DE19640123C1 - Cylinder head of lifting piston for combustion engine - Google Patents

Cylinder head of lifting piston for combustion engine

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Abstract

The aluminium casting (1) in one piece contains plastic inlet ducts (10) in holders (13) each of which has a first and second guide (14,14'). The inlet ducts are in the form of pipes with circle-arc shaped insertion piece (21). Between the inlet ducts and the holders are seals (16). At least one fixture element in the form of movable wedges (17) are locked in a corresponding recess (19) in the outer skin of the inlet duct. Several inlet ducts are combined into a component holding a flange (22).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Zylinderkopf einer Hubkolben- Brennkraftmaschine, der als Gußteil hergestellt wird und mit wenigstens einem separat angefertigten Einlaßkanal ausgestattet ist.The present invention relates to a cylinder head of a reciprocating piston Internal combustion engine, which is produced as a casting and with at least a separately made inlet duct.

Ein derartiger Zylinderkopf ist beispielsweise aus der DE 40 39 189 C1 bekannt, wobei die Gaswechselkanäle als getrennt hergestellte Rohre in das Gußteil eingesetzt, durch ein angeschraubtes Anschlußteil abgedeckt und mittels einer Schweißnaht an dem Anschlußteil befestigt werden. Dieser Zylinderkopf ist jedoch sehr aufwendig in der Herstellung, da das Anschlußteil und die Gaswechselkanäle durch verschiedene Befesti­ gungstechniken am Zylinderkopf angebracht werden müssen. Außerdem ist fraglich, ob die so in dem Zylinderkopf gebildeten Kühlwasserräume ausreichend abgedichtet sind. Ferner ist die thermische Isolierung dort nur in unbefriedigender Weise verwirklicht, da die eingebrachten Rohre aus einem zu einer Schweißverbindung geeigneten Material, das heißt aus Metall, bestehen müssen.Such a cylinder head is for example from DE 40 39 189 C1 known, the gas exchange channels as separately manufactured pipes in the casting used, covered by a screwed connector and are fastened to the connecting part by means of a weld seam. However, this cylinder head is very complex to manufacture, since that Connection part and the gas exchange channels by different fasteners must be attached to the cylinder head. Furthermore it is questionable whether the cooling water spaces formed in the cylinder head are sufficiently sealed. Furthermore, the thermal insulation is only there realized in an unsatisfactory manner since the pipes brought in a material suitable for a welded joint, that is to say made of Metal.

Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es Aufgabe der vorliegen­ den Erfindung, einen verbesserten Zylinderkopf einer Hubkolben-Brenn­ kraftmaschine zu konzipieren, der günstigere Isolierungseigenschaften aufweist und darüber hinaus wesentlich einfacher und preiswerter her­ stellbar ist.Based on this prior art, it is the task of the present the invention, an improved cylinder head of a reciprocating combustion engine to design, the more favorable insulation properties has and also much easier and cheaper is adjustable.

Gelöst wird diese Aufgabe durch den gattungsgemäßen Zylinderkopf mit den kennzeichnenden Merkmalen des Patentan­ spruchs 1.This problem is solved by the generic cylinder head with the characterizing features of the patent saying 1.

Indem das Gußteil einstückig gefertigt ist, werden keine zusätz­ lichen Abdeckplatten oder Wandungen mehr benötigt, um Kühlwasser­ räume im Zylinderkopf zu bilden. Dadurch kann der Zylinderkopf beson­ ders einfach hergestellt werden. Zudem entfällt auch die Notwendigkeit der sonst im Gußteil gebildeten Einlaßkanäle, denn die Einlaßkanäle wer­ den nun von den separat angefertigten Bauteilen, die ein wesentlich ge­ ringeres Gewicht aufweisen, dargestellt. Dadurch ergibt sich eine erhebli­ che Gewichtsersparnis für den erfindungsgemäßen Zylinderkopf. Schließ­ lich ist Kunststoff auch in anderer Hinsicht sehr vorteilhaft für die Einlaß­ kanäle. Als Werkstoff kann bereits ein kostengünstiges Polyamid 6 (PA6) Verwendung finden, das bis zu einer Temperatur von ca. 140°C einsatzfähig ist. Außerdem könnte als Werkstoff bis ca. 250°C ein Po­ lyetherketon (PEK), ein Polyetheretherketon (PEEK) oder ein Polyimid (PI), und bis ca. 300°C ein Polytetrafluorethylen (PTFE) eingesetzt wer­ den. Diese Kunststoffe besitzen eine besonders hohe Festigkeit, so daß das Maß der Wandstärken gegenüber den bei gewöhnlichen Gußteilen verwendeten Maßen der Wandstärken reduziert werden kann. Zudem treten bei den Einlaßkanälen aus Kunststoff nur sehr geringe Fertigungs­ toleranzen auf. Und schließlich haben die Einlaßkanäle aus Kunststoff noch die positive Eigenschaft, daß sie außergewöhnlich glatte Oberflä­ chen aufweisen. Dank der glatten Oberflächen kann die angesaugte Luft ohne Reibungsverluste in den Brennraum der Brennkraftmaschine ein­ strömen, was zu einer sehr guten Füllung des Brennraums führt.By making the casting in one piece, no additional Lichen cover plates or walls more needed to cool water to create spaces in the cylinder head. This allows the cylinder head in particular easy to manufacture. The need is also eliminated  the inlet channels otherwise formed in the casting, because the inlet channels who the now of the separately manufactured components, which is a significant ge have lighter weight, shown. This results in a considerable che weight saving for the cylinder head according to the invention. Close Lich is also very advantageous for the inlet in other respects channels. An inexpensive polyamide 6 (PA6) can already be used as the material. Can be used up to a temperature of approx. 140 ° C is operational. In addition, a Po could be used as a material up to approx. 250 ° C lyether ketone (PEK), a polyether ether ketone (PEEK) or a polyimide (PI), and up to approx. 300 ° C a polytetrafluoroethylene (PTFE) is used the. These plastics have a particularly high strength, so that the measure of the wall thickness compared to that of ordinary castings used dimensions of wall thicknesses can be reduced. In addition occur in the inlet channels made of plastic only very little manufacturing tolerances on. And finally, the inlet ducts are made of plastic still the positive property that it has an exceptionally smooth surface Chen have. Thanks to the smooth surfaces, the intake air can without friction losses in the combustion chamber of the internal combustion engine flow, which leads to a very good filling of the combustion chamber.

Vorteilhaft sind die Einlaßkanäle in dafür vorgesehene Aufnahmen einge­ schoben, wobei jede der Aufnahmen wenigstens eine erste und eine zweite Führung aufweist. Dies wird am besten realisiert, indem jeweils am seitlichen Rand des Zylinderkopfes und nahe an den Ventilsitzen eine der Führungen vorgesehen ist. Durch diese Ausbildung der Aufnahmen ist gewährleistet, daß möglichst wenig Material um die Einlaßkanäle herum angeordnet ist, so daß die Einlaßkanäle nur im Bereich der Führungen keinen Kontakt mit dem erwärmten Gußteil haben und ansonsten von Luft oder Kühlflüssigkeit umgeben sind.The inlet ducts are advantageously inserted into receptacles provided for this purpose pushed, each of the shots at least a first and a has second leadership. The best way to do this is by on side edge of the cylinder head and close to the valve seats one of the Guided tours are provided. Through this training of the recordings is ensures that as little material as possible around the inlet channels is arranged so that the inlet channels only in the area of the guides have no contact with the heated casting and otherwise no air or coolant are surrounded.

Bevorzugt sind die Einlaßkanäle als Rohre mit geradem Einschubteil oder mit kreisbogenförmig gekrümmtem Einschubteil ausgebildet. Dadurch ist es möglich, die Einlaßkanäle in die Aufnahmen einzuschieben, wobei eine äußerst gute Passung zwischen dem äußeren Durchmesser der Einlaß­ kanäle und dem Innendurchmesser der Aufnahmen realisiert ist.The inlet channels are preferred as tubes with a straight insertion part or formed with an arcuate insert. This is it is possible to insert the inlet channels into the receptacles, one extremely good fit between the outer diameter of the inlet channels and the inner diameter of the recordings is realized.

Zweckmäßig ist es, wenn zwischen den Einlaßkanälen und den Aufnah­ men Dichtungen vorgesehen sind. Diese Dichtungen dienen in erster Linie dazu, daß die Übergänge vom Gußteil zu den Einlaßkanälen abgedichtet sind und keine Falschluft in den Brennraum eingesogen werden kann. In zweiter Linie dienen diese Dichtungen dazu, daß sich die Einlaßkanäle nicht ohne weiteres verschieben oder gar lösen können.It is useful if between the inlet channels and the receptacle Men seals are provided. These seals serve primarily to ensure that the transitions from the casting to the inlet channels are sealed  and no false air can be drawn into the combustion chamber. In secondly, these seals serve to ensure that the inlet channels cannot easily move or even solve.

Besonders zweckmäßig ist es, wenn die Dichtungen im Bereich der Füh­ rungen der Einlaßkanäle angeordnet sind. Denn auf diese Weise ist eine erste Dichtung am seitlichen Rand des Zylinderkopfes vorgesehen, wel­ che etwaige Schwingungen der Ansauganlage ausgleichen kann, und ist eine zweite Dichtung nahe an den Ventilsitzen vorgesehen, wodurch ver­ schiedene thermische Ausdehnungen vom Gußteil und von den Einlaß­ kanälen, die gegebenenfalls aufgrund der unterschiedlichen Materialien auftreten, kompensiert werden können.It is particularly useful if the seals in the area of the guide stanchions of the inlet channels are arranged. Because in this way is one first seal provided on the side edge of the cylinder head, wel che can compensate any vibrations of the intake system, and is a second seal is provided close to the valve seats, which ver different thermal expansions from the casting and the inlet channels, possibly due to the different materials occur, can be compensated.

Ist außer den Dichtungen noch wenigstens ein zusätzliches Fixierelement vorgesehen, so kann nach dem Einschieben des Einlaßrohrs sogar eine Art Verriegelung vorgenommen werden. Dazu können die Fixierelemente zum Beispiel als bewegliche Keile ausgebildet sein, die in einer korre­ spondierenden Vertiefung in der Außenhaut des Einlaßkanals arretiert werden. Unter Verwendung dieser Fixierelemente können die eingescho­ benen Einlaßkanäle selbst größeren Zugbeanspruchungen standhalten.In addition to the seals, there is at least one additional fixing element provided, so even after inserting the inlet tube Type locking can be made. For this purpose, the fixing elements For example, be designed as movable wedges that are in a correct sponding recess locked in the outer skin of the inlet channel will. Using these fixing elements, you can shoot in can withstand even larger tensile loads.

Vorteilhaft sind mehrere Einlaßkanäle zu einem Bauteil zusammengefaßt. Dieses Bauteil kann dann gegebenenfalls einen Verbindungsflansch auf­ weisen oder direkt in eine Saugrohranlage übergehen.Several inlet channels are advantageously combined into one component. This component can then optionally have a connecting flange point or go directly into a suction pipe system.

Die vorliegende Erfindung wird anhand der nachfolgenden Zeichnungs­ figur näher erläutert.The present invention is based on the following drawings figure explained in more detail.

Die Figur zeigt einen Schnitt durch einen erfindungsgemäßen Zylinderkopf mit nachträglich eingebrachten Einlaßkanälen aus Kunststoff in stark ver­ einfachter Darstellung.The figure shows a section through a cylinder head according to the invention with subsequently introduced plastic inlet ducts in ver simpler representation.

Der Zylinderkopf 1 ist mittels des Druckgußverfahrens aus Aluminium her­ gestellt und weist mehrere von Einlaßventilen 2 beherrschte Einlaßöff­ nungen 3 und von Auslaßventilen 4 beherrschte Auslaßöffnungen 5 auf.The cylinder head 1 is made of aluminum by means of the die-casting process and has several inlet openings 3 controlled by inlet valves 2 and outlet openings 5 controlled by outlet valves 4 .

Dabei sind die Einlaßventile 2 und die Auslaßventile 4 jeweils in Ventil­ schaftführungen 6 gehalten und werden mittels eines nicht näher darge­ stellten Ventilbetätigungsmechanismus beaufschlagt. The inlet valves 2 and the exhaust valves 4 are each held in valve stem guides 6 and are acted upon by a valve actuation mechanism not shown in detail.

Die Einlaßöffnungen 3 und die Auslaßöffnungen 5 sind der Brennkammer eines nicht dargestellten Zylinderblocks zugewandt und durch eine ent­ sprechende Anzahl von Ventilsitzringen 7 definiert.The inlet openings 3 and the outlet openings 5 face the combustion chamber of a cylinder block, not shown, and are defined by a corresponding number of valve seat rings 7 .

Etwa mittig zwischen den Einlaßventilen 2 und den Auslaßventilen 4 und parallel dazu kann eine Zündkerze oder eine Einspritzdüse in einem dafür vorgesehenen Dom 8 angeordnet sein. Dieser Dom 8 ist vorzugsweise von einem Mantel 9 aus Kühlflüssigkeit umgeben.A spark plug or an injection nozzle can be arranged in a dome 8 provided for this purpose approximately in the middle between the inlet valves 2 and the outlet valves 4 and in parallel therewith. This dome 8 is preferably surrounded by a jacket 9 made of cooling liquid.

An die Einlaßöffnung 3 bzw. an den Ventilsitzring 7 der Einlaßventile 2 schließt sich ein separat vom Zylinderkopf 1 angefertigter Einlaßkanal 10 mit kreisförmigem Querschnitt an. Dazu ist eine ringförmige Auflagefläche 11 für die Stirnseite 12 des Einlaßkanals 10 vorgesehen.At the inlet opening 3 or at the valve seat ring 7 of the inlet valves 2 , an inlet duct 10 with a circular cross section is made separately from the cylinder head 1 . For this purpose, an annular contact surface 11 is provided for the end face 12 of the inlet channel 10 .

Damit der Einlaßkanal 10 nachträglich in eine dafür vorgesehene Auf­ nahme 13 im Zylinderkopf 1 eingeschoben werden kann, weist die Auf­ nahme 13 randseitig eine erste Führung 14 und nahe des Ventilsitzrings 7 eine zweite Führung 14′ auf. Im Bereich dieser Führungen 14, 14′ ist je­ weils eine Nut 15 vorgesehen, welche eine ringförmige Dichtung 16 aus einem temperaturbeständigen gummielastischem Material aufnimmt.So that the intake port 10 can be inserted into a designated 13 in the cylinder head 1 , the 13 on the edge has a first guide 14 and near the valve seat 7 a second guide 14 '. In the area of these guides 14 , 14 ', a groove 15 is provided in each case, which receives an annular seal 16 made of a temperature-resistant rubber-elastic material.

Die Dichtungen 16 können aufgrund ihrer Flexibilität eventuelle Toleran­ zen zwischen dem Einlaßkanal 10 und der Aufnahme 13 ausgleichen und im eingebauten Zustand fixierend wirken.Due to their flexibility, the seals 16 can compensate for any tolerances between the inlet duct 10 and the receptacle 13 and act in a fixed manner when installed.

Abgesehen von den Dichtungen 16 ist in der gezeigten Ausführungsform jedoch auch ein zusätzliches Fixierelement vorgesehen. Dieses Fixier­ element ist als Keil 17 ausgebildet, der aus dem gleichen Material wie die Dichtungen 16 besteht und mittels einer Schraube 18 in eine Vertiefung 19 in der Außenhaut des Einlaßkanals 10 gepreßt wird, um den Einlaßka­ nal 10 gegen ein Herausrutschen aus der Aufnahme 13 zu sichern.Apart from the seals 16 , however, an additional fixing element is also provided in the embodiment shown. This fixing element is designed as a wedge 17 , which consists of the same material as the seals 16 and is pressed by means of a screw 18 into a recess 19 in the outer skin of the inlet channel 10 to the Einlaßka channel 10 against slipping out of the receptacle 13 to back up.

Zwischen den beiden Führungen 14, 14′ ist der Einlaßkanal 10 weitge­ hend freiliegend. Das bedeutet, daß der Einlaßkanal 10 in diesem Bereich keinen Kontakt zum Zylinderkopf 1 hat und größtenteils von einer Luft­ kammer 20 umgeben ist. Diese Luftkammer 20 hat gegenüber einer Kühl­ flüssigkeitskammer den Vorteil, daß keine sehr aufwendige Abdichtung zwischen dem Zylinderkopf 1 und den Einlaßkanal 10 erforderlich ist. Die Luftkammer 20 ist schließlich benachbart zu einem weiteren Mantel 9′ für Kühlflüssigkeit angeordnet.Between the two guides 14 , 14 ', the inlet channel 10 is largely exposed. This means that the inlet channel 10 has no contact with the cylinder head 1 in this area and is largely surrounded by an air chamber 20 . This air chamber 20 has the advantage over a cooling liquid chamber that no very complex seal between the cylinder head 1 and the inlet duct 10 is required. The air chamber 20 is finally arranged adjacent to a further jacket 9 'for cooling liquid.

Der Einlaßkanal 10 ist im Bereich seines Einschubteils 21 als Kreis­ ringsegment ausgebildet. Dabei ist das Einschubteil 21 jener Bereich des Einlaßkanals 10, der in der Aufnahme 13 im Zylinderkopf 1 verschwindet. Der Krümmungsradius des Einschubteils 21 entspricht im vorliegenden Fall ca. 80 Millimetern. Das eine Ende des Einlaßkanals 10, welches auf der Seite des Einschubteils 21 liegt, stößt spaltfrei an den Ventilsitzring 7 an, während das andere Ende des Einlaßkanals 10 geradlinig aus dem Zylinderkopf 1 herausragt und einen endständigen Flansch 22 trägt, der zur Anbringung einer nicht dargestellten Saugrohranlage dient. Selbst­ verständlich können die Flansche 22 aller Einlaßkanäle 10 auch zu einem gemeinsamen Flansch zusammengefaßt sein.The inlet channel 10 is formed in the region of its insertion part 21 as a circular ring segment. The insertion part 21 is that area of the inlet duct 10 which disappears in the receptacle 13 in the cylinder head 1 . In the present case, the radius of curvature of the insert part 21 corresponds to approximately 80 millimeters. One end of the inlet duct 10 , which is on the side of the insertion part 21 , abuts the valve seat ring 7 without gaps, while the other end of the inlet duct 10 protrudes straight from the cylinder head 1 and carries a terminal flange 22 , which is used for attaching a not shown Intake manifold system is used. Of course, the flanges 22 of all inlet channels 10 can also be combined to form a common flange.

Der Einlaßkanal 10 weist schließlich noch eine Bohrung 23 auf, durch wel­ che der Schaft des Einlaßventils 2 hindurchgeführt ist. Diese Bohrung 23 kann wahlweise vor oder nach dem Einschieben des Einlaßkanals 10 in den Zylinderkopf 1 angebracht werden.The inlet channel 10 finally has a bore 23 through which the shaft of the inlet valve 2 is passed. This bore 23 can optionally be made before or after inserting the intake port 10 into the cylinder head 1 .

Im Gegensatz zum Einlaßkanal 10 ist der Auslaßkanal 24 in konventionel­ ler Weise einstückig mit dem Gußteil des Zylinderkopfs 1 angefertigt und direkt von einem anderen Mantel 9′′ für Kühlflüssigkeit umgeben.In contrast to the intake port 10 , the exhaust port 24 is made in one piece with the casting of the cylinder head 1 in a conventional manner and directly surrounded by another jacket 9 '' for coolant.

Claims (11)

1. Zylinderkopf einer Hubkolben-Brennkraftmaschine, der als Gußteil hergestellt wird und mit wenigstens einem separat angefertigten Ein­ laßkanal (10) ausgestattet ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Gußteil (1) einstückig gefertigt ist, und die in das Gußteil einge­ brachten Einlaßkanäle (10) aus Kunststoff bestehen.1. Cylinder head of a reciprocating internal combustion engine, which is manufactured as a casting and is equipped with at least one separately made lasskanal ( 10 ), characterized in that the casting ( 1 ) is made in one piece, and the introduced into the casting inlet channels ( 10 ) are made of plastic. 2. Zylinderkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einlaßkanäle (10) in dafür vorgesehene Aufnahmen (13) eingescho­ ben sind, wobei jede der Aufnahmen (13) wenigstens eine erste und eine zweite Führung (14, 14′) aufweist.2. Cylinder head according to claim 1, characterized in that the inlet ducts ( 10 ) are inserted into receptacles ( 13 ) provided therefor, each of the receptacles ( 13 ) having at least a first and a second guide ( 14 , 14 '). 3. Zylinderkopf nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Einlaßkanäle (10) als Rohre mit geradem Einschubteil (21) ausgebil­ det sind.3. Cylinder head according to claim 2, characterized in that the inlet channels ( 10 ) are ausgebil det as tubes with a straight insertion part ( 21 ). 4. Zylinderkopf nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Einlaßkanäle (10) als Rohre mit kreisbogenförmig gekrümmtem Ein­ schubteil (21) ausgebildet sind.4. Cylinder head according to claim 2, characterized in that the inlet channels ( 10 ) are designed as tubes with an arcuate curved insertion part ( 21 ). 5. Zylinderkopf nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß zwischen den Einlaßkanälen (10) und den Aufnahmen (13) Dichtungen (16) vorgesehen sind. 5. Cylinder head according to one of claims 2 to 4, characterized in that between the inlet channels ( 10 ) and the receptacles ( 13 ) seals ( 16 ) are provided. 6. Zylinderkopf nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtungen (16) jeweils im Bereich der Führungen (14, 14′) der Ein­ laßkanäle (10) angeordnet sind.6. Cylinder head according to claim 5, characterized in that the seals ( 16 ) are each arranged in the region of the guides ( 14 , 14 ') of the one-way channels ( 10 ). 7. Zylinderkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß zur Fixierung der Einlaßkanäle (10) außer den Dich­ tungen (16) wenigstens ein Fixierelement vorgesehen ist.7. Cylinder head according to one of claims 1 to 6, characterized in that for fixing the inlet channels ( 10 ) in addition to the lines ( 16 ) at least one fixing element is provided. 8. Zylinderkopf nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Fixierelemente als bewegliche Keile (17) ausgebildet sind, die in einer korrespondierenden Vertiefung (19) in der Außenhaut des Einlaßkanals (10) arretiert werden.8. Cylinder head according to claim 7, characterized in that the fixing elements are designed as movable wedges ( 17 ) which are locked in a corresponding recess ( 19 ) in the outer skin of the inlet channel ( 10 ). 9. Zylinderkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekenn­ zeichnet, daß mehrere Einlaßkanäle (10) zu einem einen Flansch (22) tragenden Bauteil zusammengefaßt sind.9. Cylinder head according to one of claims 1 to 8, characterized in that several inlet channels ( 10 ) are combined to form a flange ( 22 ) component. 10. Zylinderkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Einlaßkanäle (10) an eine Saugrohranlage ange­ formt sind.10. Cylinder head according to one of claims 1 to 9, characterized in that the inlet channels ( 10 ) are formed on an intake manifold system. 11. Zylinderkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Gußteil (1) aus Aluminium besteht.11. Cylinder head according to one of claims 1 to 10, characterized in that the casting ( 1 ) consists of aluminum.
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