DE10251359A1

DE10251359A1 - Zylinderkopf einer mehrzylindrigen Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE10251359A1
Application number: DE10251359A
Authority: DE
Inventors: Michael Dipl.-Ing. Dohn; Janusz Dipl.-Ing. Kwiatkowski
Original assignee: DaimlerChrysler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2002-11-05
Filing date: 2002-11-05
Publication date: 2004-05-19
Anticipated expiration: 2022-11-06
Also published as: DE10251359B4

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Zylinderkopf einer mehrzylindrigen Brennkraftmaschine mit mittels Gießkernen hergestellten Gaswechselkanälen, die in jeweils eine seitliche Flanschfläche münden, und mindestens einem gasführenden Längskanal mit folgenden Merkmalen: DOLLAR A - Vom Längskanal gehen Verbindungskanäle aus, die jeweils in einen Gaswechselkanal münden, und DOLLAR A - der Längskanal ist unterhalb oder oberhalb der Gaswechselkanäle innerhalb des Zylinderkopfes unmittelbar an der Innenseite der Flanschfläche vorgegossen.

Description

Die Erfindung betrifft einen Zylinderkopf einer mehrzylindrigen Brennkraftmaschine mit den Merkmalen des Oberbegriffes des Anspruches 1.

Aus der Patentschrift DE 196 35 535 C2 ist ein gegossener Zylinderkopf einer mehrzylindrigen Brennkraftmaschine mit Gaswechselkanälen und mindestens einem gasführenden Längskanal bekannt, von dem Verbindungskanäle ausgehen, die jeweils in einen Gaswechselkanal münden. Sowohl der Längskanal als auch die Gaswechselkanäle werden durch Gießkerne gebildet, wobei die Gießkerne einteilig ausgeführt sind. Dadurch ist die Lage der einzelnen Kanäle aufgrund der Herstellung der Gießkerne nicht mehr frei wählbar und es ist ein komplizierter und feingliedriger Gießkern erforderlich.

Aufgabe der Erfindung ist es einen Zylinderkopf mit einem gasführenden Längskanal und Gaswechselkanälen bereitzustellen, der eine gleichmäßige Versorgung vom Längskanal zu den Gaswechselkanälen ermöglicht und der besonders einfach herzustellen ist.

Dies Aufgabe wird durch einen Zylinderkopf mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst.

Der erfindungsgemäße Zylinderkopf einer mehrzylindrigen Brennkraftmaschine mit Gaswechselkanälen, d.h. Einlasskanälen und Auslasskanälen, und einem gasführenden Längskanal zeichnet sich dadurch aus, dass der Längskanal unterhalb oder oberhalb der Gaswechselkanäle innerhalb des Zylinderkopfes unmittelbar an der Innenseite einer seitlichen Flanschfläche vorgegossen ist. Aufgrund des Verlaufes nahe entlang der Gaswechselkanäle und wegen der engen Platzverhältnisse im Innern des Zylinderkopfes weist der Längskanal einen schlangenlinienförmigen Verlauf auf. Es ist von Vorteil für die Gasführung, wenn der Längskanal nahe an den Gaswechselkanälen angeordnet ist, um nur kurze Verbindungskanäle zwischen dem Längskanal und den Gaswechselkanälen vorsehen zu müssen. Gleichzeitig ist es von Vorteil, den Längskanal sowohl wegen der Wärmeabgabe nicht in unmittelbarer Nähe zum Brennraum als auch außerhalb des Bauraumes für Gaswechselventile, Zündkerzen oder Einspritzvorrichtungen anzuordnen. Unmittelbar auf der Innenseite von seitlichen Flanschflächen zur Befestigung einer Ansauganlage oder eines Abgaskrümmers ist ein möglicher Bauraum, der alle vorgenannten Randbedingungen sehr gut erfüllt.

In Ausgestaltung der Erfindung verläuft der Längskanal schlangenlinienförmig. Ein unter- oder oberhalb der Gaswechselkanäle verlaufender Längskanal hat einen schlangenlinienförmigen Verlauf um bei möglichst gleichbleibendem Kanalquerschnitt sowohl den Gaswechselkanälen nahe zu kommen als auch Kühlmittelräumen oder Schraubenaugen im Zylinderkopfgussteil auszuweichen.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung sind quer zum Längskanal verlaufende Kernstützen eines Gießkerns des Längskanals vorgesehen, die an den Abschnitten des Längskanals angeordnet sind, von denen die Verbindungskanäle ausgehen. Auf diese Weise wird der Gießkern des Längskanals vielfach abgestützt und geführt, so dass sich trotz seines relativ geringen Durchmessers beim Gießvorgang keine Verschiebungen oder Versätze ergeben. Außerdem ist es auf diese Weise möglich, die Verbindungskanäle zumindest teilweise vorzugießen, ohne dass ein Kernversatz auftritt. D.h. es wird eine prozesssichere Fertigung gewährleistet.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ragen die Kernstützen durch die Flanschfläche und sind mit dem Gießkern der Flanschfläche verbunden. Auf diese Weise sind die verschiedenen Gießkerne während des Gießvorganges fest miteinander verbunden. Damit wird ein Verschieben der Gießkerne vermieden, wodurch ungewollt dünne Wandstärken oder Fehlstellen im Gussmaterial des Zylinderkopfes verhindert werden.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung sind die Verbindungskanäle vom Längskanal zu den Gaswechselkanälen gebohrt, wobei die Bohreinrichtung durch die Öffnungen der Kernstützen zuführbar ist. Durch die Öffnungen der Kernstützen, die genau an den Abschnitten liegen, an denen die Verbindungskanäle vorgesehen sind, ist es einfach möglich, eine Bohreinrichtung zum Bohren der Verbindungskanäle zuzuführen. Die Verbindungskanäle sind nur zum Teil durch Gießen herstellbar, die Endbearbeitung ist Bohren, da der Zuführdurchmesser in die Gaswechselkanäle mit engen Maßen toleriert ist, was bei einem reinen Gießen ohne spanende Nachbearbeitung zu stark unterschiedlichen Strömungsquerschnitten und damit zu verschiedenen Gasströmen in die Gaswechselkanäle führen würde. Da die Öffnungen der Gießkerne ohnehin vorhanden sind und bei der Zylinderkopfmontage anschließend verschlossen werden, bedeutet ein Bohren der Verbindungskanäle keinen großen Mehraufwand. Üblicherweise werden die Verbindungskanäle durch eine separate Verschlusseinrichtung nach außen verschlossen, was in der erfindungsgemäßen Ausführung entfällt, da die Öffnungen der Gießkerne und die Bohrrichtung der Verbindungskanäle zusammenfällt.

In einer weiteren Ausführung der Erfindung ist der Längskanal auf einer Auslassseite des Zylinderkopfes angeordnet und für eine Sekundärlufteinblasung vorgesehen. In diesem Falle wird Frischluft durch den Längskanal über die Verbindungskanäle in die Auslasskanäle gefördert und dient der Nachverbrennung von nichtverbrannten Bestandteilen im Abgas. Durch eine räumlich nahe Anordnung sowohl am Auslasskanal als auch an der Flanschfläche zur Auspuffkrümmerbefestigung ist eine gleichmäßige Verteilung der einzuleitenden Sekundärluft gewährleistet, ohne dass Einflüsse durch die Wärmeabstrahlung des Brennraumes oder lange Verbindungskanäle eine große Wirkung haben. Durch Umgehen von Schraubenaugen zur Auspuffkrümmerbefestigung, Kühlmittelzuführungen oder den Auslasskanälen an sich ergibt sich ein schlangenlinienförmiger Verlauf des Längskanals.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung sind die Öffnungen der Kernstützen des Längskanals in der Flanschfläche durch einen Auspuffkrümmer mit Dichtung verschlossen. Im Allgemeinen ist zwischen einem Auspuffkrümmer und der zylinderkopfseitigen Flanschfläche zur Befestigung eine Dichtung angeordnet. Sowohl diese Dichtung als auch die Anschraubfläche des Auspuffkrümmers sind so gestaltet, dass sie die Öffnungen der Kernstützen des Längskanals abdecken und dichten. Auf diese Weise ist ein weiterer Verschluss der Öffnungen z.B. durch einen sogenannten Kernlochdeckel nicht nötig, was die Herstellkosten und Montageaufwand verringert.

In einer zusätzlichen Ausgestaltung der Erfindung ist der Längskanal auf einer Einlassseite des Zylinderkopfes angeordnet und für eine Abgasrückführung vorgesehen. In diesem Falle wird Abgas aus der Abgasanlage oder von der Auslassseite des Zylinderkopfes durch den Längskanal über die Verbindungskanäle in die Einlasskanäle gefördert und wird der Ansaugluft zugemischt. Durch eine räumlich nahe Anordnung sowohl am Einlasskanal als auch an der Flanschfläche zur Ansauganlagenbefestigung ist eine gleichmäßige Verteilung des einzuleitenden Abgases gewährleistet, ohne dass Einflüsse durch die Wärmeabstrahlung des Brennraumes oder lange Verbindungskanäle eine große Wirkung haben. Durch Umgehen von Schraubenaugen zur Ansauganlagenbefestigung, Kühlmittelzuführungen oder den Einlasskanälen an sich ergibt sich ein schlangenlinienförmiger Verlauf des Längskanals.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung sind die Öffnungen der Kernstützen des Längskanals in der Flanschfläche durch eine Ansauganlage mit Dichtung verschlossen. Im Allgemeinen ist zwischen einer Ansauganlage z.B. in Form eines Einlasskrümmers und der zylinderkopfseitigen Flanschfläche zur Befestigung eine Dichtung angeordnet. Sowohl diese Dichtung als auch die Anschraubfläche der Ansauganlage sind so gestaltet, dass sie die Öffnungen der Kernstützen des Längskanals abdecken und dichten. Auf diese Weise ist ein weiterer Verschluss der Öffnungen z.B. durch einen sogenannten Kernlochdeckel nicht nötig, was die Herstellkosten und Montageaufwand verringert.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung steht an einer Stirnseite des Zylinderkopfes ein Querkanal mit dem Längskanal in Strömungsverbindung. Auf diese Weise ist eine Strömungsverbindung auf die jeweils andere Seite des Zylinderkopfes einfach herzustellen. Dieser Querkanal dient je nach Aufgabe des Längskanals entweder als Verbindung vom Auspuffkrümmer zur Abgasrückführung in den Längskanal oder als Verbindung von einer Zusatzluftpumpe zum Längskanal, der in diesem Falle als Verteilleitung einer Sekundärlufteinblasung dient.

In einer weiteren Ausführung der Erfindung weisen ein Gießkern des Querkanals und ein Gießkern des Längskanals ein gemeinsames Kernlager auf. Zum Beispiel ist in einem runden Kernlager ein oberer Teil des Kernlagers zum Querkanal zugehörig und ein unterer Teil des Kernlagers zum Längskanal zugehörig. Auf diese Weise sind die beiden Gießkerne zueinander positioniert und stützen sich gegenseitig ab. Außerdem ist bei einer derartigen Anordnung insgesamt nur ein Kernloch für zwei Gießkerne zu verschließen, anstatt für jeden Gießkern ein Kernloch.

In einer weiteren Ausführung der Erfindung ist das Kernlagerloch des gemeinsamen Kernlagers durch einen Verschlussdeckel verschlossen. Außer einem Verschließen des Kernlagers durch den Auspuffkrümmer oder die Ansauganlage, ist ein Verschließen mittels eines Verschlussdeckels möglich, der zum Beispiel in das sogenannte Kernloch eingedrückt ist. Auf diese Weise kann man mit einem Verschlussdeckel das gemeinsame Kernloch zweier Gießkerne verschließen, was den Montageaufwand und das Gewicht des fertigen Zylinderkopfes verringert. Wenn das Kernlager sich nicht in direkter Nähe zu den Gaskanälen befindet, wird auf diese Weise eine Verbreiterung des Anschraubflansches vermieden, die im Allgemeinen mit einer Gewichtszunahme einhergeht.

Weitere Merkmale und Merkmalskombinationen ergeben sich aus der Beschreibung sowie den Zeichnungen. Konkrete Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen vereinfacht dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
1 einen Gießkern eines Längskanals,
2 eine Verbindungsstelle zwischen einem Gießkern eines Längskanals und einem Gießkern eines Querkanals,
3 einen senkrechten Schnitt durch einen Zylinderkopf im Bereich eines Verbindungskanals,
4 einen senkrechten Schnitt durch einen Zylinderkopf im Bereich eines Kernlagers ,des Querkanals und
5 eine Draufsicht auf einen Auslassflansch eines Zylinderkopfes.
In 1 ist ein schlangenlinienförmiger Längskanal 1 gezeigt, der unterhalb von Auslasskanälen 2 in einem nicht gezeigten Zylinderkopf einer Brennkraftmaschine verläuft. Über den Längskanal 1 und die Verbindungskanäle 3 wird Luft zur Nachverbrennung des Abgases in die Auslasskanäle 2 geblasen. Der Längskanal 1 verläuft unterhalb des Auslasskanals 2, so dass sich zwischen den beiden Kanälen eine minimale Wandstärke ergibt. Zwischen zwei benachbarten Auslasskanälen 2 umfährt der Längskanal 2 ein in dieser Figur nicht gezeigtes Schraubenauge, an dem der Auspuffkrümmer befestigt ist, wodurch sich der schlangenlinienförmige Verlauf ergibt. Weiterhin sind Verbindungskanäle 3 vom Längskanal 1 zum Auslasskanal 2 und die Öffnungen 4 der Kernlager gezeigt, die an den Abschnitten des Längskanals angeordnet sind, an denen die Verbindungskanäle abzweigen. Am Ende des Längskanals 1 ist ein Querkanal 5 angeordnet, der an einem gemeinsamen Kernlagerloch 6 eine Strömungsverbindung mit dem Längskanal aufweist.
In 2 ist eine Verbindungsstelle gezeigt zwischen einem Gießkern 18' eines Längskanals und einem Gießkern 5' eines Querkanals, nämlich das gemeinsame Kernlager 6'. Das Kernlager 6' ist zylindrisch ausgebildet, mit einem oberen Teil 6a, der die Verbindung zum Gießkern 5' des Querkanals darstellt und einem unteren Teil 6b, der die Verbindung zum Gießkern 1' eines Längskanals bildet. Durch die gemeinsame Lagerung der Gießkerne 1', 5' des Längskanals und des Querkanals verringern sich die Fertigungstoleranzen der beiden Kanäle zueinander und zum übrigen Zylinderkopf, es muss keine weitere Verbindung zwischen den beiden Kanälen geschaffen werden und es muss nur einmal ein sogenanntes Kernloch verschlossen werden. Weiterhin sind die Kernlager 4' gezeigt, mit denen der Gießkern 1' gelagert ist.
In der 3 ist ein Querschnitt durch den Zylinderkopf 7 senkrecht zur Flanschfläche 8 im Bereich eines Verbindungskanals 3 gezeigt. Der Längskanal 1 ist im unteren Teil des Zylinderkopfes 7 unmittelbar hinter der Flanschfläche 8 angeordnet. Die Öffnungen 4 der Kernlager durchbrechen die Flanschfläche 8, um beim Gießvorgang mittels der Kernlager den Gießkern des Längskanals zu stützen. In Verlängerung der Öffnung 4 des Kernlagers ist der Verbindungskanal 3 angeordnet, der den Längskanal 1 mit dem Auslasskanal 2 verbindet, um ein Lufteinblasen von sogenannter Sekundärluft in das Abgassystem zur Nachverbrennung gleichmäßig in alle Ruslasskanäle zu ermöglichen. Eine gleichmäßige Verteilung wird durch einen gleichmäßigen Querschnitt der einzelnen Verbindungskanäle 3 erreicht, die zu diesem Zweck gebohrt sind. Ein Gießen der Verbindungskanäle 3 ist aufgrund der Toleranzen beim Gießen für diesen Zweck nicht vorteilhaft. Die Öffnung 4 des Kernlagers ist so groß bemessen, dass nicht nur der Gießkern des Längskanals prozesssicher gelagert ist, sondern auch die Bohreinrichtung zum Bohren des Verbindungskanals 3 Platz findet. Die Öffnung 4 des Kernlagers kann eine beliebige, für seine Lagerungsaufgabe zweckmäßige Form aufweisen, da das Verschließen der Öffnung und damit des Längskanals 1 durch einen nicht näher gezeigten Auspuffkrümmerflansch erfolgt, der die Flanschfläche 8 mitsamt den Öffnungen der Kernlager abdeckt und abdichtet. Zwischen der Flanschfläche 8 und dem Auspuffkrümmerflansch ist eine Dichtung vorgesehen.
In 4 ist ebenfalls ein Querschnitt durch den Zylinderkopf 7 senkrecht zur Flanschfläche 8 im Bereich eines Kernlagers für den Querkanal 5 und das Kernlagerloch 6 gezeigt. Vom Kernlagerloch 6 führt der Querkanal 5 auf die andere Seite des Zylinderkopfes 7. Der Längskanal 1 verläuft entlang der Flanschfläche 8 schlangenlinienförmig. Im Kernlagerloch 6 sind die Gießkerne des Querkanals 5 und des Längskanals 1 vereint und werden im nicht gezeigten Gießkern der Flanschfläche 8 gelagert. Auf diese Weise ist ein Verschieben der Gießkerne gegeneinander verhindert. Das Kernlagerloch 9 ist durch einen nicht gezeigten, eingepressten Kernlagerdeckel auf übliche Weise verschlossen. Auf diese Weise kann man mit einem hier nicht gezeigten Verschlussdeckel das gemeinsame Kernlagerloch 6 zweier Gießkerne verschließen, was den Montageaufwand und das Gewicht des fertigen Zylinderkopfes verringert. Es ebenso ein Verschließen mit dem Auspuffkrümmerflansch möglich, jedoch ist das nur kostengünstig, einfach und leicht zu realisieren, wenn das Kernlagerloch 9 relativ nahe am Auslasskanal angeordnet ist.
In 5 ist eine Draufsicht auf eine Flanschfläche 8 eines Zylinderkopfes 7 gezeigt. Die Flanschfläche 8 ist durch eine gestrichelte Linie 10 markiert und umfasst den Bereich, der von einem Auspuffkrümmerflansch abgedeckt ist. Dies sind insbesondere die Öffnungen 11 für die Auslasskanäle 2 und die Öffnungen 4 der Kernlager. Der nicht gezeigte Auspuffkrümmerflansch wird an den Einschraubgewinden 12 befestigt, die möglichst gleichmäßig um die Öffnungen 11 verteilt angeordnet sind, um eine gleichmäßige Pressung in der Dichtung zu erreichen. Wegen der Auslasskanäle 2 und der Einschraubgewinde 12 verläuft der in dieser Ansicht nicht sichtbare Längskanal unmittelbar hinter der Flanschfläche 8 schlangenlinienförmig. Die Kernlöcher 13 für einen Wasserkern und das Kernlagerloch 6 werden gar nicht oder nur teilweise vom Auspuffkrümmerflansch abgedeckt, und sind deshalb auf bekannte Weise mit Kernlagerdeckel verschlossen.

Claims

Zylinderkopf einer mehrzylindrigen Brennkraftmaschine mit mittels Gießkernen hergestellten Gaswechselkanälen, die in jeweils eine seitliche Flanschfläche münden, und mindestens einem gasführenden Längskanal, von dem Verbindungskanäle ausgehen, die jeweils in einen Gaswechselkanal münden, dadurch gekennzeichnet, dass der Längskanal (1) schlangenlinienförmig unterhalb oder oberhalb der Gaswechselkanäle (2) innerhalb des Zylinderkopfes (7) unmittelbar an der Innenseite der Flanschfläche (8) vorgegossen ist.
Zylinderkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Längskanal (1) schlangenlinienförmig verläuft.
Zylinderkopf nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass quer zum Längskanal (1) verlaufende Kernstützen (4') eines Gießkerns (1') des Längskanals vorgesehen sind, die an den Abschnitten des Längskanals angeordnet sind, von denen die Verbindungskanäle (3) ausgehen.
Zylinderkopf nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Kernstützen (4') durch die Flanschfläche (8) ragen und mit dem Gießkern der Flanschfläche verbunden sind.
Zylinderkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungskanäle (3) vom Längskanal (1) zu den Gaswechselkanälen (2) gebohrt sind, wobei die Bohreinrichtung durch die Öffnungen (4') der Kernstützen zuführbar ist.
Zylinderkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Längskanal (1) auf einer Auslassseite des Zylinderkopfes (7) angeordnet ist und für eine Sekundärlufteinblasung vorgesehen ist.
Zylinderkopf nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass Öffnungen (4') der Kernstützen(4) in der Flanschfläche (8) durch einen Auspuffkrümmer mit Dichtung verschlossen sind.
Zylinderkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Längskanal auf einer Einlassseite des Zylinderkopfes angeordnet ist und für eine Abgasrückführung vorgesehen ist.
Zylinderkopf nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass Öffnungen der Kernstützen des Längskanals in der Flanschfläche durch eine Ansauganlage mit Dichtung verschlossen sind.
Zylinderkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass an einer Stirnseite des Zylinderkopfes (7) ein Querkanal (5) mit dem Längskanal (1) in Strömungsverbindung steht.
Zylinderkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass ein Gießkern (5') des Querkanals (5) mit dem Gießkern (1') des Längskanals (1) ein gemeinsames Kernlager (6') aufweisen.
Zylinderkopf nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Kernlagerloch (6) des gemeinsamen Kernlagers (6') durch einen Verschlussdeckel verschlossen ist.