DE102012015784A1

DE102012015784A1 - Zylinderkopf für eine Verbrennungskraftmaschine sowie Verbrennungskraftmaschine mit einem solchen Zylinderkopf

Info

Publication number: DE102012015784A1
Application number: DE201210015784
Authority: DE
Inventors: Jochen Häfner; Cecile Jecker
Original assignee: Daimler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2012-08-08
Filing date: 2012-08-08
Publication date: 2014-02-13

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Zylinderkopf (10) für eine Verbrennungskraftmaschine, mit wenigstens einer ersten Dichtflanschfläche (14), über welche der Zylinderkopf (10) mit einem Ansaugelement verbindbar ist, mit wenigstens einer zweiten Dichtflanschfläche (20), über welche der Zylinderkopf (10) mit einem Abgaselement verbindbar ist, mit einer in die jeweilige Dichtflanschfläche (14, 20) integrierten Dichtfläche, über welche der Zylinderkopf (10) mit einem Zylinderkopfhaubenelement verbindbar ist, mit wenigstens einem auf Seiten der ersten Dichtflanschfläche (14) angeordneten, ersten Aufnahmebereich (22) für wenigstens eine am Zylinderkopf (10) zu lagernde, erste Nockenwelle (27), und mit wenigstens einem auf Seiten der zweiten Dichtflanschfläche (20) angeordneten, zweiten Aufnahmebereich (32) für wenigstens eine am Zylinderkopf (10) zu lagernde, zweite Nockenwelle (34), wobei die Aufnahmebereiche (22, 32) zumindest bereichsweise fluidisch miteinander verbunden sind, sowie eine Verbrennungskraftmaschine für einen Kraftwagen mit einem solchen Zylinderkopf (10).

Description

Die Erfindung betrifft einen Zylinderkopf für eine Verbrennungskraftmaschine gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1 sowie eine Verbrennungskraftmaschine für einen Kraftwagen gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 8.
Ein solcher Zylinderkopf sowie eine Verbrennungskraftmaschine mit einem solchen Zylinderkopf sind der DE 10 2009 020 100 A1 als bekannt zu entnehmen. Der Zylinderkopf weist wenigstens eine erste Dichtflanschfläche, über welche der Zylinderkopf mit einem Ansaugelement verbindbar ist, auf. Bei dem Ansaugelement handelt es sich beispielsweise um ein Ansaugmodul, über welches Brennräumen, insbesondere Zylindern, der Verbrennungskraftmaschine von dieser angesaugte Luft zuführbar ist.
Der Zylinderkopf weist ferner wenigstens eine zweite Dichtflanschfläche auf, über welche der Zylinderkopf mit einem Abgaselement verbindbar ist. Bei dem Abgaselement kann es sich um ein Abgasmodul, beispielsweise einen Abgaskrümmer, handeln, über welches Abgas aus den Brennräumen und von der Verbrennungskraftmaschine abgeführt werden kann.
Der Zylinderkopf weist auch eine in die jeweilige Dichtflanschfläche integrierte Dichtfläche auf, über welche der Zylinderkopf mit einem Zylinderkopfhaubenelement verbindbar ist. Aufgrund der Integration dieser Dichtfläche in die jeweilige Dichtflanschfläche kann das Zylinderkopfhaubenelement in das Ansaugelement und/oder Abgaselement integriert sein. Mit anderen Worten können das Ansaugelement und/oder das Abgaselement die Funktion des Zylinderkopfhaubenelements, den Zylinderkopf bzw. wenigstens einen Aufnahmebereich für wenigstens eine am Zylinderkopf zu lagernde Nockenwelle abzudecken, übernehmen. Dadurch kann eine separate Zylinderkopfhaube vermieden werden.
Der Zylinderkopf weist wenigstens einen auf Seiten der ersten Dichtflanschfläche angeordneten, ersten Aufnahmebereich für wenigstens eine am Zylinderkopf zu lagernde, erste Nockenwelle auf. Darüber hinaus weist der Zylinderkopf wenigstens einen auf Seiten der zweiten Dichtflanschfläche angeordneten, zweiten Aufnahmebereich für wenigstens eine am Zylinderkopf zu lagernde, zweite Nockenwelle auf.
Schließlich offenbart die DE 101 02 644 C1 ein Kurbelgehäuse für eine flüssigkeitsgekühlte Hubkolben-Brennkraftmaschine. In dem Kurbelgehäuse ist ein für alle Zylinder gemeinsamer Kühlraum angeordnet. Ferner ist in dem Kurbelgehäuse mindestens ein strömungsbeeinflussendes Element vorgesehen. Das strömungsbeeinflussende Element erstreckt sich dabei über mindestens die halbe Länge des Kühlraums und unterteilt den Kühlraum zumindest in einem Teilbereich in einen oberen Kühlraum und einen unteren Kühlraum. Der obere Kühlraum und der untere Kühlraum sind durch Öffnungen in dem strömungsbeeinflussenden Element miteinander verbunden. Das Kühlmittel wird dabei in den Kühlraum durch den oberen Kühlraum eingeführt.
Bei Verbrennungskraftmaschinen kann es während des Betriebs zur Entstehung eines Gemisches kommen, welches einen Gasanteil und einen darin aufgenommenen, flüssigen Anteil als flüssige Schwebeteilchen umfasst. Ein solches Gemisch wird auch als Aerosol bezeichnet. Bei Verbrennungskraftmaschinen ist dieses Gemisch beispielsweise sogenanntes Blow-By-Gas. Dabei hat es sich gezeigt, dass bei herkömmlichen Verbrennungskraftmaschinen der Aufwand zum Abscheiden der flüssigen Schwebeteile, d. h. des flüssigen Anteils des Gases bzw. des Gemisches, vom gasförmigen Anteil des Gemisches groß dimensionierte und kostenintensive Abscheideelemente zu verwenden sind. Ein solches Abscheideelement ist beispielsweise ein sogenannter Ölabscheider, mittels welchem die flüssigen Schmieröl-Schwebeteilchen vom Gas abgeschieden werden können.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Zylinderkopf für eine Verbrennungskraftmaschine sowie eine Verbrennungskraftmaschine mit einem solchen Zylinderkopf der eingangs genannten Art derart weiterzuentwickeln, dass eine besonders bauraum- und gewichtsgünstige Abscheidung des flüssigen Anteils vom gasförmigen Anteil realisierbar ist.
Diese Aufgabe wird durch einen Zylinderkopf mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie durch eine Verbrennungskraftmaschine mit den Merkmalen des Patentanspruchs 8 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen und nicht-trivialen Weiterbildungen der Erfindung sind in den übrigen Ansprüchen angegeben.
Um einen Zylinderkopf der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art zu schaffen, bei welchem eine besonders bauraum- und gewichtsgünstige Abscheidung eines flüssigen Anteils von einem gasförmigen Anteil eines den gasförmigen und den flüssigen Anteil umfassenden Gemisches realisierbar ist, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Aufnahmebereiche für die Nockenwellen zumindest bereichsweise fluidisch miteinander verbunden sind. Infolge dieser fluidischen Verbindung kann beispielsweise ein Gas, in welchem flüssige Schwebeteilchen aufgenommen sind, zwischen dem ersten, auf Seiten der ersten Dichtflanschfläche und somit auf einer Ansaug- oder Einlassseite des Zylinderkopfes angeordneten Aufnahmebereich und dem zweiten, auf Seiten der zweiten Dichtflanschfläche und somit auf einer Abgas- oder Auslassseite des Zylinderkopfes angeordneten Aufnahmebereich hin- und herströmen.
Dadurch kann eine zumindest teilweise Abscheidung der flüssigen Schwebeteilchen und somit des flüssigen Anteils von dem gasförmigen Anteil des Gemisches abgeschieden werden. insbesondere ist es dadurch möglich, eine Vorabscheidung zu realisieren. Wird das Gemisch zeitlich nach dieser Vorabscheidung beispielsweise einer Abscheideeinrichtung der Verbrennungskraftmaschine zugeführt, mittels welcher der flüssige Anteil weiter von dem gasförmigen Anteil abgeschieden werden kann, so können aufgrund der sehr effektiven und effizienten Vorabscheidung das Gewicht und die äußeren Dimensionen wenigstens eines Abscheideelements der Abscheideeinrichtung gering gehalten werden. Bei dem Abscheideelement kann es sich beispielsweise um einen Ölabscheider handeln, dessen Gewicht und Bauraumbedarf aufgrund der realisierten Vorabscheidung gering gehalten werden können.
Die durch die fluidische Verbindung der Aufnahmebereiche realisierte Vorabscheidung erfordert dabei keinen zusätzlichen Bauraumbedarf, so dass der Zylinderkopf eine effektive, bauraum-, gewichts- und kostengünstige Abscheidung ermöglicht.
Bei dem Gemisch bzw. bei dem Gas, welches zwischen der Einlassseite und der Auslassseite hin- und herströmt, handelt es sich beispielsweise um einen Schmiermittelnebel, insbesondere einen Schmierölnebel, welcher während des Betriebs der Verbrennungskraftmaschine entsteht. Während des Betriebs drehen sich die am Zylinderkopf gelagerten Nockenwellen um eine Drehachse relativ zum Zylinderkopf, wobei jeweilige Lagerstellen, an denen die Nockenwellen am Zylinderkopf gelagert sind, mit Schmiermittel gekühlt und/oder geschmiert werden. Dadurch schleudern die Nockenwellen das den Lagerstellen zugeführte Schmiermittel auf, wodurch der Schmiermittelnebel gebildet wird. Bei dem Gas bzw. bei dem Gemisch kann es sich auch um sogenanntes Blow-By-Gas aus einem Kurbelgehäuse bzw. von einer Kurbelgehäuseentlüftung der Verbrennungskraftmaschine handeln.
In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung sind die Aufnahmebereiche an wenigstens einer Trennungsstellung mittels einer Zwischenwandung fluidisch voneinander getrennt und in Längsrichtung des Zylinderkopfes auf einer ersten Seite der Trennungsstelle und auf einer der ersten Seite abgewandten, zweiten Seite der Trennungsstelle fluidisch miteinander verbunden. Die Längsrichtung korrespondiert dabei zumindest im Wesentlichen mit der jeweiligen Drehachse der Nockenwelle. Mit anderen Worten erstrecken sich die Drehachsen der Nockenwellen in einem am Zylinderkopf gelagerten Zustand der Nockenwellen zumindest im Wesentlichen parallel zur Längsrichtung des Zylinderkopfes. Die Querrichtung des Zylinderkopfes erstreckt sich senkrecht zur Längsrichtung und verläuft von einer der Drehachsen zur anderen Drehachse. Die Längsrichtung und die Querrichtung des Zylinderkopfes spannen eine Ebene auf, zu welcher die Hochrichtung des Zylinderkopfes zumindest im Wesentlichen senkrecht verläuft.
Dadurch, dass die Aufnahmebereiche auf der ersten Seite und auf der zweiten Seite fluidisch miteinander verbunden und dazwischen fluidisch voneinander getrennt sind, ist eine Führung des den Zylinderkopf durchströmenden Gemisches nach Art einer Labyrinthdichtung realisierbar. Beim insbesondere mehrmaligen Hin- und Herströmen des Gemisches zwischen den Aufnahmebereichen ist somit eine effektive und zumindest teilweise Abscheidung des flüssigen Anteils vom gasförmigen Anteil des Gemisches realisiert. Mit anderen Worten können durch diese entsprechende Ausgestaltung des Zylinderkopfes labyrinthartige Wege des Gemisches realisiert werden, wodurch der flüssige Anteil sehr gut vom gasförmigen Anteil abgeschieden werden kann, bevor das Gemisch beispielsweise der Abscheideeinrichtung zugeführt wird.
Als besonders vorteilhaft hat es sich gezeigt, wenn die Trennungsstelle im Bereich von wenigstens einer Lagerstelle zum Lagern einer der Nockenwellen angeordnet ist. Hierdurch können einerseits das Hin- und Herströmen des Gemisches und andererseits eine feste und stabile Lagerung der Nockenwelle am Zylinderkopf realisiert werden.
Bei einer weiteren, vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist die Trennungsstelle in Längsrichtung des Zylinderkopfes zumindest bereichsweise zwischen zwei in Längsrichtung aufeinanderfolgenden Zylinderbereichen des Zylinderkopfes angeordnet, wobei die Zylinderbereiche jeweils einem Zylinder der Verbrennungskraftmaschine zugeordnet sind. In einem ersten der Zylinderbereiche ist beispielsweise wenigstens ein, einem ersten der Zylinder der Verbrennungskraftmaschine zugeordnetes Gaswechselventil angeordnet, während in dem zweiten Zylinderbereich wenigstens ein zweites, einem zweiten der Zylinder der Verbrennungskraftmaschine zugeordnetes Gaswechselventil zumindest bereichsweise angeordnet ist. Durch diese Anordnung der Trennungsstelle können aus dem Betrieb der Verbrennungskraftmaschine resultierende Strömungsbedingungen in den einzelnen Zylinderbereichen ausgenutzt werden, um ein für die Abscheidung vorteilhaftes Hin- und Herströmen des Gemisches zu unterstützen und/oder zu bewirken.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung hat es sich als vorteilhaft gezeigt, wenn wenigstens einem der Aufnahmebereiche wenigstens eine Zuführstelle des Zylinderkopfes zugeordnet ist, an welcher dem der Zuführstelle zugeordneten Aufnahmebereich Blow-By-Gas einer Kurbelgehäuseentlüftung der Verbrennungskraftmaschine zuführbar ist. Das Blow-By-Gas ist ein Gas, das an in den Zylindern angeordneten Kolben vorbei in einen Kurbelraum des Kurbelgehäuses der Verbrennungskraftmaschine strömt und, um einen am Kurbelraum herrschenden Druck gering zu halten oder unterhalb eines vorgebbaren Schwellenwertes zu halten, aus dem Kurbelgehäuse abgeführt wird. Das Blow-By-Gas umfasst dabei einen gasförmigen Anteil und einen flüssigen Anteil, der flüssigen Kraftstoff und/oder flüssiges Schmiermittel der Verbrennungskraftmaschine umfasst.
Das Blow-By-Gas kann nun dem entsprechenden Aufnahmebereich zugeführt werden und insbesondere mehrmals zwischen den Aufnahmebereichen hin- und herströmen, wodurch nicht nur das im Zylinderkopf entstehende Gemisch sondern auch das Blow-By-Gas der geschilderten, effektiven Abscheidung unterzogen werden kann.
Im Anschluss an die im Zylinderkopf stattfindende Abscheidung kann das Blow-By-Gas beispielsweise der Abscheideeinrichtung zugeführt werden, wobei mittels des Abscheideelements der Abscheideeinrichtung der flüssige Anteil weiter vom gasförmigen Anteil des Blow-By-Gases abgeschieden wird. Da durch den Zylinderkopf bereits eine Vorabscheidung realisiert ist, können das Gewicht, der Bauraumbedarf und die Kosten der Abscheideeinrichtung bzw. des Abscheideelements besonders gering gehalten werden.
Zur Realisierung einer für die Abscheidung besonders vorteilhaften Strömungsführung des zwischen den Aufnahmebereichen hin- und herströmenden Gemisches, insbesondere des Blow-By-Gases, ist bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung vorgesehen, dass die Aufnahmebereiche über wenigstens eine, von zumindest einer Wandung des Zylinderkopfes wenigstens bereichsweise begrenzten Durchgangsöffnung fluidisch miteinander verbunden sind, wobei die Wandung schräg zur Querrichtung verläuft. Dadurch kann das Gemisch hinsichtlich seiner Strömung beispielsweise nach oben oder nach unten abgelenkt bzw. umgelenkt werden, was der Abscheidung zugutekommt.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung hat es sich als besonders vorteilhaft erwiesen, wenn sich die Dichtflanschflächen schräg zur Hochrichtung des Zylinderkopfes erstrecken und in Hochrichtung von unten nach oben aufeinander zu verlaufen. Dadurch können das Ansaugelement und das Abgaselement auf einfache, kosten- und zeitgünstige Weise am Zylinderkopf montiert werden. Beispielsweise ist es möglich, das Ansaugelement und das Abgaselement zumindest teilweise einstückig miteinander auszubilden und in Hochrichtung des Zylinderkopfes von oben auf den Zylinderkopf aufzusetzen.
Bei dem Abgaselement handelt es sich beispielsweise um ein Abgasmodul, insbesondere einen Abgaskrümmer, mittels welchem Abgas aus den Zylindern von der Verbrennungskraftmaschine abgeführt wird. Bei dem Ansaugelement handelt es sich beispielsweise um ein Ansaugmodul, über welches von der Verbrennungskraftmaschine angesaugte Luft den Zylindern zugeführt wird.
Aufgrund der Integration der Dichtfläche in die jeweilige Dichtflanschfläche kann das Zylinderkopfhaubenelement in das Ansaugelement und/oder in das Abgaselement integriert sein, d. h. einstückig mit dem Ansaugelement und/oder mit dem Abgaselement ausgebildet sein. Mit anderen Worten kann das Ansaugelement und/oder Abgaselement die Funktion der Zylinderkopfhaube, den Zylinderkopf und insbesondere wenigstens einen der Aufnahmebereiche zumindest teilweise abzudecken, übernehmen. Dadurch kann auf eine separate Zylinderkopfhaube verzichtet werden, so dass auch ein separater Montagevorgang der Zylinderkopfhaube entfallen kann.
Um eine Verbrennungskraftmaschine der im Oberbegriff des Patentanspruchs 8 angegebenen Art zu schaffen, bei welcher eine besonders bauraum-, kosten- und gewichtsgünstige Abscheidung realisierbar ist, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Aufnahmebereiche zumindest bereichsweise fluidisch miteinander verbunden sind. Dadurch kann ein Gemisch, welches einen gasförmigen Anteil und einen flüssigen Anteil beispielsweise in Form von flüssigen Schwebeteilchen umfasst, insbesondere mehrmals zwischen den Aufnahmebereichen hin- und herströmen, wodurch der flüssige Anteil zumindest teilweise vom gasförmigen Anteil abgeschieden werden kann. Wechseln sich in Längsrichtung des Zylinderkopfes mehrere Teilbereiche, in denen die Aufnahmebereiche fluidisch miteinander verbunden sind, mit mehreren Teilbereichen des Zylinderkopfes, in denen die Aufnahmebereiche fluidisch voneinander getrennt sind, jeweils ab, so kann eine labyrinthartige Führung des den Zylinderkopf durchströmenden und insbesondere gasförmigen Gemisches zu realisieren, wodurch eine effektive und zumindest teilweise Abscheidung des flüssigen Anteils vom gasförmigen Anteil realisierbar ist. Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Zylinderkopfes sind als vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Verbrennungskraftmaschine anzusehen und umgekehrt.
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 nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
Die Zeichnung zeigt in:
1 eine schematische Vorderansicht eines Zylinderkopfes für eine Verbrennungskraftmaschine, wobei eine Dichtfläche für ein Zylinderkopfhaubenelement in jeweilige Dichtflanschflächen für ein Ansaugelement und ein Abgaselement, welche mit dem Zylinderkopf zu verbinden sind, integriert ist und wobei jeweilige Aufnahmebereiche zum Aufnehmen einer jeweiligen Nockenwelle in Querrichtung des Zylinderkopfes zumindest bereichsweise fluidisch miteinander verbunden sind;
2 eine schematische Perspektivansicht des Zylinderkopfes;
3 ausschnittsweise eine schematische und perspektive Schnittansicht einer Verbrennungskraftmaschine mit dem Zylinderkopf; und
4 ausschnittsweise eine weitere schematische und perspektivische Schnittansicht der Verbrennungskraftmaschine.
1 und 2 zeigen einen Zylinderkopf 10 für eine als Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine ausgebildete Verbrennungskraftmaschine eines Kraftwagens, insbesondere eines Personenkraftwagens.
Die Verbrennungskraftmaschine ist vorliegend als Reihenmotor ausgebildet und umfasst vier Brennräume in Form von Zylindern, welche in Reihe, d. h. in Längsrichtung der Verbrennungskraftmaschine aufeinanderfolgend angeordnet sind. Die Längsrichtung der Verbrennungskraftmaschine korrespondiert dabei mit einer in 2 durch einen Richtungspfeil 12 veranschaulichten Längsrichtung des Zylinderkopfes 10.
Der Zylinderkopf 10 weist wenigstens eine erste Dichtflanschfläche 14 auf, welche auf einer auch als Ansaugseite bezeichneten Einlassseite 16 des Zylinderkopfes 10 angeordnet ist und über welche der Zylinderkopf mit einem Ansaugelement in Form eines Ansaugmoduls verbindbar ist. Das Ansaugmodul ist in seinem mit dem Zylinderkopf 10 verbundenen Zustand fluidisch mit Einlasskanälen 19 des Zylinderkopfes 10 verbunden, so dass über das Ansaugmodul und die Einlasskanälen 19 von der Verbrennungskraftmaschine angesaugte Luft in die jeweiligen Zylinder einströmen kann.
Der Zylinderkopf 10 weist ferner wenigstens eine zweite Dichtflanschfläche 20 auf, welche auf einer auch als Abgasseite bezeichneten Auslassseite 18 des Zylinderkopfes 10 angeordnet ist und über welche der Zylinderkopf 10 mit einem Abgaselement in Form eines Abgasmoduls, beispielsweise in Form eines Abgaskrümmers, verbindbar ist. Das Abgaselement ist in seinem mit dem Zylinderkopf 10 verbundenen Zustand mit in 1 und 2 nicht erkennbaren Auslasskanälen des Zylinderkopfes 10 fluidisch verbunden, so dass das Abgas aus den Zylindern über die Auslasskanäle in das Abgaselement einströmen und mittels des Abgaselements von der Verbrennungskraftmaschine weggeführt werden kann.
In die jeweilige Dichtflanschfläche 14, 20 ist eine Dichtfläche zum Verbinden des Zylinderkopfes 10 mit einem Zylinderkopfhaubenelement integriert. Dies bedeutet, dass das Zylinderkopfhaubenelement beispielsweise in Form einer Zylinderkopfhaube in das Ansaugelement und/oder das Abgaselement integriert werden kann. Mit anderen Worten können dadurch das Abgaselement und/oder das Ansaugelement die Funktion der Zylinderkopfhaube übernehmen. Somit kann eine separate Zylinderkopfhaube entfallen.
Wie insbesondere 1 zu entnehmen ist, erstrecken sich die Dichtflanschflächen 14, 20 schräg zur durch einen Richtungspfeil 15 angedeuteten Hochrichtung des Zylinderkopfes 10 und verlaufen in Hochrichtung von unten nach oben aufeinander zu. Die Hochrichtung des Zylinderkopfes korrespondiert dabei mit der Hochrichtung der Verbrennungskraftmaschine und erstreckt sich zumindest im Wesentlichen senkrecht zur Längsrichtung, beispielsweise von einem Kurbelgehäuse der Verbrennungskraftmaschine, mit welchem der Zylinderkopf 10 zu verbinden ist, in Richtung des Zylinderkopfes 10 bzw. umgekehrt.
Durch diese Ausgestaltung der Dichtflanschflächen 14, 20 ist eine besonders einfache Montage des Ansaugelements und des Abgaselements geschaffen. Zudem weist der Zylinderkopf 10 dadurch in seiner Vorderansicht zumindest im Wesentlichen die Form des griechischen Großbuchstabens Delta (Δ) auf, weswegen der Zylinderkopf 10 auch als Delta-Zylinderkopf bezeichnet wird.
Auf Seiten der ersten Dichtflanschfläche 14 und somit auf der Einlassseite 16 ist ein erster Aufnahmebereich 22 für eine erste Nockenwelle angeordnet. Die erste Nockenwelle ist dabei eine Einlassnockenwelle, welche an einer sich in Längsrichtung des Zylinderkopfes 10 erstreckenden Lagergasse 24 mit Lagerstellen 26 um eine sich in Längsrichtung des Zylinderkopfes 10 erstreckende Drehachse relativ zum Zylinderkopf 10 drehbar zu lagern ist. Die Einlassnockenwelle ist dabei in ihrem am Zylinderkopf 10 gelagerten Zustand aus 3 und 4 erkennbar und dort mit 27 bezeichnet.
Die Einlassnockenwelle 27 dient dazu, während des Betriebs der in 3 und 4 ausschnittsweise erkennbaren Verbrennungskraftmaschine Gaswechselventile in Form von Einlassventilen 28 zu betätigen. Die Einlassventile 28 dienen dabei dazu, das Einströmen der angesaugten Luft in die Zylinder zu steuern. Dabei sind jedem der Zylinder zwei Einlassventile 28 zugeordnet. In 3 und 4 sind auch Federelemente 30 zu erkennen, gegen deren jeweilige Federkraft die Einlassventile 28 mittels der Einlassnockenwelle 27 betätigt werden.
Der Zylinderkopf 10 weist darüber hinaus einen auf Seiten der Dichtflanschfläche 20 und somit auf der Auslassseite 18 angeordneten, zweiten Aufnahmebereich 32 für eine zweite, am Zylinderkopf 10 zu lagernde Nockenwelle auf. Bei der zweiten Nockenwelle handelt es sich um eine Auslassnockenwelle, welche in 3 und 4 erkennbar und dort mit 34 bezeichnet ist.
Die Auslassnockenwelle 34 ist um eine zumindest im Wesentlichen parallel zur Längserstreckungsrichtung des Zylinderkopfes 10 verlaufende Drehachse relativ zum Zylinderkopf 10 drehbar am Zylinderkopf 10 gelagert. Dazu umfasst der Aufnahmebereich 32 eine Lagergasse 36 mit Lagerstellen 38, von denen in 1 und 2 lediglich eine Lagerstelle 38 zu erkennen ist. Auch die Lagergasse 36 erstreckt sich in Längsrichtung des Zylinderkopfes 10. Die Auslassnockenwelle 34 dient zum Betätigen von Gaswechselventilen in Form von Auslassventilen 56, mittels welchen ein Ausströmen von Abgas aus den Zylindern gesteuert wird. Dabei sind jedem der Zylinder zwei Auslassventile 56 zugeordnet. In 3 und 4 sind auch Federelemente 58 zu erkennen. Die Auslassnockenwelle 34 betätigt dabei die Auslassventile 56 entgegen einer jeweiligen Federkraft der Federelemente 58. Die Lagerstellen 26, 38 umfassen einen jeweiligen Lagerstuhl 40, welcher mit einem jeweiligen Lagerdeckel 42 mittels Lagerschrauben 44 zu verbinden ist.
In dem mit dem korrespondierenden Lagerstuhl 40 verbundenen Zustand des Lagerdeckels 42 ist durch den Lagerstuhl 40 einerseits und den Lagerdeckel 42 andererseits eine jeweilige Aufnahmeöffnung begrenzt, in welcher die korrespondierende Einlassnockenwelle 27 bzw. Auslassnockenwelle 34 in einem Längenbereich außenumfangsseitig aufgenommen ist. Die jeweilige Lageraufnahme wird auch als Lagerbohrung bezeichnet und wird zur Hälfte vom jeweiligen Lagerstuhl 40 und zur Hälfte vom jeweiligen Lagerdeckel 42 begrenzt.
In durch einen Richtungspfeil 13 angedeuteter Querrichtung des Zylinderkopfes 10 ist zwischen den Aufnahmebereichen 22, 32 ein Mittensteg 46 des Zylinderkopfes 10 angeordnet. Die senkrecht zur Längsrichtung verlaufende Querrichtung des Zylinderkopfes 10 spannt dabei mit der Längsrichtung eine Ebene auf, zu der die Hochrichtung zumindest im Wesentlichen senkrecht verläuft. Mittels des Mittenstegs 46 sind die Aufnahmebereiche 22, 32 bereichsweise fluidisch voneinander getrennt.
Wie in Zusammenschau mit 3 und 4 erkennbar ist, weist der Mittensteg 46 jedoch Durchgangsöffnungen 48 auf, über welche die Aufnahmebereiche 22, 32 bezogen auf die Längsrichtung bereichsweise fluidisch miteinander verbunden sind.
Durch diese fluidische Verbindung der Aufnahmebereiche 22, 32 miteinander kann ein den Zylinderkopf 10 während des Betriebs der Verbrennungskraftmaschine durchströmendes Gemisch, welches einen gasförmigen Anteil und einen beispielsweise durch flüssige Schwebeteilchen im gasförmigen Anteil gebildeten, flüssigen Anteil aufweist, mehrmals zwischen den Aufnahmebereichen 22, 32 hin- und herströmen.
Da zwischen den in Längsrichtung voneinander beabstandeten und aufeinanderfolgenden Durchgangsöffnungen 48 ein jeweiliger, im Bereich der Lagerstellen 26, 28 angeordneter Trennungsbereich 50 vorgesehen ist, in welchem die Aufnahmebereiche 22, 32 mittels einer jeweiligen Zwischenwandung 52 des Zylinderkopfes 10 fluidisch voneinander getrennt sind, ist ein labyrinthartiger Strömungsweg des Gemisches durch den Zylinderkopf 10 realisierbar. Infolge dieser Strömungsführung des Gemisches nach Art einer Labyrinthdichtung kann eine effektive und effiziente und zumindest teilweise Abscheidung des flüssigen Anteils vom gasförmigen Anteil realisiert werden. Hierdurch ist vorliegend eine Vorabscheidung des flüssigen Anteils vom gasförmigen Anteil geschaffen, so dass das Gemisch zeitlich nach der Vorabscheidung einen nur sehr geringen, flüssigen Anteil aufweist.
Die Verbrennungskraftmaschine umfasst eine in 1 bis 4 nicht erkennbare Abscheideeinrichtung mit wenigstens einem Abscheideelement, beispielsweise einem Ölabscheider, welchem das Gemisch zeitlich nach der Vorabscheidung zugeführt wird. Mittels des Abscheideelements kann der flüssige Anteil weiter abgeschieden und dadurch reduziert werden. Da bereits die Vorabscheidung bewirkt wurde, können die äußeren Dimensionen und somit der Bauraumbedarf, das Gewicht und die Kosten des Abscheideelements besonders gering gehalten werden.
Bei dem Gemisch handelt es sich beispielsweise um ein dem Zylinderkopf 10 zuführbares bzw. zugeführtes Blow-By-Gas aus einer Kurbelgehäuseentlüftung des Kurbelgehäuses. Hierzu wird beispielsweise einem der Aufnahmebereiche 22, 32 das Blow-By-Gas aus dem Kurbelgehäuse zugeführt.
Die Trennungsbereiche 50 sind jeweils in Längsrichtung und in Hochrichtung des Zylinderkopfes 10 zumindest bereichsweise auf Höhe von jeweiligen, in Querrichtung einander gegenüber liegenden Lagerstellen 26, 38 angeordnet. Ferner sind die Trennungsbereiche 50 in Längsrichtung jeweils zumindest bereichsweise zwischen zwei sogenannten Zylinderabschnitten 54 des Zylinderkopfes 10 angeordnet.
In den Zylinderabschnitten 54 sind dabei die jeweiligen, dem entsprechenden Zylinder zugeordneten Einlassventile 28 und Auslassventile 56 angeordnet. Durch diese entsprechende Anordnung der Trennungsbereiche 50 können aus dem Betrieb der Verbrennungskraftmaschine resultierende Strömungsbedingungen genutzt werden, um die labyrinthartige Strömung des Gemisches durch die Durchgangsöffnungen 48 hindurch und zwischen den Aufnahmebereichen 22, 32 hin- und her zu unterstützen oder zu bewirken.
Das Gemisch, welches beispielsweise ein Ölnebel ist, strömt beispielsweise von der Einlassseite 16 des Zylinderabschnitts 54 eines in Längsrichtung der Verbrennungskraftmaschine betrachteten, ersten der Zylinder über eine in Längsrichtung des Zylinderkopfes 10 betrachtete, erste der Durchgangsöffnungen 48 zur Auslassseite 18 des Zylinderabschnitts 54 des ersten Zylinders. Von dort strömt das Gemisch beispielsweise zur Auslassseite 18 des Zylinderabschnitts 54 eines in Längsrichtung auf den ersten Zylinder folgenden, zweiten der Zylinder. Von dort strömt das Gemisch weiter über eine sich an die erste Durchgangsöffnung 48 anschließenden, zweite Durchgangsöffnung 48 auf die Einlassseite 16 des Zylinderabschnitts des zweiten Zylinders. Das Gemisch strömt dann zur Einlassseite 16 des Zylinderabschnitts 54 eines in Längsrichtung auf den zweiten Zylinder folgenden, dritten der Zylinder, dann weiter zur Auslassseite 18 des Zylinderabschnitts 54 des dritten Zylinders.
Von dort strömt das Gemisch zur Auslassseite des Zylinderabschnitts 54 eines in Längsrichtung auf den dritten Zylinder folgenden, vierten der Zylinder, woraufhin das Gemisch zur Einlassseite 16 des Zylinderabschnitts 54 des vierten Zylinders strömt. Hierdurch ist ein zickzackartiger Verlauf des Gemisches (Ölnebel) realisiert, so dass der flüssige Anteil zumindest teilweise bereits im Zylinderkopf 10 vom gasförmigen Anteil abgeschieden wird. Bei diesem flüssigen Anteil handelt es sich insbesondere um Schmiermittel in Form von Schmieröl, welches als flüssige Tröpfchen im gasförmigen Anteil aufgenommen ist.
Anhand von 3 ist erkennbar, dass die jeweilige Durchgangsöffnung 48 begrenzende Wandungen 60, 62 des Zylinderkopfes 10 zumindest im Wesentlichen parallel zueinander sowie schräg zur Querrichtung des Zylinderkopfes 10 verlaufen. Dadurch ist eine besonders vorteilhafte Strömungsführung des den Zylinderkopf 10 durchströmenden Gemisches geschaffen, was der Abscheidung bzw. der Vorabscheidung zugutekommt.
Bezugszeichenliste

10: Zylinderkopf
12: Richtungspfeil
13: Richtungspfeil
14: erste Dichtflanschfläche
15: Richtungspfeil
16: Einlassseite
18: Auslassseite
19: Einlasskanal
20: zweite Dichtflanschfläche
22: erster Aufnahmebereich
24: erste Lagergasse
26: Lagerstelle
27: Einlassnockenwelle
28: Einlassventil
30: Federelement
32: zweiter Aufnahmebereich
34: Auslassnockenwelle
36: zweite Lagergasse
38: Lagerstelle
40: Lagerstuhl
42: Lagerdeckel
44: Lagerschraube
46: Mittensteg
48: Durchgangsöffnung
50: Trennungsbereich
52: Zwischenwandung
54: Zylinderabschnitt
56: Auslassventil
58: Federelement

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102009020100 A1 [0002]
DE 10102644 C1 [0006]

Claims

Zylinderkopf (10) für eine Verbrennungskraftmaschine, mit wenigstens einer ersten Dichtflanschfläche (14), über welche der Zylinderkopf (10) mit einem Ansaugelement verbindbar ist, mit wenigstens einer zweiten Dichtflanschfläche (20), über welche der Zylinderkopf (10) mit einem Abgaselement verbindbar ist, mit einer in die jeweilige Dichtflanschfläche (14, 20) integrierten Dichtfläche, über welche der Zylinderkopf (10) mit einem Zylinderkopfhaubenelement verbindbar ist, mit wenigstens einem auf Seiten der ersten Dichtflanschfläche (14) angeordneten, ersten Aufnahmebereich (22) für wenigstens eine am Zylinderkopf (10) zu lagernde, erste Nockenwelle (27), und mit wenigstens einem auf Seiten der zweiten Dichtflanschfläche (20) angeordneten, zweiten Aufnahmebereich (32) für wenigstens eine am Zylinderkopf (10) zu lagernde, zweite Nockenwelle (34), dadurch gekennzeichnet, dass die Aufnahmebereiche (22, 32) zumindest bereichsweise fluidisch miteinander verbunden sind.
Zylinderkopf (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufnahmebereiche (22, 32) an wenigstens einer Trennungsstelle (50) mittels einer Zwischenwandung (52) fluidisch voneinander getrennt und in Längsrichtung des Zylinderkopfes (10) auf einer ersten Seite der Trennungsstelle (50) und auf einer der ersten Seite abgewandten, zweiten Seite der Trennungsstelle (50) fluidisch miteinander verbunden sind.
Zylinderkopf (10) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Trennungsstelle (50) im Bereich von wenigstens einer Lagerstelle (26, 38) zum Lagern einer der Nockenwellen (27, 34) angeordnet ist.
Zylinderkopf (10) nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Trennungsstelle (50) in Längsrichtung des Zylinderkopfes (10) zumindest bereichsweise zwischen zwei in Längsrichtung aufeinanderfolgende Zylinderbereiche (54) des Zylinderkopfes (10) angeordnet ist, welche jeweils einem Zylinder der Verbrennungskraftmaschine zugeordnet sind.
Zylinderkopf (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens einem der Aufnahmebereiche (22, 32) wenigstens eine Zuführstelle des Zylinderkopfes (10) zugeordnet ist, an welcher dem der Zuführstelle zugeordneten Aufnahmebereich (22, 32) Blow-By-Gas einer Kurbelgehäuseentlüftung der Verbrennungskraftmaschine zuführbar ist.
Zylinderkopf (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufnahmebereiche (22, 32) über wenigstens eine, von zumindest einer Wandung (60, 62) des Zylinderkopfes (10) wenigstens bereichsweise begrenzte Durchgangsöffnung (48) fluidisch miteinander verbunden sind, wobei die Wandung (60, 62) schräg zur Querrichtung des Zylinderkopfes (10) verläuft.
Zylinderkopf (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Dichtflanschflächen (14, 20) schräg zur Hochrichtung des Zylinderkopfes (10) erstrecken und in Hochrichtung von unten nach oben aufeinander zu verlaufen.
Verbrennungskraftmaschine für einen Kraftwagen, mit einem Zylinderkopf (10), welcher wenigstens eine erste Dichtflanschfläche (14), über welche der Zylinderkopf (10) mit einem Ansaugelement verbindbar ist, wenigstens eine zweite Dichtflanschfläche (20), über welche der Zylinderkopf (10) mit einem Abgaselement verbindbar ist, eine in die jeweilige Dichtflanschfläche (14, 20) integrierte Dichtfläche, über welche der Zylinderkopf mit einem Zylinderkopfhaubenelement verbindbar ist, wenigstens einen auf Seiten der ersten Dichtflanschfläche (14) angeordneten, ersten Aufnahmebereich (22) für wenigstens eine am Zylinderkopf (10) zu lagernde, erste Nockenwelle (27), und wenigstens einen auf Seiten der zweiten Dichtflanschfläche (20) angeordneten, zweiten Aufnahmebereich (32) für wenigstens eine am Zylinderkopf (10) zu lagernde, zweite Nockenwelle (34) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufnahmebereiche (22, 32) zumindest bereichsweise fluidisch miteinander verbunden sind.