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Die
Erfindung betrifft einen Zylinderkopf einer mehrzylindrigen Brennkraftmaschine
mit den Merkmalen des Oberbegriffes des Anspruches 1.
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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.
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Aus
der Patentschrift
DE
38 28 742 C2 ist ebenfalls ein gegossener Zylinderkopf
einer mehrzylindrigen Brennkraftmaschine bekannt. Dieser Zylinderkopf
weist einen Kanal für
zurückzuführendes
Abgas auf, der längs
des gesamten Zylinderkopf in unmittelbarer Nähe der Gaswechselventile im
Zylinderkopf eingegossen verläuft.
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Aus
der
EP 0 705 970 A1 ist
ein Sekundärluftkanal
an einem Zylinderkopf einer Brennkraftmaschine bekannt, der als
Rille in einer Flanschfläche des
Zylinderkopfes eingelassen ist und schlangenlinienförmig verläuft.
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Weiterhin
ist aus der
JP 06-050216
A eine Brennkraftmaschine bekannt, bei der die Abgasrückführleitung
in eine Sauganlage in unmittelbarer Nähe zur Flanschfläche zum
Zylinderkopf integriert ist.
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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.
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Diese
Aufgabe wird durch einen Zylinderkopf mit den Merkmalen des Anspruches
1 gelöst.
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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 und dass quer zum Längskanal verlaufende Kernstützen eines Gießkerns des
Längskanals
vorgesehen sind, die an den Abschnitten des Längskanals angeordnet sind, von
denen die Verbindungskanäle
ausgehen, die vom Längskanal
zu den Gaswechselkanälen
gebohrt sind, wobei die Bohreinrichtung durch die Öffnungen der
Kernstützen
zuführbar
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.
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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.
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Quer
zum Längskanal
sind 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.
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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.
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In
einer 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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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:
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1 einen Gießkern eines
Längskanals,
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2 eine Verbindungsstelle
zwischen einem Gießkern
eines Längskanals
und einem Gießkern
eines Querkanals,
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3 einen senkrechten Schnitt
durch einen Zylinderkopf im Bereich eines Verbindungskanals,
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4 einen senkrechten Schnitt
durch einen Zylinderkopf im Bereich eines Kernlagers des Querkanals
und
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5 eine Draufsicht auf einen
Auslassflansch eines Zylinderkopfes.
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In 1 ist ein schlanqenlinierförmiger Längskanal 1 gezeigt,
der unterhalb von Gaswechselkanälen 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 Gaswechselkanäle 2 geblasen.
Der Längskanal 1 verläuft unterhalb
de Gaswechselkanals 2 so dass sich zwischen den beiden
Kanälen
eine minimale Wandstärke
ergibt. Zwischen zwei benachbarten Gaswechselkanälen 2 umfährt der
Längskanal 1 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
Gaswechselkanal 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.
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In 2 ist eine Verbindungsstelle
gezeigt zwischen einem Gießkern 1' 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 Kernstützen 4' gezeigt, mit denen der Gießkern 1' gelagert ist.
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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
Gaswechselkanal 2 verbindet, um ein Lufteinblasen von sogenannter
Sekundärluft
in das Abgassystem zur Nachverbrennung gleichmäßig in Gaswechselkanäle 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.
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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 6 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 6 relativ
nahe am Gaswechselkanal angeordnet ist.
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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 Gaswechselkanäle 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 Gaswechselkanäle 2 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.