auf. Dabei handelt es sich um eine Zylinderkopfdichtfläche, um einen Auslass-/Auslassflansch und eine Zylinderkopfhaubendichtfläche. Zudem weisen derartige Zylinderköpfe einen konventionellen Kernaufbau beispielsweise des Wassermantels, des Ölraums, der Außenkontur etc. auf.
Derartige bekannte Zylinderköpfe haben den Nachteil inne, dass auf Grund der Mehrzahl von Flanschflächen ein erhöhter Fertigungsaufwand besteht, welcher in hohen Gesamtkosten für derartige Zylinderköpfe resultiert.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Zylinderkopf der eingangs genannten Art derart weiter zu entwickeln, dass eine Kosten- und Bauraumeinsparung ermöglicht ist.
Diese Aufgabe wird durch einen Zylinderkopf mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen und nicht-trivialen Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Ein solcher Zylinderkopf mit einer über eine Dichtfläche mit dem Zylinderkopf verbundenen Zylinderkopfhaube, mit einem Saugmodul und mit einem Abgasmodul, welche jeweils über eine korrespondierende Flanschfläche mit dem Zylinderkopf verbunden sind, zeichnet sich erfindungsgemäß dadurch aus, dass die Dichtfläche zwischen dem Zylinderkopf und der Zylinderkopfhaube in die jeweilige Dichtflanschfläche des Saugmoduls und des Abgasmoduls integriert ist. Durch diese Integration der Dichtfläche zwischen der Zylinderkopfhaube und dem Zylinderkopf in die Dichtflanschflächen des Saugmoduls und des Abgasmoduls ist im Vergleich zu bekannten Lösungen ein Entfall der Dichtfläche der Zylinderkopfhaube ermöglicht, was mit einer Reduzierung von Gesamtkosten des Zylinderkopfes einher geht, da einerseits ein nötiger Fertigungsaufwand reduziert ist als auch ein benötigtes Dichtelement für die Dichtfläche der Zylinderkopfhaube, die ja nun entfallen kann, obsolet ist.
Zudem bedeutet diese Ausführungsform eine höhere Prozesssicherheit auf Grund der entfallenen Dichtfläche, woraus eine Erhöhung einer Betriebssicherheit des Zylinderkopfes und damit der Verbrennungskraftmaschine resultiert.
Bei einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die Zylinderkopfhaube und das Ansaugmodul bzw. die Zylinderkopfhaube und das Abgasmodul einstückig ausgebildet sind. Mit anderen Worten bedeutet dies eine Integration einer Funktion der Zylinderkopfhaube in das Saug- bzw. Abgasmodul, was zu einem Entfall der Zylinderkopfhaube führt. Dies birgt den Vorteil, das eine weitere Reduzierung der Gesamtkosten des Zylinderkopfes erreicht ist, da eine Teileanzahl desselbigen geringer ausfällt. Darüber hinaus ist bei einer Montage des Zylinderkopfes ein zusätzlicher Montageschritt zur Montage der Zylinderkopfhaube vermieden, da diese in das Saug- bzw. Abgasmodul integriert ist. Des Weiteren ist ein Entfall von Befestigungselementen zur Befestigung der Zylinderkopfhaube ermöglicht, was mit einem geringeren Gesamtgewicht des Zylinderkopfes und damit mit einem reduzierten Kraftstoffverbrauch und mit reduzierten CO₂-Emmisionen der Verbrennungskraftmaschine einher geht.
Ist zumindest ein in Zylinderkopflängsrichtung seitlicher Zugang zu einem Schmiermittelraum vorgesehen, so ergibt sich daraus eine besonders leichte Zugänglichkeit zu dem Schmiermittelraum, wobei ein Schmiermittel in diesem Zusammenhang beispielsweise ein Motoröl sein kann. Durch die erfindungsgemäße Ausführungsform ergibt sich ein großflächiger seitlicher Zugang zu dem Schmiermittelraum, der beispielsweise in Form eines Ölraums vorliegen kann, wodurch insbesondere in einem Servicefall ein Servicevorgang unkomplizierter und unaufwendiger vonstatten gehen kann, was einerseits in geringeren Servicekosten und andererseits in einem Komfortzugewinn für eine Servicekraft resultiert.
Ebenso ist der Schmiermittelraum durch diese erfindungsgemäße Ausführungsform während eines Herstellungsprozess des Zylinderkopfes kostengünstig herstellbar, wodurch sich die Gesamtkosten der Verbrennungskraftmaschine mit einem derartigen Zylinderkopf um ein weiteres Maß reduzieren lassen.
Vorteilhafter Weise ist der Schmiermittelraum zumindest bereichsweise durch das Ansaugmodul und das Absaugmodul gebildet, wodurch ein Fertigungsaufwand des Schmiermittelraums abgesenkt ist, woraus sich geringere Fertigungskosten und daraus geringere Gesamtkosten des Zylinderkopfes ergeben.
Sind bzw. ist das Ansaugmodul und/oder das Abgasmodul im Wesentlichen aus Kunststoff gebildet, so ist dies insofern vorteilbehaftet, als dass dadurch eine weitere Gewichtsreduktion des Zylinderkopfes geschaffen ist, was den Kraftstoffverbrauch und die CO₂-Emmision weiterhin positiv beeinflusst im Sinne einer Absenkung. Insbesondere im Vergleich zu bekannten Lösungen, bei denen derartige Module bzw. die substituierte Zylinderkopfhaube beispielsweise aus Aluminium gebildet ist, ist sowohl eine Reduzierung des Gewichts des Zylinderkopfes als auch von Materialkosten derselbigen erreicht, was mit den bereits beschriebenen Vorteilen eines geringeren Kraftstoffverbrauchs, geringerer CO₂-Emmisionen und geringerer Gesamtkosten einher geht.
Ein weiterer besonders vorteilhafter Aspekt der Erfindung sieht vor, dass Bohrungen, insbesondere Schraubenpfeifen, zur Verschraubung einer Nockenwellenlagergasse zumindest bereichsweise unter bzw. über der Nockenwellenlagergasse angeordnet sind. Im Vergleich zu bekannten Zylinderköpfen bedeutet dies quasi ein Verdrehen einer Verschraubebene der Nockenwellenlagergasse um eine Zylinderkopflängsachse zu einer Außenseite des Zylinderkopfes hin, wodurch sich eine Reduzierung einer Breite des Zylinderkopfes ergibt. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform liegt die Nockenwellen Verschraubungsebene in der Dichtflanschfläche. Ein separater Herstellvorgang für die Verschraubungsebene entfällt. Somit weist der erfindungsgemäße Zylinderkopf einen niedrigeren Bauraumbedarf auf, was insbesondere in einem bauraumkritischen Bereich wie einem Motorraum, in welchem eine Verbrennungskraftmaschine mit einem derartigen Zylinderkopf angeordnet ist, zur Vermeidung und/oder zur Lösung von Package-Problemen führt. Dies bedeutet eine enorme Kostenreduktion insbesondere während einer Konstruktionsphase eines Personenkraftwagens mit einem derartigen Zylinderkopf als auch eine Vereinfachung einer Montage des Zylinderkopfes, was in geringeren Gesamtkosten des Zylinderkopfes und damit des Personenkraftwagens resultiert.
Ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Herstellen eines Zylinderkopfes gemäß einer beschriebenen Ausführungsform oder gemäß einer Kombination von beschriebenen Ausführungsformen sieht vor, dass der Schmiermittelraum mittels zumindest einer in Zylinderkopflängsrichtung seitlichen Schiebevorrichtung, welche insbesondere im Wesentlichen aus Stahl ausgebildet ist, eines Werkzeugs zur Durchführung eines Gießprozesses ausgebildet wird. Dabei kann ebenso eine Mehrzahl von derartigen Schiebevorrichtungen zur Darstellung des Schmiermittelraums vorgesehen sein. Die Schiebevorrichtung welche bei konventionellen Zylinderköpfen die Außenkontur beschreibt, beschreibt dabei die Kontur des zu fertigenden Schmiermittelraums, wodurch im Vergleich zu bekannten Verfahren zum Herstellen von Zylinderköpfen ein Kernelement zur Ausbildung eines derartigen Schmiermittelraums entfallen kann. Dies ist äußerst vorteilbehaftet, da somit Kosten für das Verfahren zum Herstellen eines derartigen Zylinderkopfes im Vergleich zu bekannten Lösungen drastisch abgesenkt sind, was geringere Gesamtkosten des Zylinderkopfes bedeutet.
Ist die Schiebevorrichtung wie angedeutet im Wesentlichen aus Stahl gebildet, womit sie also in Form einer Kokille vorliegt, so ist dadurch eine weitere Kostenreduzierung geschaffen, da keine Sandkerne geschossen werden müssen. Eine derartige Kokille und deren Lagerung ist Toleranz unempfindlicher als eine Sandkernlagerung, was geringere Wandstärken und eine höhere Prozesssicherheit des Verfahrens mit sich bringt. Dadurch ist wiederum die Möglichkeit geschaffen, dass ein Gewicht des Zylinderkopfes sowie ein Kraftstoffverbrauch und damit CO2-Emmisionen als auch Materialkosten der korrespondierenden Verbrennungskraftmaschine absenkbar sind.
Zudem bedeutet dies eine Verringerung einer Toleranzkette und damit auch eine höhere Sicherheit während einer Fertigung, was eine umkomplizierte Fertigung und damit geringere Fertigungskosten zur Folge hat.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie anhand der Zeichnung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgende in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in der Figur alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegeben Kombination sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
Ein Zylinderkopf 10 ist in der Figur gemäß Darstellung A in einer Frontansicht und gemäß Darstellung B in einer perspektivischen Ansicht gezeigt. Wie zu sehen ist, ist bei dem Zylinderkopf 10 eine Dichtfläche zwischen dem Zylinderkopf 10 und einer nicht dargestellten Zylinderkopfhaube, welche mit dem Zylinderkopf 10 verbindbar ist, in eine Dichtflanschfläche 12 eines nicht dargestellten Saugmoduls auf einer Saugseite 14 des Zylinderkopfs 10 und in eine Dichtflanschfläche 16 eines Abgasmoduls auf einer Abgasseite 18 des Zylinderkopfs 10 integriert. Dies birgt also den Vorteil, dass eine zusätzliche Dichtfläche zwischen dem Zylinderkopf 10 und der Zylinderkopfhaube entfallen kann, was eine Kostenreduktion des Zylinderkopfs 10 und damit von Gesamtkosten einer korrespondierenden Verbrennungskraftmaschine mit dem Zylinderkopf 10 bedeutet.
Wie besonders gut in Darstellung B zu sehen ist, ist eine Verschraubebene einer Nockenwellenlagergasse 20 sowohl auf der Saugseite 14 als auch auf der Abgasseite 18 des Zylinderkopfs 10 derart angeordnet, dass Bohrungen, insbesondere Schraubenpfeifen, zur Verschraubung der Nockenwellenlagergasse 20 unter bzw. über der Nockenwellenlagergasse 20 angeordnet sind. Sie befinden sich also nicht neben der Nockenwellenlagergasse 20, was eine drastische Reduzierung einer Breite des Zylinderkopfs 10 und damit der korrespondierenden Verbrennungskraftmaschine zur Folge hat.

10: Zylinderkopf
12: Dichtflanschfläche
14: Saugseite
16: Dichtflanschfläche
18: Abgasseite
20: Nockenwellenlagergasse

Claims

Zylinderkopf (10) für eine Verbrennungskraftmaschine mit einer über eine Dichtfläche mit dem Zylinderkopf (10) verbundenen Zylinderkopfhaube, mit einem Saugmodul und mit einem Abgasmodul, welche jeweils über eine korrespondierende Dichtflanschfläche (12, 16) mit dem Zylinderkopf (10) verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtfläche zwischen dem Zylinderkopf (10) und der Zylinderkopfhaube in die jeweilige Dichtflanschfläche (12, 16) des Saugmoduls und/oder des Abgasmoduls integriert ist.
Zylinderkopf (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Zylinderkopfhaube und das Ansaugmodul bzw. die Zylinderkopfhaube und/oder das Abgasmodul einstückig ausgebildet sind.
Zylinderkopf (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein in Zylinderkopflängsrichtung seitlicher Zugang zu einem Schmiermittelraum vorgesehen ist.
Zylinderkopf (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Schmiermittelraum zumindest bereichsweise durch das Ansaugmodul und/oder das Abgasmodul gebildet ist.
Zylinderkopf (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Ansaugmodul im Wesentlichen aus Kunststoff und das Abgasmodul durch ein dünnwandiges Metall Umformteil gebildet sind bzw. ist.
Zylinderkopf (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Bohrungen, insbesondere Schraubenpfeifen, zur Verschraubung einer Nockenwellenlagergasse (20) zumindest bereichsweise unter bzw. über der Nockenwellenlagergasse (20) angeordnet sind.
Zylinderkopf (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verschraubungsebene der Nockenwellenlager in der Dichtflanschfläche (12, 16) des Ansaug- und/oder des Abgasmoduls liegt.
Verbrennungskraftmaschine mit einem Zylinderkopf (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
Verfahren zum Herstellen eines Zylinderkopfs (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem der Schmiermittelraum mittels zumindest einer in Zylinderkopflängsrichtung seitlichen Schiebevorrichtung, welche insbesondere im Wesentlichen aus Stahl ausgebildet ist, eines Werkzeugs zur Durchführung eines Gießprozesses ausgebildet wird.