DE3101881A1 - Cylinder head for internal combustion engines - Google Patents

Cylinder head for internal combustion engines

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Abstract

A cylinder head for internal combustion engines has both an integrally cast exhaust manifold and air intake line and also a cooling water manifold. In individual cylinder heads for in-line arrangement these lines are constructed as segments connected by compensators or plug-in sections. <IMAGE>

Description

Zylinderkopf für Brennkraftmaschinen Cylinder head for internal combustion engines

Die Erfindung betrifft einen Zylinderkopf für Brennkraftmaschinen.The invention relates to a cylinder head for internal combustion engines.

Zylinderköpfe sind außerordentlich komplizierte Gußteile, die mechanisch und thermisch hoch belastet sind.Cylinder heads are extremely complex castings that are mechanically and are thermally highly stressed.

Insbesondere bei Aluminium-Zylinderköpfen stellen die Gewinde für die Stehbolzen zur Abgaskrümmerbefestigung einen schadensanfälligen Schwachpunkt dar. Ebenso zeigen sich gelegentlich auch Ausfälle der Dichtungen zwischen Zylinderkopf und Abgaskrümmer. Auf Ansaugseite ist die Verbindung des Zylinderkopfs mit dem Ansaugkrümmer im wesentlichen unpoblematisch, verursacht jedoch durch die Schraubverbindung mit Abdichtung einen erheblichen Fertigungs- und Materialkostenaufwand.The threads for the stud bolts for fastening the exhaust manifold are a weak point susceptible to damage There are also occasional failures of the seals between the cylinder head and exhaust manifold. The connection between the cylinder head and the intake manifold is on the intake side essentially unproblematic, but caused by the screw connection Sealing a significant manufacturing and material cost.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine kostensparende und betriebssichere Verbindung eines Zylinderkopfs insbesondere auch eines Einzelzylinderkopfs mit dem Ansaug- und Abgassamnelrohr und -krümmer vorzulegen.The invention is based on the object of a cost-saving and Reliable connection of a cylinder head, in particular also of a single cylinder head with the intake and exhaust manifold and manifold.

Die Lösung gemaß dieser Erfindung besteht darin, daß die Abgassammelleitung und das Luftansaugrohr einstückig mit dem Zylinderkopf gegossen sind. Abgasseitig wird hierbei neben der Kostenersparnis vor allem eine bessere Wärmeableitung über das Abgassammelrohr ermöglicht.The solution according to this invention is that the exhaust manifold and the air intake pipe is molded integrally with the cylinder head. Exhaust side In addition to cost savings, there is above all better heat dissipation the exhaust manifold allows.

Die Steifigkeit des Zylinderkopfes wird durch die angegossenen Rohrstücke wesentlich erhöht. Die Dichtstellen in Bereichen mit besonders ausgeprägtem Unterdruck auf Einlaßseite und den höchsten Druckstößen auf Auslaßseite entfallen, wodurch wesentliche Schadensquellen vermieden werden. Bei teilweise wassergekühlten Abgaskrümmern werden insbesondere die besonders kritischen abzudichtenden Wasserübertritte vermieden. Aufgrund der Tatsache, daß Trennflächen zwischen dem Zylinderkopf und den beidseitigen Krümmern wegfallen, kann zum einen die Kanalführunq optimiert werden und zum anderen eine Materialersparnis durch Wegfall der Flanschflächen und notwendigen Materials für Gewindelöcher erfolgen. Das Gesamtgewicht kann dabei reduziert werden. Die Fertigungskosten und -zeiten können dadurch reduziert werden, daß die Herstellung und Montage von Ansaugsammelleitung, Ansaugkrümmern, Abgaskrümmern und Abgassammelleitung mit entsprechenden Dichtungen und Befestigungsteilen eingespart werden. Diese Vorteile schlagen nicht nur bei der Herstellung sondern auch bei der Wartung mit Zylinderkopfdemontage und -remontage zu Buche.The stiffness of the cylinder head is ensured by the cast pipe sections significantly increased. The sealing points in areas with particularly pronounced negative pressure omitted on the inlet side and the highest pressure surges on the outlet side, whereby significant sources of damage are avoided. With partially water-cooled Exhaust manifolds In particular, the particularly critical water passages to be sealed are avoided. Due to the fact that parting surfaces between the cylinder head and the two-sided Eliminate elbows, on the one hand the duct routing can be optimized and on the other hand material savings by eliminating the flange surfaces and the necessary material for threaded holes. The total weight can be reduced. The manufacturing costs and times can be reduced by the fact that the manufacture and assembly of Intake manifold, intake manifold, exhaust manifold and exhaust manifold with appropriate Seals and fastening parts can be saved. These benefits don't beat only during production but also during maintenance with cylinder head dismantling and -remounting to beech.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird zugleich eine Kühlwassersammelleitung einstückig mit dem Zylinderkopf gegossen. Auch hierdurch lassen sich entsprechende Einsparungen erzielen und die Betriebssicherheit durch Vermeidung von Leckstellen erhöhen.In a further embodiment of the invention, a cooling water collecting line is also used Cast in one piece with the cylinder head. This also allows corresponding Achieve savings and operational safety by avoiding leaks raise.

Die Erfindung läßt sich insbesondere auch für einzelne Zylinderköpfe ausführen, wobei die angegossenen Leitungen als mit den entsprechenden Krümmern verbundene Rohre in Richtung der Zylinderreihe mit beidseitigen Anschlußöffnungen ausgeführt sind.The invention can also be used, in particular, for individual cylinder heads run, with the cast pipes as having the appropriate bends connected pipes in the direction of the cylinder row with connection openings on both sides are executed.

Die Verbindung der Abgassammelleitungsstücke miteinander erfolgt in besonderer Ausführung bevorzugt durch einfache, abstützungsfreie Wellrohrkompensatoren. Da die Leitungsstücke steif mit dem Zylinderkopf verbunden sind, haben diese Kompensatoren nur geringe Relativbewegungen auszugleichen.The exhaust manifold pieces are connected to one another in special design preferred by simple, support-free corrugated pipe expansion joints. Because the pipe pieces are rigidly connected to the cylinder head are, these compensators only have to compensate for small relative movements.

Die Verbindung der Luftansaugrohr- und Kühlwassersammelleitungsstücke, an denen die Wärmedehnung geringer und die vorherrschenden Drücke niedriger sind, kann erfindungsgemäß durch an sich bekannte Doppelsteckstücke erfolgen. Durch diese Ausführung ist es möglich, auch einzelne Zylinder innerhalb der Zylinderreihe zu demontieren. Solche Doppersücke zeigt z.B. DE-PS 15 76 725.The connection of the air intake pipe and cooling water manifold pieces, where the thermal expansion is lower and the prevailing pressures are lower, according to the invention can be done by double plug-in pieces known per se. Through this Execution, it is also possible to add individual cylinders within the cylinder bank dismantle. DE-PS 15 76 725, for example, shows such double pieces.

In besonderer Ausführung der Erfindung werden innen liegende Wand teile der angegossenen Leitung derart senkrecht hochgezogen, daß sie zusammen mit Teilen des Zylinderkopfs eine Mulde zur Aufnahme des Ventiltriebs bilden, die mit einem flachen Deckel abdeckbar ist.In a special embodiment of the invention, the interior wall parts of the cast line pulled up vertically in such a way that they together with Parts of the cylinder head form a recess for receiving the valve train, which with can be covered with a flat lid.

Dies dient der Versteifung des Zylinderkopfs und der Vereinfachung der Deckelkonstruktion. Da die Mulde einen Spritzschutz bildet und eine erhebliche Ölmenge auffangen kann, ist ggfs. auch kurzfristiger Motor-Detrieb bei demontiertem Deckel möglich.This serves to stiffen the cylinder head and simplify it the lid construction. Since the trough forms a splash guard and a considerable one Can collect the amount of oil, the motor may also run for a short time when it is dismantled Lid possible.

Eine weitere Versteifung des Zylinderkopfs und eine besonders zweckmäßige Vereinfachung besteht darin, daß die Mulde von Stirnwänden abgeschlossen wird, die zugleich die Kipphebelachsen aufnehmen.Another stiffening of the cylinder head and a particularly useful one Simplification is that the trough is closed off by end walls that at the same time record the rocker arm axles.

Bei der Ausgestaltung der Mulde sind in einer besonderen Ausführung die Wandteile des Zylinderkopfes so geformt, daß sie eine kegelige Brennraumbodenabstützung nach DE-OS 25 14 044 erzeugen. Die dabei erhöhte Steifigkeit des Brennraumbodens ist geeignet, Schäden, insbesondere Stegrisse, zu verhindern.In the design of the trough are in a special design the wall parts of the cylinder head are shaped so that they support a conical combustion chamber floor according to DE-OS 25 14 044 produce. The increased rigidity of the combustion chamber floor is suitable for preventing damage, especially web cracks.

Ein am Zylinderkopf erforderliches Indizierventil wird in bevorzugter Ausführung in einer Gußpfeife an der Außenseite des Zylinderkopfs, in Nachbarschaft zu einem Wasserraum des Zylinderkopfs, angeordnet.An indexing valve required on the cylinder head is more preferred Execution in a cast pipe on the outside of the cylinder head, in the neighborhood to a water space of the cylinder head, arranged.

Die abgasseitige Außenwand des Zylinderkopfes ist bevorzugt so gestaltet, daß sie eine Anschraubfläche für eine U-förmig die Abgassammelleitung umschließende Blechmantelisolierung bietet. Ein seitlicher Durchtritt für die Brennstoffhochdruckleitung ermöglicht die Verwirklichung kurzer Einspritzleitungen trotz der Verwendung von Block-Einspritzpumpen.The outer wall of the cylinder head on the exhaust side is preferably designed in such a way that that they have a screw-on surface for a U-shape surrounding the exhaust manifold Sheet metal insulation offers. A lateral passage for the high pressure fuel line enables short injection lines to be achieved despite the use of Block injection pumps.

Zur Verdeutlichung der vorliegenden Erfindung dienen die drei nachfolgenden Darstellungen eines Ausführungsbeispiels.The following three serve to illustrate the present invention Representations of an embodiment.

Fig. 1 zeigt eine Ansicht eines erfindungsgemäßen Zylinderkopfes in Richtung der Zylinderreihe, Fig. 2 zeigt einen Querschnitt durch einen erfindungsgemäßen Zylinderkopf entsprechend Fig. 1, Fig. 3 zeigt eine Draufsicht mit Teilschnitten mehrerer erfindungsgemäßer Einzelzylinderköpfe in Reihenanordnung.Fig. 1 shows a view of a cylinder head according to the invention in Direction of the cylinder row, Fig. 2 shows a cross section through an inventive Cylinder head corresponding to FIG. 1, FIG. 3 shows a plan view with partial sections several individual cylinder heads according to the invention in a row arrangement.

In Fig. 1 ist der Zylinderkopf 1 mit Dehnschrauben 2 am Zylinder 3 befestigt. Er wird von einem flachen Deckel 32 nach oben abgeschlossen. In seiner Stirnwand 35 sind die Kipphebelachsen 4 und 5 gelagert. Links ist die Luftansaugleitung 6, rechts die Abgassammelleitung 7 und die Kühlwassersammelleitung 8 zu erkennen, die jweils einstückig mit dem Zylinderkopf 1 ausgeführt sind. Während die Luftansaugleitung 6 stirnseitig für eine Steckrohrverbindung vorgesehen ist, weisen Abgassammelleitung 7 und Kühlwassersammelleitung 8 Befestigungsflansche zur Schraubverbindung auf. Die Abgassammelleitung 7 ist von einer Blechmantelisolierung 9 mit U-förmigem Querschnitt und innerer Isolierstoffeinlage 10 abgeschirmt. An der Stirnwand 35 des Zylinderkopfs 1 ist außen eine Pfeife 33 angegossen, auf der ein Indizierventil 34 angeordnet ist.In FIG. 1, the cylinder head 1 is attached to the cylinder 3 with expansion screws 2 attached. It is closed at the top by a flat cover 32. In its Front wall 35, the rocker arm axes 4 and 5 are mounted. On the left is the air intake line 6, the exhaust manifold 7 and the cooling water manifold 8 can be seen on the right, which are each made in one piece with the cylinder head 1. While the air intake line 6 is provided at the end for a plug-in pipe connection, have exhaust manifold 7th and cooling water collecting line 8 mounting flanges for screw connection. the Exhaust manifold 7 is made of sheet metal jacket insulation 9 with a U-shaped cross section and inner insulating material insert 10 shielded. On the end wall 35 of the cylinder head 1, a pipe 33 is cast on the outside, on which an indexing valve 34 is arranged is.

Fig. 2 zeigt im Querschnitt neben den in Fig. 1 bereits erkennbaren Einzelheiten weitere konstruktive Merkmale.FIG. 2 shows in cross section in addition to those already recognizable in FIG. 1 Details of further design features.

Zwischen Zylinderkopf 1 und Zylinder 3 stellt ein Übergangsstück 11 eine Verbindung im Kühlwassersystem der Brennkraftmaschine her, von dem im Schnitt die Kühlwasserräume 12, 13, 14 und 15 erkennbar sind. Letzterer ist mit der Kühlwassersammelleitung 8 verbunden. Die Luftansaugleitung 6 geht zunächst in ein Eingangsstück 16 von größerem Querschnitt und dann strömungsgünstig in den Einlaßkanal 17 über. Der Auslaßkanal 18 geht unmittelbar in den Querschnitt der Abgassammelleitung 7 über. Zwischen Einlaßkanal 17 und Auslaßkanal 18 ist die Einspritzdüse 19 angeordnet, die von einem mit einer Dehnschraube 21 befestigten Düsenhalter 20 gehalten wird. Vom Ventiltrieb sind neben den erwähnten Kipphebelachsen 4 und 5 Teile der Stoßstangen 22, die Kipphebel 23 und 24 sowie die Ventilfederteller 30 und 31 dargestellt. Horizontal in einem eingegossenen Durchtritt 36 angeordnet ist ein Hochdruckanschluß 25 für die Einspritzdüse 19.A transition piece 11 is positioned between cylinder head 1 and cylinder 3 a connection in the cooling water system of the internal combustion engine, of which on average the cooling water spaces 12, 13, 14 and 15 can be seen. The latter is with the cooling water manifold 8 connected. The air intake line 6 initially goes into an inlet piece 16 of larger size Cross-section and then flow-favorably into the inlet channel 17 over. The outlet duct 18 merges directly into the cross section of the exhaust manifold 7. Between the inlet port 17 and outlet channel 18, the injection nozzle 19 is arranged, which is of a with a Expansion screw 21 attached nozzle holder 20 is held. From the valve train are next the mentioned rocker arm axles 4 and 5 parts of the push rods 22, the rocker arms 23 and 24 and the valve spring plates 30 and 31 are shown. Horizontally in a cast A high pressure connection 25 for the injection nozzle 19 is arranged through passage 36.

Fig. 3 zeigt mehrere erfindungsgemäße Einzelzylinderköpfe in der Draufsicht mit z.T. entfernten Ventildeckeln und mit Teilschnitten. Dabei ist erkennbar, daß die einzelnen, von Btlechmantelisolierungen 10 umgebenen Teilstücke der Abgasammelleitung 7 durch verschraubte Wellrohrkompensatoren 26 miteinander verbunden sind.Fig. 3 shows several individual cylinder heads according to the invention in plan view with partially removed valve covers and with partial sections. It can be seen that the individual, surrounded by Btlechmantelisolierungen 10 Cuts the exhaust manifold 7 by screwed corrugated pipe expansion joints 26 together are connected.

Die Verbindung der Teilstücke der Kühlwassersammelleitung 8 erfolgt mit Doppelsteckstücken 27, die in vorgeflanschten Scheiben 28 geführt sind und so den Ausbau einzelner Zylinderköpfe gestatten. Die Teilstücke der Luftansaugleitung 6 sind ebenfalls durch gleichartige Steckstücke 29 miteinander verbunden, die jedoch aufgrund der Querschnittserweiterung in der Luftansaugleitung 6 ohne besondere Maßnahmen eine Verschiebung zum Ausbau einzelner Zylinderköpfe gestatten. An den von oben einsehbaren Mulden im Zylinderkopf sind die Ventilfederteller 30 und 31 der Einlaß- bzw. der Auslaßventile sowie die entsprechenden gegabelten Kipphebel 23 und 24 erkennbar. Weiterhin ist die Einspritzdüse 19 mit Düsenhalter 20 und Dehnschraube 21 erkennbar. Die Verschraubung der einzelnen Zylinderköpfe erfolgt z.B. durch jeweils vier Dehnschrauben 2.The connection of the sections of the cooling water collecting line 8 takes place with double plug-in pieces 27, which are guided in pre-flanged discs 28 and so allow individual cylinder heads to be removed. The sections of the air intake line 6 are also connected to one another by similar plug-in pieces 29, which, however due to the cross-sectional expansion in the air intake line 6 without special measures allow a shift to remove individual cylinder heads. To the one from above Visible recesses in the cylinder head are the valve spring plates 30 and 31 of the inlet or the exhaust valves and the corresponding forked rocker arms 23 and 24 can be seen. The injection nozzle 19 with the nozzle holder 20 and expansion screw 21 can also be seen. The individual cylinder heads are screwed together using, for example, four expansion screws each 2.

Weiter ist jeweils eine Pfeife 33 für ein Indizierventil gezeigt.A whistle 33 for an indicating valve is also shown in each case.

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Claims (11)

Patentansprüche 1. Zylinderkopf für Brennkraftmaschinen,dadurch gekennzeichnet, daß die Abgassammelleitung (7) und die Luftansaugleitung (6) einstückig mit dem Zylinderkopf (1) gegossen sind. Claims 1. Cylinder head for internal combustion engines, characterized in that that the exhaust manifold (7) and the air intake line (6) are integral with the Cylinder head (1) are cast. 2. Zylinderkopf für wassergekühlte Brennkraftmaschinen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Kühlwassersammelleitung (8) einstückig mit dem Zylinderkopf (1) gegossen ist.2. Cylinder head for water-cooled internal combustion engines according to claim 1, characterized in that a cooling water manifold (8) is integral with the The cylinder head (1) is cast. 3. Zylinderkopf für einzelne Zylinder an mehrzylindrigen Brennkraftmaschinen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die angegossenen Leitungen (6, 7, 8) in Teilstücken ausgeführt sind, die in Richtung der Zylinderreihe beidseitig offen und miteinander verbindbar, an den Lufteinlaß- oder Abgasauslaßstrang anschließbar und/oder an Kopfstücken mit Deckeln verschließbar sind.3. Cylinder head for individual cylinders on multi-cylinder internal combustion engines according to one of the preceding claims, characterized in that the cast Lines (6, 7, 8) are designed in sections that extend in the direction of the cylinder bank Open on both sides and connectable to one another, to the air inlet or exhaust gas outlet line can be connected and / or can be closed with lids on head pieces. 4. Zylinderkopf für einzelne Zylinder an mehrzylindrigen Brennkraftmaschinen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß einfache,abstützungsfreie Wellrohrkompensatoren (26) die Teilstücke der Abgassammelleitung (7) miteinander verbinden.4. Cylinder head for individual cylinders on multi-cylinder internal combustion engines according to one of the preceding claims, characterized in that simple, support-free Corrugated pipe expansion joints (26) interconnect the sections of the exhaust manifold (7) associate. 5. Zylinderkopf für einzelne Zylinder an mehrzylindrigen Brennkraftmaschinen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Doppelsteckstücke (27) die Teilstücke der Luftansaugleitung (6) und der Kühlwassersammelleitung (8) miteinander verbinden.5. Cylinder head for individual cylinders on multi-cylinder internal combustion engines according to one of the preceding claims, characterized in that double plug-in pieces (27) the sections of the air intake line (6) and the cooling water collecting line (8) connect with each other. 6. Zylinderkopf nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß innenliegende Wandteile der angegossenen Leitungen (6, 7, 8) zusammen mit Zwischenbodenteilen des Zylinderkopfs (1) eine Mulde zur Aufnahme des Ventiltriebs bilden und daß ein flacher, auf Wandteilen der Leitungen (6, 7, 8) und Stirnwänden (35) des Zylinderkopfs (1) aufliegender Deckel (32) zum Abdecken der Mulde vorgesehen ist.6. Cylinder head according to one of the preceding claims, characterized in that that inner wall parts of the cast lines (6, 7, 8) together with intermediate floor parts of the cylinder head (1) form a recess for receiving the valve train and that a flatter, on wall parts of the lines (6, 7, 8) and end walls (35) of the cylinder head (1) overlying lid (32) is provided to cover the trough. 7. Zylinderkopf nach einem der vorhergehenden An-Sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Mulde abschließende Stirnwände (35) oder Querrippen des Zylinderkopfs (1) die Lager für die Kipphebelachsen (4, 5) aufnehmen.7. Cylinder head according to one of the preceding claims, thereby characterized in that the trough terminating end walls (35) or transverse ribs of the The cylinder head (1) accommodates the bearings for the rocker arm axles (4, 5). 8. Zylinderkopf nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß innenliegende Wandteile des Einlaßkanals (17) und des Auslaßkanals (18) im Zylinderkopf (1) zusammen mit Querrippen der Mulde oder mit Stirnwänden (35) des Zylinderkopfs (1) zu einer kegeligen Brennraumbodenabstützung ausgebildet sind.8. Cylinder head according to one of the preceding claims, characterized in that that inner wall parts of the inlet channel (17) and the outlet channel (18) in the cylinder head (1) together with transverse ribs of the trough or with end walls (35) of the cylinder head (1) are designed to form a conical combustion chamber floor support. 9. Zylinderkopf nach einem der vorherenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß an der Außenseite des Zylinderkopfes (1) eine einem Wasserraum (12 bis 15) benachbarte Gußpfeife (33) zur Aufnahme eines Indizierventils (34) vorgesehen ist.9. Cylinder head according to one of the preceding claims, characterized in that that on the outside of the cylinder head (1) a water space (12 to 15) is adjacent Cast pipe (33) is provided for receiving an indexing valve (34). 10. Zylinderkopf nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine anschraubbare Blechmantelisolierung (9) von etwa U-förmigem Querschnitt an einer im wesentlichen senkrechten Außenwand des Zylinderkopfs (1), die Abgassammelleitung (7) umschließend, angeordnet ist.10. Cylinder head according to one of the preceding claims, characterized characterized in that a screw-on sheet metal jacket insulation (9) of approximately U-shaped Cross section on an essentially vertical outer wall of the cylinder head (1), surrounding the exhaust manifold (7) is arranged. 11. Zylinderkopf nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß im Zylinderkopf (1) etwa senkrecht zur Zylinderachse ein Durchtritt (362 für einen Hochdruckanschluß (25) der Einspritzdüse vorgesehen ist.11. Cylinder head according to one of the preceding claims, characterized characterized in that there is a passage in the cylinder head (1) approximately perpendicular to the cylinder axis (362 is provided for a high pressure connection (25) of the injection nozzle.
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