DE19751662C1 - Flüssigkeitsgekühlter Zylinderkopf für eine mehrzylindrige Brennkraftmaschine - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen flüssigkeitsgekühlten Zy­ linderkopf für eine mehrzylindrige Brennkraftmaschine gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Es ist bekannt, im Zylinderkopf ein Kanalsystem zum Zuführen von Sekundärluft und/oder zur Rückführung von Abgas vorzusehen. Die Sekundärluftzufuhr dient zur Abgasnachbehandlung der Abgase von Brennkraftmaschinen. Mit der Einblasung von Luftsauerstoff (Sekundärluft) lassen sich die im Abgas noch vorhandenen unver­ brannten HC- und CO-Anteile durch eine gewisse Verweilzeit bei hohen Temperaturen nachverbrennen. Die thermische Nachbehand­ lung des Abgases mit Sekundärlufteinblasung spielt, insbesonde­ re während der Warmlaufphase einer Brennkraftmaschine in Kom­ bination mit einem Katalysator, eine wesentliche Rolle, um die Aufheizzeit bis zum Erreichen der Betriebstemperatur des Kata­ lysators deutlich zu verkürzen. Vorteilhafterweise erfolgt die Sekundärlufteinblasung im Zylinderkopf direkt in die Auslaßka­ näle in unmittelbarer Nähe zu den Auslaßventilen. Ein wirkungs­ volles Mittel zur Absenkung der Stickstoffemissionen ist die Abgasrückführung. Durch Zumischen von bereits verbranntem Abgas zum Luft-Kraftstoff-Gemisch wird die Verbrennungs-Spitzentempe­ ratur gesenkt. Diese Maßnahme reduziert die temperaturabhängige Stickoxidemission.

So ist aus der DE 195 31 875 C1 ein gattungsgemäßer Zylinder­ kopf für eine flüssigkeitsgekühlte, mehrzylindrige Brennkraft­ maschine mit in Gaswechselkanälen angeordneten Gaswechselventi­ len bekannt, bei der ein in den Zylinderkopf integriertes Ka­ nalsystem zur Abgasrückführung bzw. zur Sekundärlufteinblasung vorgesehen ist, das wenigstens zwei Längskanäle mit zumindest jeweils einem Verbindungskanal zu den Gaswechselkanälen auf­ weist, wobei die Längskanäle zwischen den Gaswechselventilen oberhalb von Brennräumen des Zylinderkopfes verlaufen. Ferner ist pro Zylinder eine in den Brennraum mündende Kammer für eine Zündkerze oder eine Einspritzdüse vorgesehen.

Zum allgemeinen technischen Hintergrund wird noch auf die EP 0 480 787 A1 verwiesen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Zylinderkopf zu schaffen, welcher vorhandenen Bauraum optimal nutzt sowie leicht und kostengünstig herstellbar ist.

Diese Aufgabe wird bei einer gattungsgemäßen Einrichtung durch die im Kennzeichen des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Ein wesentlicher Vorteil liegt in der verbesserten Bauraumaus­ nutzung des Zylinderkopfes. Der gasführende Längskanal kann vorteilhafterweise auch bei zentraler Lage der Zündkerzen oder Einspritzdüsen, beispielsweise bei einem 4-Ventiler, zwischen den Gaswechselventilen angeordnet werden, da die Zündkerzen oder Einspritzdüsen im Längskanal angeordnet sind. Werden die Zündkerzen oder Einspritzdüsen vom Längskanal vollständig um­ griffen, wird ein geradliniger Verlauf des Längskanales ermög­ licht, da keine Zündkerze oder Einspritzdüse umgangen werden muß. Dadurch kann der Längskanal nicht nur gegossen, sondern auch spanend hergestellt werden.

Der Längskanal weist zum Durchführen der Zündkerze bzw. Ein­ spritzdüse eine obere, dem Steuerraum zugewandte und eine unte­ re, dem Brennraum zugewandte Öffnung auf. In einer Ausgestal­ tung der Erfindung ist die Zündkerze bzw. Einspritzdüse durch eine Schutzhülse vom Längskanal abgegrenzt, wobei die Schutz­ hülse in die Öffnungen des Längskanales eingesetzt ist. Die Schutzhülse bildet dadurch nicht nur eine Kammer zur Aufnahme der Zündkerze bzw. Einspritzdüse, sondern auch einen Schutz insbesondere einen Temperaturschutz für die Zündkerze bzw. Ein­ spritzdüse gegen das im Längskanal transportierte gasförmige Medium. Zusätzlich erfolgt die Abdichtung zwischen Längskanal und den im Längskanal eingebrachten Öffnungen über die in den Längskanal eingegossene oder eingepreßte Schutzhülse, wodurch eine separate Abdichtung entfallen kann. Aufgrund der Schutz­ hülsen ist ohne Dichtungsprobleme auch eine seitlich versetzte Anordnung der Zündkerzen im Längskanal möglich, bei der die Schutzhülsen den Längskanal nur zum Teil schneiden bzw. der Längskanal die Schutzhülsen nur teilweise umgreift.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist die Zündkerze oder die Einspritzdüse ohne Schutzhülse im Längskanal angeord­ net, wobei die Abdichtung des Längskanales über eine auf die Zündkerze oder Einspritzdüse aufgesetzte Dichtkappe erfolgt. Bei der Dichtkappe handelt es sich vorteilhafterweise um ein Anschlußelement an das elektrische Bordnetz und/oder die Kraft­ stoffversorgung, wie beispielsweise einem Kerzenstecker bei der Zündkerze.

Weitere Ausgestaltungen und Vorteile der Erfindung gehen aus den übrigen Unteransprüchen und der Beschreibung hervor.

In den Zeichnungen ist die Erfindung anhand von zwei Ausfüh­ rungsbeispielen erläutert, und zwar zeigt:

Fig. 1 in einem ersten Ausführungsbeispiel einen Querschnitt durch einen Zylinderkopf mit einem erfindungsgemäßen Kanalsystem zur Gasführung, das einen geradlinig ver­ laufenden Längskanal aufweist, der im Zylinderkopf an­ geordnete Zündkerzen vollständig umgreift und

Fig. 2 in einem zweiten Ausführungsbeispiel eine Seitenansicht auf einen teilweise dargestellten Zylinderkopf analog zu Fig. 1 in perspektivischer Darstellung mit einem Ka­ nalsystem, das einen mäanderförmig verlaufenden Längs­ kanal aufweist, der im Zylinderkopf angeordnete Zünd­ kerzen nur teilweise umgreift.

In Fig. 1 ist in einem ersten Ausführungsbeispiel ein flüssig­ keitsgekühlter Zylinderkopf 1 einer nicht näher dargestellten mehrzylindrigen Brennkraftmaschine gezeigt. Der Zylinderkopf 1 besteht aus einem einteiligen Gußstück mit einem Zylinderkopf­ boden 2 und den von diesem nach oben bis zu einer Deckeltrenn­ ebene 3 zur Auflage einer nicht gezeigten Zylinderkopfhaube führenden stirnseitigen und längsseitigen Außenwänden 4a und 4b, wobei hier nur die längsseitigen Außenwände 4a, 4b sichtbar sind.

Zusammen mit dem Zylinderkopfboden 2 umschließen die Außenwände 4a, 4b einen Raum, der durch eine mit Abstand vom Zylinderkopf­ boden 2 angeordnete Zylinderkopfdecke 5 in einen Kühlwasserraum 6 und einen darüberliegenden bis zur Deckeltrennebene 3 rei­ chenden Steuerraum 7 unterteilt ist.

Der Zylinderkopf 1 besitzt für jeden Zylinder einen als Vertie­ fung ausgestalteten Brennraum 8, welcher pro Zylinder minde­ stens zwei Mündungsöffnungen 9, 10 und mindestens eine weitere in den Brennraum 8 führende Öffnung 11 zur Aufnahme einer Zünd­ kerze 12, einer Einspritzdüse oder dergleichen aufweist. Von den Mündungsöffnungen 9, 10 gehen Gaswechselkanäle 13 und 14 ab, welche den Kühlwasserraum 6 bis zu den längsseitigen Außen­ wänden 4a und 4b durchsetzen. Der dabei von der Mündungsöffnung 9 zur Außenwand 4a abführende Gaswechselkanal bildet den Ein­ laßkanal 13, dem ein Einlaßventil 15 zugeordnet ist, und der von der Mündungsöffnung 10 zur Außenwand 4b abführende Gaswech­ selkanal bildet den Auslaßkanal 14, dem ein Auslaßventil 16 zu­ geordnet ist. In der zwischen den Mündungsöffnungen 9, 10 der Gaswechselkanäle 13, 14 liegenden Öffnung 11 ist die Zündkerze 12 angeordnet, die den Zylinderkopf 1 in Richtung einer Zylin­ derkopfhochachse 17 durchsetzt, wobei wie bereits oben erwähnt anstelle einer Zündkerze 12 auch eine Einspritzdüse oder der­ gleichen denkbar wäre.

Zwischen den Gaswechselkanälen 13, 14 ist über den Brennräumen 8 mit Abstand zu diesen ein sich in Richtung einer Zylinder­ kopflängsachse 18 (s. Fig. 2) erstreckender, gasführender Längskanal 19a, 19b angeordnet, der über Verbindungskanäle 20 mit den Gaswechselkanälen 14 der Brennkraftmaschine in Verbin­ dung steht. Die Verbindungskanäle 20 sind im Zylinderkopf 1 ge­ bohrt, gegossen oder durch im Zylinderkopf 1 eingegossene Rohre gebildet. Der Längskanal 19a, 19b kann sowohl zur Abgasrückfüh­ rung als auch zur Sekundärluftzuführung dienen, wobei bei der Abgasrückführung der Längskanal 19a, 19b als Abgasrückführungs­ kanal über die Verbindungskanäle 20 mit den Einlaßkanälen 13 und bei der Sekundärluftzuführung als Sekundärluftkanal mit den Auslaßkanälen 14 der Brennkraftmaschine in Verbindung steht. Die Sekundärluftzufuhr über die Verbindungskanäle 20 erfolgt vorteilhafterweise, da am wirkungsvollsten, in unmittelbarer Nähe der Auslaßventile 16 in die Auslaßkanäle 14. Weist ein Zy­ linderkopf 1 beide Kanalsysteme auf, so können der Sekundär­ luftkanal und der Abgasrückführungskanal über einen weiteren Kanal miteinander verbunden sein.

Erfindungsgemäß sind die jedem Zylinder zugeordneten Zündkerzen 12 im Längskanal 19a, 19b angeordnet, wobei die Zündkerzen 12 in den beiden Ausführungsbeispielen durch Schutzhülsen 21 vom Längskanal 19a, 19b abgegrenzt sind. Die Schutzhülsen 21 durch­ setzen den Längskanal 19a, 19b und bilden zum Längskanal 19a, 19b hin geschlossene Kammern zur Aufnahme der Zündkerzen 12, d. h. sogenannte Kerzenschächte 22. Die Abdichtung zwischen Längskanal 19a, 19b und Kerzenschächten 22 sowie die Abdichtung des Längskanales 19a, 19b gegenüber dem Steuerraum 7 und dem Brennraum 8 erfolgt allein über die in den Zylinderkopf 1 ein­ gepreßten oder eingegossenen Schutzhülsen 21.

Im ersten Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 schneiden die Schutzhülsen 21 den Längskanal 19a, wobei der Längskanal 19a die die Kerzenschächte 22 bildenden Schutzhülsen 21 mit den darin angeordneten Zündkerzen 12 umgreift. Da der Längskanal 19a die Schutzhülsen 21 nebst darin angeordneter Zündkerzen 12 vollständig umgreift, kann der Längskanal 19a einen geradlini­ gen Verlauf nehmen, wodurch außer einer Herstellung durch Gie­ ßen auch eine Herstellung durch Bohren möglich ist.

Ebenso ist auch denkbar, daß die Zündkerzen 12 ohne Schutzhül­ sen 21 im Längskanal 19a angeordnet sind, wodurch die Zündker­ zen 12 über einen Teil ihrer Länge vom Längskanal 19a vollstän­ dig umgeben sind. Die Abdichtung des Längskanales 19a erfolgt in einem dem Brennraum 8 zugewandten Bereich über die Zündkerze 12, beispielsweise beim Einschrauben der Zündkerze 12 in den Zylinderkopf 1, und in einem dem Steuerraum 7 zugewandten Be­ reich über eine auf die Zündkerze 12 aufgesetzte, nicht darge­ stellte Dichtkappe, beispielsweise einem Kerzenstecker.

In einem zweiten Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2 schneiden die Schutzhülsen 21 den Längskanal 19b nur teilweise, so daß der Längskanal 19b die Zündkerzen 12 nur teilweise umgreift und zwischen den Gaswechselventilen 13, 14 einen in etwa mäander­ förmigen Verlauf nimmt. Der Einfachheit halber werden in Fig. 2 für übereinstimmende Bauelemente aus Fig. 1 die dort verwende­ ten Bezugszeichen übernommen.

Claims (6)

1. Flüssigkeitsgekühlter Zylinderkopf für eine mehrzylindrige Brennkraftmaschine mit im Kühlwasseraum angeordneten Gaswech­ selkanälen und Zündkerzen oder Einspritzdüsen und mit minde­ stens einem sich in Zylinderkopflängsrichtung erstreckenden, gasführenden Längskanal, von dem Verbindungskanäle ausgehen, die jeweils in einen Gaswechselkanal münden, dadurch gekennzeichnet, daß die Zündkerzen oder Einspritzdüsen (12) im Längskanal (19a, 19b) angeordnet sind.

2. Flüssigkeitsgekühlter Zylinderkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zündkerzen oder Einspritzdüsen (12) durch Schutz­ hülsen (21) vom Längskanal (19a, 19b) abgegrenzt sind.

3. Flüssigkeitsgekühlter Zylinderkopf nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schutzhülsen (21) den Längskanal (19b) mindestens teilweise schneiden.

4. Flüssigkeitsgekühlter Zylinderkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Längskanal (19a, 19b) zur Sekundärluftzuführung oder zur Abgasrückführung dient.

5. Flüssigkeitsgekühlter Zylinderkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abdichtung des Längskanales (19a, 19b) über eine auf die Zündkerze oder Einspritzdüse (12) aufgesetzte Dichtkap­ pe erfolgt.

6. Flüssigkeitsgekühlter Zylinderkopf nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schutzhülsen (21) in den Längskanal (19a, 19b) ein­ gegossen oder eingepreßt sind.