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Technisches Gebiet
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Die
Erfindung betrifft eine Abdeckung für eine Brennkraftmaschine nach
dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Stand der Technik
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Heutige
Brennkraftmaschinen sind zum allergrößten Teil Flüssigkeitsgekühlt. Dabei
sind im Zylinderblock und im Zylinderkopf Kühlflüssigkeitskanäle enthalten,
welche dazu dienen, die empfindlichen Zylinder mit den darin laufenden
Kolben vor einer Überhitzung
zu schützen.
Da jedoch die Zylinderabstände
immer geringer werden, wird es schwierig Kühlflüssigkeitskanäle zwischen
den Zylindern gemäß dem Querstromprinzip
von der einen Zylinderblocklängsseite
zur anderen zu leiten.
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Die
DE 196 34 958 zeigt eine
Möglichkeit thermoplastische
Zylinderkopfhauben mittels des Gasinnendruckverfahrens mit Kanälen zu versehen, welche
das Schmieröl
innerhalb der Zylinderkopfhaube zur Nockenwelle transportieren und
aus diesen Kanälen
heraus auf die Nockenwelle zu spritzen. Hier wird also eine Möglichkeit
gezeigt, Schmieröl über Kanäle in der
Zylinderkopfhaube bis zu einem bestimmten Punkt zu transportieren
um das Schmieröl dort
wieder abgeben zu können.
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Die
Aufgabe der Erfindung ist es eine Zylinderkopfhaube anzugeben, welche
den brennkraftmaschinenseitigen Kühlflüssigkeitskreislauf aufnimmt und
verlustfrei weitergibt. Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des
Anspruchs 1 gelöst.
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Offenbarung der Erfindung
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Die
erfindungsgemäße Abdeckung
für eine Brennkraftmaschine,
vorzugsweise Zylinderkopfhaube, besteht bevorzugt aus einem Kunststoffmaterial. Hier
ist beispielsweise ein thermoplastischer Kunststoff wie Polyamid
oder Polypropylen zu nennen. Die Abdeckung weist ein Gehäuse, welches
bestimmte Funktionselemente abdeckt, auf, wobei das Gehäuse dicht
mit einem Zylinderkopf der Brennkraftmaschine verbunden ist. Die
Funktionselemente sind dabei beispielsweise der Kurbeltrieb oder
aber auch eine Kurbelgehäusegasentlüftungsvorrichtung.
Weiterhin weist die Abdeckung flüssigkeitsdichte
Kanäle
zum Transport von Kühlflüssigkeit
auf, wobei die Kanäle mit
entsprechenden Kühlflüssigkeitskanälen des
Zylinderkopfes verbindbar sind. Dadurch kann die Kühlwasserverteilung
aus dem Zylinderblock heraus einfach und kostengünstig weitergeführt werden.
Durch das geschlossene System der flüssigkeitsdichten Kanäle erhöht sich
weiterhin in sehr vorteilhafter Weise die Steifigkeit der Brennkraftmaschinenabdeckung. Weiterhin
führen
die erhöhte
Steifigkeit und die erhöhte
Masse der Abdeckung zu einer verbesserten Akustik durch eine bessere
Dämmung
der mechanischen Geräusche
des Kurbeltriebes.
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Gemäß einer
vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weisen wenigsten ein Teil
der flüssigkeitsdichten
Kanäle
der Abdeckung Flanschanschlüsse zur
Verbindung mit dem Zylinderkopf auf. Dabei sind diese Flanschanschlüsse parallel
zur Verbindungsebene zwischen Zylinderkopf und Abdeckung angeordnet,
so dass die Flanschanschlüsse
bevorzugt direkt in Öffnungen
innerhalb der planen Dichtfläche des
Zylinderkopfes dichtend eingreifen können. Weiterhin sind Dichtmittel
für die
Flanschanschlüsse
vorgesehen, welche seitlich außerhalb
von weiteren Dichtmitteln zwischen Zylinderkopf und Abdeckung angeordnet
sind. Die ersten Dichtmittel für
die Flanschanschlüsse
können
beispielsweise durch O-Ringe, 2-K-Dichtungen oder Labyrinthdichtungen
dargestellt werden. Die Dichtmittel zwischen Zylinderkopf und Abdeckung
können
ebenso aus beispielsweise einer thermoplastischen Elastomerdichtung
oder Korkdichtungen oder auch ausgespritzten Dichtungen bestehen.
Wichtig ist hierbei die getrennte, unabhängige Verwendung der beiden
Dichtmittel, so dass ein Versagen einer Dichtung in der Flanschverbindung
zwischen flüssigkeitsdichtem
Kanal und Zylinderkopf nicht zu einem Eintreten von Kühlflüssigkeit in
das Innere der Abdeckung führen
kann. So sind die innerhalb der Abdeckung liegenden Funktionselemente
vor eindringender Kühlflüssigkeit
geschützt. Bevorzugt
sind dabei die Dichtmittel für
die Flanschanschlüsse
und die Dichtmittel für
die Verbindung zwischen Abdeckung und Zylinderkopf vollkommen autark
und separat ausgeführt,
es ist jedoch auch möglich
diese Dichtmittel beispielsweise über einen Steg zur Handlingverbesserung
miteinander zu verbinden.
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Es
ist vorteilhaft, wenn die flüssigkeitsdichten
Kanäle
im Wesentlichen parallel zueinander verlaufen und die Kühlflüssigkeitsleitungen
der Längsseiten
des Zylinderkopfes quer zur Ausrichtung der Zylinder miteinander
verbinden. Dabei ersetzen die flüssigkeitsdichten
Kanäle
die zwischen den Zylindern verlaufenden Querstromkanäle innerhalb
des Zylinderblockes, wodurch sich der Vorteil einer einfacheren
Zylinderblockfertigung ergibt. Hier kann bei der Herstellung des
Zylinderblockes auf Sandkerne für
die Querkanäle
im Zylinderblock verzichtet werden. Weiterhin erfolgt hierdurch
eine homogenere Temperaturverteilung innerhalb des Kühlsystems.
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Alternativ
hierzu können
die flüssigkeitsdichten
Kanäle
auch parallel zu den Längsseiten
des Zylinderkopfes verlaufen und in einen gemeinschaftlichen Anschlussflansch
münden.
Die Kühlung
erfolgt hierbei in Einzelkanälen
im Zylinderblock von unten nach oben, wobei anschließend an
den Zylinderblock über
Einzelflanschanschlüsse
die Kanäle
gebündelt zu
einem großen
Kanal innerhalb der Abdichtung zusammengefasst werden und dann jeweils
der Längsseite
des Zylinderblockes folgend zu einem Auslassflansch führen. In
vorteilhafter Weise wird hierdurch am Zylinderblock der bislang
erforderliche Auslassstutzen für
das Kühlwasser
eingespart, da dieser Kostenneutral an die Abdeckung mit angeformt
werden kann. Wenn der Auslass an der Abdeckung direkt mit dem Kühler verbunden
ist, ergibt sich durch die Verringerung von Schlauchleitungen ein
kürzerer Kühlkreislauf
wodurch eine geringere Pumpenleistung erforderlich ist. Die geringere
Pumpenleistung wirkt sich positiv auf den Kraftstoffverbrauch der Brennkraftmaschine
aus. Weiterhin wird ein schnelleres Aufheizen des Motors durch den
kürzeren
Kühlkreislauf
mit reduzierter Kühlmittelmenge
erreicht, wodurch die Warmlaufphase reduziert werden kann, welche
sich ebenfalls positiv auf den Kraftstoffverbrauch und auf die Emissionen
auswirkt. Die reduzierte Kühlmittelmenge
ergibt weiterhin eine Gewichtseinsparung welches gerade im Bereich
der Kraftfahrzeuge sehr wichtig ist. Da bei diesem Konzept die Kühlung von
unten nach oben entsprechend der normalen Temperaturverteilung innerhalb
einer Flüssigkeit
vollzogen wird, liegen an allen Zylindern die gleichen Kühlmitteltemperaturen
an und es entstehen somit homogenere Kühlbedingungen welche sich vorteilhaft
auf die Ausdehnung und den Verzug des gesamten Systems innerhalb
der Brennkraftmaschine auswirken.
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Gemäß einer
vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind die flüssigkeitsdichten
Kanäle
in Zweischalentechnik hergestellt. Die beiden Teilschalen werden
beispielsweise über
ein Schweiß-
oder Klebverfahren flüssigkeitsdicht
miteinander verbunden. Das Schweißverfahren kann zum Beispiel
ein Vibrations- oder ein Laserschweißverfahren sein. Diese Verfahren
sich äußerst einfach
und kostengünstig und
durch die flüssigkeitsdichte
Verbindung durch Schweißen
oder Kleben ist auch eine hohe Prozesssicherheit gegeben.
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Alternativ
hierzu können
die flüssigkeitsdichten
Kanäle
auch im Kernausschmelzverfahren hergestellt werden. Dabei wird ein
Metallkern mit einem niedrigeren Schmelzpunkt als der Kunststoff
der Abdeckung umspritzt, wodurch sich die flüssigkeitsdichten Kanäle durch
das Volumen des Metallkerns ergeben. Nach dem Aushärten des
Kunststoffes, wird die Abdeckung mit dem Metallkern in einem Ölbad auf eine
Temperatur größer als
die Schmelztemperatur des Metallkerns, beispielsweise eine Zinn-Wismut-Legierung,
erhitzt, welche unterhalb der Schmelztemperatur des Kunststoffs
liegt. Dadurch wird der Metallkern ausgeschmolzen und es entstehen
die flüssigkeitsdichten
Kanäle,
welche durch die homogene Herstellung einen sehr hohen Berstdruck aufweisen.
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Eine
weitere Alternative Möglichkeit
zur Herstellung der flüssigkeitsdichten
Kanäle
besteht darin, eine Gasinjektionstechnik oder Wasserinjektionstechnik
zu verwenden, welche im Stand der Technik hinreichend bekannt ist
und hier nicht weiter erläutert
werden muss.
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Es
ist vorteilhaft, wenn die flüssigkeitsdichten
Kanäle
gleichzeitig Mittel zur Entlüftung
des Kühlflüssigkeitssystems
aufweisen. Da die flüssigkeitsdichten
Kanäle
durch die Anordnung in der Zylinderkopfabdeckung geodätisch recht
hoch liegen, ist es hier möglich,
am höchsten
Punkt jeweils eine Entlüftungsvorrichtung
anzuordnen, um so im Kühlflüssigkeitssystem
vorhandene Luft abzulassen. Bevorzugt kann dies über eine einfach zu Öffnende
Schraubverbindung erfolgen, welche am obersten Punkt der flüssigkeitsdichten
Kanäle
angeordnet ist. Hierdurch entfällt
auch das teure Erstbefüllen
des Kühlflüssigkeitssystems über das
Anlagen eines Unterdrucks im Flüssigkeitssystem
der Brennkraftmaschine.
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Gemäß einer
weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist ein Kühlflüssigkeitsausgleichsbehälter in
die Abdeckung integriert, wobei die flüssigkeitsdichten Kanäle korrespondierend
damit dichtend verbunden sind. Hier könnte die Entlüftung beispielsweise
auch über
den Kühlflüssigkeitsausgleichsbehälter erfolgen,
und durch den Entfall weiterer Leitungen zu dem Ausgleichsbehälter ergeben sich
die oben genannten Vorteile durch die Reduzierung des Kühlkreislaufes.
Der Kühlfüssigkeitsausgleichsbehälter kann
zweistückig
oder einstückig
mit der Abdeckung verbunden sein und ist bevorzugt aus einem thermoplastischen
Kunststoff im Spritzgieß- oder
Blasformverfahren hergestellt.
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Die
flüssigkeitsdichten
Kanäle
können
einerseits im Wesentlichen im Inneren der Abdeckung verlaufen, so
dass eine Krafteinwirkung von außen nicht automatisch zu einer
Undichtigkeit der flüssigkeitsdichten
Kanäle
führt.
Andererseits ist es auch möglich,
die flüssigkeitsdichten
Kanäle
im Wesentlichen außerhalb
der Abdeckung zu führen,
so dass diese beispielsweise nachträglich mit der Abdeckung für die Brennkraftmaschine
verbunden werden können. Die
Verbindung kann beispielsweise lösbar
oder unlösbar über ein
Klips- oder Schraubverfahren bzw. in Schweiß- oder Klebverfahren erfolgen.
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Diese
und weitere Merkmale von bevorzugten Weiterbildungen der Erfindung
gehen außer
aus den Ansprüchen
auch aus der Beschreibung und den Zeichnungen hervor, wobei die
einzelnen Merkmale jeweils für
sich allein oder zu mehreren in Form von Unterkombinationen bei
der Ausführungsform
der Erfindung und auf anderen Gebieten verwirklicht sein und vorteilhafte
sowie für
sich schutzfähige
Ausführungen
darstellen können,
für die
hier Schutz beansprucht wird.
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Kurze Beschreibung der
Zeichnungen
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Weitere
Einzelheiten der Erfindung werden in den Zeichnungen anhand von
schematischen Ausführungsbeispielen
beschrieben. Hierbei zeigt
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1 eine
Variante der erfindungsgemäßen Zylinderkopfhaube
in einer schematischen Ansicht,
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2 eine
alternative Zylinderkopfhaube in einer schematischen Ansicht und
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3 einen
Teilausschnitt einer erfindungsgemäßen Zylinderkopfhaube.
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Ausführungsform(en) der Erfindung
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Die 1 zeigt
eine erfindungsgemäße Zylinderkopfhaube 10 in
schematischer Ansicht. Die Zylinderkopfhaube 10 weist einen Öleinfüllstutzen 11 sowie
eine benachbart dazu angeordnete Abdeckung für einen Ölabscheider 12 auf.
Der Ölabscheider
dient dazu, Öltröpfchen aus
einem Blow-by-Gasstrom abzutrennen, wobei der Ölabscheider ein Vlies, ein
Metallgewirk oder auch einen oder mehrere Zyklone beinhalten kann.
An der Abdeckung 12 für den Ölabscheider
ist ein Anschlussflansch 13 zur Abführung des gereinigten Blow-by-Gases
vorgesehen. Am Umfang der Zylinderkopfhaube 10 verteilt
sind mehrere Befestigungsbohrungen 14 angeordnet, welche
sich außerdem
auch im mittleren Bereich der Zylinderkopfhaube 10 befinden.
Mittels dieser Befestigungsbohrung 14 ist es möglich, die
Zylinderkopfhaube 10 über
Schraubverbindungen dicht mit einem hier nicht dargestellten Zylinderkopf
zu verbinden. Weiterhin sind im mittleren Bereich der Zylinderkopfhaube 10 mehrere Öffnungen 15 beispielsweise
zum Einsetzen von Zündkerzen
oder Injektoren angeordnet. Quer über die Längsseite der Zylinderkopfhaube 10 sind
mehrere flüssigkeitsdichte Kühlflüssigkeitsleitungen 16 vorgesehen,
welche aus einer ersten Halbschale 17 welche lösbar oder
unlösbar
mit der Zylinderkopfhaube 10 verbunden ist, und einer zweiten
Halbschale 18, welche beispielsweise über ein Vibrationsschweiß- oder
Klebverfahren mit der ersten Halbschale 17 verbunden wird,
Bestehen. Die flüssigkeitsdichten
Kühlflüssigkeitsleitungen 16 bestehen
dabei bevorzugt aus einem thermoplastischen Kunststoff wodurch die
Verbindung der Halbschalen 17, 18 mittels eines
Schweißverfahrens
vereinfacht wird. Es ist jedoch auch bei einstückigen Kühlflüssigkeitsleitungen möglich diese
aus einem Metall auszuführen.
Die Kühlflüssigkeitsleitungen 16 sind
hierbei im Wesentlichen parallel zueinander angeordnet und überführen die
Kühlflüssigkeit
von der einen Zylinderblockseite zur anderen. Dadurch ist es möglich oft zwischen
den Zylindern angeordnete Querstromkühlflüssigkeitsleitungen im Zylinderblock
zu verzichten, welches die Fertigung des Zylinderblockes stark vereinfacht.
Im oberen Bereich der Kühlflüssigkeitsleitungen
sind jeweils Entlüftungsschrauben 19 angeordnet,
welches dazu dienen, beim Befüllen
des Kühlflüssigkeitssystems
für eine
Entlüftung
desselben zu sorgen. Die Schrauben werden gelöst, oder ganz rausgeschraubt
beim Befüllen
des Kühlflüssigkeitssystems
und erst beim Austreten von Kühlflüssigkeit,
nachdem die im System vorhandene Luft durch die Öffnungen ausgetreten ist, wieder
verschlossen.
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Die 2 zeigt
eine alternative Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Zylinderkopfhaube 10. Der
vorherigen Figur entsprechende Bauteile sind mit den gleichen Bezugszeichen
versehen. Die flüssigkeitsdichten
Kühlflüssigkeitsleitungen 16 münden hierbei
in Sammelleitungen 21, welche parallel zu den Längsseiten
des Zylinderblocks angeordnet sind. Diese Sammelleitungen werden
an einem Ende in einen gemeinsamen Kühlflüssigkeitsauslass 20 gebündelt. Dadurch
wird am Zylinderblock der bislang erforderliche Auslassstutzen für die Kühlflüssigkeit
eingespart, da dieser nun kostenneutral an die Zylinderkopfhaube 10 in
der Zusammenführung
der Sammelleitungen 21 mit angeformt werden kann. An den
Kühlflüssigkeitsauslass 20 wird
daraufhin ein hier nicht dargestellter Kühlflüssigkeitsschlauch angeschlossen,
welcher dann in den Kühler
mündet. Bei
dieser Lösung
besteht der Vorteil darin, dass die Kühlflüssigkeit von unten in den Zylinderblock
gleichmäßig in von
unten nach oben verlaufende Kanäle einströmen kann,
und dann oben in den Sammelleitungen 21 gesammelt wird.
Dabei ergibt sich ein besonders homogenes Temperaturfeld der Kühlflüssigkeit
zwischen den einzelnen Zylindern.
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Die 3 zeigt
einen Teilausschnitt einer erfindungsgemäßen Zylinderkopfhaube 10 in
einer Ansicht von unten. Den vorherigen Figuren entsprechende Bauteile
sind mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Dieser Ansicht sind
Anschlussflansche 22 zu erkennen, welche die Enden der
Kühlflüssigkeitsleitungen 16 darstellen.
Diese Anschlussflansche 22 werden in entsprechende Aufnahmebohrungen
des hier nicht dargestellten Zylinderblocks zur Aufnahme der Kühlflüssigkeit
eingesetzt. Dabei weisen die Anschlussflansche 22 eigenständige Dichtungen 23 zur
flüssigkeitsdichten
Abdichtung der Verbindung zwischen Zylinderkopfhaube 10 und
Zylinderblock auf. Separat davon ist eine Dichtung 24 der Zylinderkopfhaube
ausgeführt,
welche die Verbindung zwischen Zylinderkopfhaube 10 und
Zylinderblock darstellt. Durch diese getrennte Anordnung der Dichtungen 23 und 24 wird
gewährleistet,
dass bei einem Ausfall einer der Dichtungen 23 oder einer
Beschädigung
der Kühlflüssigkeitsleitungen 16 kein Kühlwasser
in das Innere der Zylinderkopfhaube 10 und damit an den
Kurbeltrieb der Brennkraftmaschine gelangt.