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Technisches Gebiet
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Die
Erfindung betrifft eine Zylinderkopfhaube für einen Zylinderkopf einer
Brennkraftmaschine nach dem Oberbegriff des unabhängigen Anspruchs 1.
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Stand der Technik
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Bekannte
Zylinderkopfhauben für
den Zylinderkopf einer Brennkraftmaschine sind auf einem planbearbeiteten
Zylinderkopf über
eine entsprechende Dichtung mit diesem verbunden und bilden somit
das Gehäuse
für den
Ventiltrieb und die Ölzuführung für die einzelnen
innerhalb des Zylinderkopfs angeordneten Lager. Der Zylinderkopf
weist üblicherweise
eine umlaufende Dichtung auf. Im Bereich der Dichtung sind Befestigungselemente
zum Verschrauben der Zylinderkopfhauben mit dem Zylinderkopf vorgesehen.
Es sind ferner Zylinderkopfhauben bekannt, die aus thermoplastischem
Kunststoff bestehen.
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Aus
der MTZ6/2004 Seite 476 ff ist ein Stabzündmodul zu entnehmen, welches
sowohl die Zündspule,
als auch die Platine für
die Zündelektronik
aufweist. Das Stabzündmodul
wird in einem Kerzenschacht direkt auf der Zündkerze aufgesetzt. Der Kerzenschacht
wird dabei durch den Ventildeckel bzw. Zylinderkopfhaube gebildet.
Das Stabzündmodul
stützt
sich dabei zum einen durch die Manschette an der Innenwand des Kerzenschachts
und zum anderen durch den Zündkerzenstecker
auf der Zündkerze
ab und ist gedämpft
gelagert.
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Der
Montageaufwand bei solchen Systemen ist nicht unerheblich, da zunächst die
Zündkerze
eingeschraubt werden muss, anschließend das Stabzündmodul
in den Kerzenschacht einzuführen
ist, mit der Zündkerze
verbunden wird und gleichzeitig auch die elektrischen Anschlüsse an das
Stabzündmodul herangeführt werden
müssen.
Die elektrischen Leitungen müssen
an der Zylinderkopfhaube bzw. am Ventildeckel befestigt bzw. verlegt
werden. Gleichzeitig ist eine separate Dichtung zwischen Zylinderkopfhaube
und Spule notwendig, die den Zündspulenschacht
abdichtet, damit dieser nicht mit Wasser und Schmutz verunreinigt
wird.
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Der
Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine Zylinderkopfhaube
für einen
Zylinderkopf einer Brennkraftmaschine weiterzubilden und die Montageschritte
zu reduzieren, sowie den Aufbau zu vereinfachen.
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Diese
Aufgabe wird ausgehend von dem Oberbegriff des unabhängigen Anspruchs
1 durch dessen kennzeichnenden Merkmale gelöst.
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Offenbarung der Erfindung
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Der
wesentliche Vorteil der Erfindung liegt darin, dass elektrische
Komponenten mit Zündspulen oder
Zündkerzenanschlussstecker
in die Zylinderkopfhaube derart integriert sind, dass diese über eine formschlüssige Verbindung
bzw. eine Rast-, Klemm- oder Schnappverbindung mit der Zylinderkopfhaube eine
Einheit bilden. Damit entfallen aufwendige Montagearbeiten bzw.
es besteht die Möglichkeit,
im Rahmen einer Vormontage bereits sämtliche elektrischen oder elektronischen
Komponenten in der Zylinderkopfhaube anzuordnen, die für das Aktivieren
der Zündkerzen
der Brennkraftmaschine erforderlich sind. Dies führt nicht nur zu einer Vereinfachung
des Montageaufwandes, sondern auch zu einer einfacheren Gestaltung
der Zündkerze.
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In
einer vorteilhaften Weiterbildung sind die elektrischen oder elektronischen
Komponenten im 2K-Spritzgussverfahren mit der Zylinderkopfhaube verbunden,
d. h. nachdem die erste Spritzgießkomponente in einer Spritzgussform
für die
Ausgestaltung der Zylinderkopfhaube eingebracht wurde, erfolgt in
einem zweiten Arbeitsgang das Einbringen der zweiten Komponente,
die gleichzeitig als elastische Verbindungskomponente zwischen den
Bauteilen und der ersten Komponente wirkt.
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Weiterbildungsgemäß ist die
Zylinderkopfhaube aus Kunststoff gestaltet und bildet gleichzeitig das
Gehäuse
für die
elektronischen oder elektrischen Komponenten. Damit entfallen zusätzliche
Kunststoffgehäuseteile.
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Es
besteht auch die Möglichkeit,
gleichzeitig die elektrischen Verbindungskabel in die Zylinderkopfhaube
zu integrieren, auch hier sind keine aufwendigen Kabelisolierungen
erforderlich.
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Die
Zuführung
der elektrischen Energie in die Verbindungskabel der Zylinderkopfhaube
erfolgt in einer Ausgestaltung mit einem Stecker oder einer Kontaktverbindung,
die an der Zylinderkopfhaube angebracht ist und in ein entsprechendes
Gegenstück greift,
welches flexibel oder motorfest an der Brennkraftmaschine angeordnet
ist. Die Übertragung
der Zündspannung
auf eine im Zylinderkopf angeordnete Zündkerze erfolgt über einen
Federkontakt, der in der Zylinderkopfhaube integriert ist. Dieser
Federkontakt sorgt für
eine zuverlässige
Hochspannungsverbindung und einen sicheren Kontakt zur Zündkerze.
Es besteht auch die Möglichkeit,
anstelle eines Federkontakts eine Art Zündkerzenstecker in die Zylinderkopfhaube
zu integrieren, so dass handelsübliche Zündkerzen
adaptierbar sind. Sofern eine Stabzündspule in der Zylinderkopfhaube
integriert wird, ist diese so angeordnet, dass sie im unmittelbaren
Kontakt mit der Zündkerze
steht und im Bereich des Spulenkopfes formschlüssig mit der Zylinderkopfhaube
verbunden ist.
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In
einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die Zündspule ein Einlegeteil für ein Spritzgießwerkzeug zur
Herstellung der thermoplastischen Kunststoffzylinderkopfhaube. Ebenso
können
auch die zur Zündspule
geführten
Kabel als Einlegeteile für
ein Spritzgießwerkzeug
gestaltet sein.
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Diese
und weitere Merkmale von bevorzugten Weiterbildungen der Erfindung
gehen außer
aus den Ansprüchen
auch aus der Beschreibung und der Zeichnung 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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Die
Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert.
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Es
zeigt:
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1a Einen
Schnitt durch eine Zylinderkopfhaube,
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1b eine
Draufsicht auf die in 1a gezeigte Zylinderkopfhaube,
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2 die
Detaildarstellung einer Zylinderkopfhaube mit Federkontakt für eine Zündkerze,
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3 die
Detaildarstellung einer Zylinderkopfhaube mit einem Zündkerzenstecker,
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4 die
schematische Darstellung eines Zylinderkopfhaubenzündmoduls
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5 eine
Variante der schematischen Darstellung eines Zylinderkopfhaubenzündmoduls
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6 die
Draufsicht auf eine Zylinderkopfhaube mit Zündmodulen.
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Ausführungsform(en) der Erfindung
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Die
Schnittdarstellung in 1a zeigt die Kontur einer Zylinderkopfhaube 10,
die auf einem hier nicht dargestellten Zylinderkopf befestigt werden kann.
Hierzu ist eine umlaufende Dichtung 11 sowie nicht dargestellte
Verbindungselemente vorgesehen. Die Zylinderkopfhaube besteht aus
einem thermoplastischen Kunststoff. In der Zylinderkopfhaube, d. h.
in dem Kunststoffmaterial befinden sich Zündspulen 12, 13, 14 und 15,
die jeweils eine elektrische Anschlussleitung aufweisen. Die elektrischen
Anschlussleitungen führen
zu einem gemeinsamen Stecker 16, mit dem eine Verbindung
zur Steuerelektronik der Brennkraftmaschine erfolgt.
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Im
Bereich der Dichtung 11 ist ein gefederter Stift 17 für die Masseverbindung,
für die
Zündspulen vorgesehen,
dieser Stift 17 ist mit einer in dem Kunststoff der Zylinderkopfhaube 10 integrierten
Leitung 18 verbunden. Bei einer Befestigung der Zylinderkopfhaube 10 auf
dem Zylinderkopf, sorgt dieser gefederte Stift für die elektrische Verbindung
zwischen der metallischen Oberfläche
des Zylinderkopfes und den einzelnen Zündspulen.
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1b zeigt
eine Draufsicht auf die in 1a gezeigte
Zylinderkopfhaube. Hier sind die Zündspulen 12, 13, 14 und 15 schematisch
zu erkennen, durch die Auswölbung
der Zylinderkopfhaube in diesem Bereich. Angedeutet ist auch die
jeweilige Leitung von der entsprechenden Zündspule zu dem Stecker 16.
Die Leitungen befinden sich ebenfalls innerhalb des Kunststoffes
der Zylinderkopfhaube. Neben den Zündspulen ist jeweils ein Kerzenschacht 20, 21, 22 und 23 vorgesehen,
dieser Schacht wird weiter unten näher beschrieben, er ermöglicht den Zugang
und den Austausch der entsprechenden Zündkerze.
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2 zeigt
in einer Detaildarstellung den Zündkerzenschacht 23 und
die dazugehörige
Zündspule 15.
Gleiche Teile sind mit gleichen Bezugszeichen versehen. Die Zündkerze 24 ist
in dem Zylinderkopf 25 eingeschraubt. Der Zylinderkopf
ist mit einem zylindrischen Gehäuseabschnitt 26 zur
Aufnahme der Kerze versehen. Dieser zylindrische Gehäuseabschnitt
ist nach oben mit einer Dichtung 27 gegenüber der
Zylinderkopfhaube 10 abgedichtet. Die Zylinderkopfhaube
selbst ist im Bereich des Kerzenschachtes 23 ebenfalls
mit einer Schutzkappe 28 versehen, diese weist eine Ringverschnappung
auf und dient zum Schutz des Kerzenschachtes vor Schmutz und Wasser.
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An
der Zündspule 15 befindet
sich ein Federelement 29 zur Kontaktierung der Kerze. Das
Federelement ist mit der Zylinderkopfhaube umspritzt und schwenkt
zur Seite, wenn ein Kerzenschlüssel
in den Schacht gesteckt wird um die Kerze zu entfernen oder einzuschrauben.
Wie bereits in 1b gezeigt, befindet sich die
Leitung 19 innerhalb des Kunststoffes der Zylinderkopfhaube
und führt,
ausgehend von der Zündspule 15 zu
dem Übergabestecker 16.
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3 zeigt
eine Variante der in 2 dargestellten Zündkerzenkontaktierung
anstelle eines Federelementes 29, das unmittelbar den Kontaktstift 30 der
Zündkerze
kontaktiert, ist ein umspritztes, federndes Kontaktelement 31 vorgesehen.
Dieses Kontaktelement 31 steht in Verbindung mit einem
sogenannten Kerzenstecker 32, der lediglich als Steckelement ohne
weiterführendes
Kabel ausgebildet ist. Oberhalb des Steckers 32 ist ein
Griffstück 33 zum
Abziehen vorgesehen. Sobald dieser Stecker herausgezogen ist, kann
die Zündkerze
in üblicher
Weise ausgeschraubt bzw. ausgetauscht werden.
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Zur
Zuführung
der Hochspannung zu der Zündkerze
ist es selbstverständlich
erforderlich, dass an dem Kerzenstecker in dem Bereich, an welchem das
Kontaktelement 31 angeordnet ist, eine Kontaktfläche vorgesehen
ist. Diese Kontaktfläche
wiederum steht in Verbindung mit dem Kontaktstift 30 der
Zündkerze.
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4 zeigt
in einer Schnittdarstellung eine Zylinderkopfhaube 40,
die aus Kunststoff besteht und im Spritzgießverfahren hergestellt ist.
In die Zylinderkopfhaube 40 integriert, ist eine Zündspule 41 mit dem
Zündspulenkopf 42,
in dem sich die Leistungselektronik für die Zündspule befinden. Unterhalb
der Zündspule 41 ist – schematisch
dargestellt – eine Zündkerze 43 vorgesehen,
diese steht über
ein Kontaktelement 44 mit der Zündspule 41 stets in
Verbindung. Die Zündspule
selbst ist mit einer zweiten Kunststoffkomponente 45 mit
der Zylinderkopfhaube 40 ver bunden. Es zeigt sich, dass
in einem 2-Komponenten-Spritzgießverfahren die Zylinderkopfhaube komplett
mit den elektrischen Komponenten herstellbar ist. Dieses Verfahren
ist besonders interessant, wenn die Dichtung der Zylinderkopfhaube
ebenfalls im selben 2-Komponenten-Spritzgießprozess hergestellt wird,
da dann kein zusätzlicher
Arbeitsgang notwendig ist.
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Auch
wenn die Zylinderkopfhaube aus Aluminium hergestellt wurde, kann
in einem Kunststoffspritzgießvorgang
die Zündspule
in das Aluminiumteil eingebettet werden. Zum Austausch der Zündkerzen
lässt sich
die Zylinderkopfhaube in einfacher Weise abnehmen, insbesondere
bei einer Zylinderkopfhaube, die eine radiale Dichtung zu dem Zylinderkopf
aufweist, ist ein problemloses Abnehmen und Aufsetzten der Zylinderkopfhaube
möglich,
ohne dass die Gefahr einer Leckage durch Montagefehler besteht.
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5 zeigt
eine Variante der in 4 gezeigten Darstellung. Bei
dieser Variante wird die Zündspule
in das Kunststoffspritzgusswerkzeug der Zylinderkopfhaube eingelegt
und mit dem Material der Zylinderkopfhaube umspritzt. Die Kontaktstelle ist
dabei so gestaltet – beispielsweise über ein
Labyrinth oder eine chemische Verbindung – dass sie wasserdicht ist.
Alternativ besteht die Möglichkeit,
die Einzelteile der Zündspule
in das Kunststoffspritzgießwerkzeug
einzulegen und das Gehäuse
für die
Zündspule
in diesem Vorgang mitzuspritzen. Sollte eine Zündspule ausgetauscht werden,
ist für
den Reparaturfall eine umlaufende Sollbruchstelle 46 in
der Zylinderkopfhaube vorgesehen, an der eine defekte Zündspule
herausgebrochen und durch ein Metallteil mit Dichtung ersetzt werden
kann.
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Sofern
es zu einer Schrägstellung
der Zündspule
im Spritzgießprozess
kommt, wird durch einen elastischen Toleranzausgleich 47 für eine optimale Verbindung
zwischen Zündspule
und Zündkerze 43 gesorgt. 6 zeigt
die Draufsicht auf eine Zylinderkopfhaube 40 mit den in
der Zylinderkopfhaube eingebetteten Zündspulen 41a, 41b, 41c und 41d sowie den
in der Zylinderkopfhaube 40 eingebetteten elektrischen
Verbindungen 48, 49, 50 und 51.
Diese führen
zu einem außen
sich erstreckenden Stecker 52. Damit kann ein gemeinsamer
Stecker, der in der Zylinderkopfhaube integriert ist, Einzelstecker
zu den Zündspulen
ersetzen.