DE3513126C2

DE3513126C2 - Flüssigkeitsgekühlter Vierventil-Zylinderkopf für eine mehrzylindrige Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE3513126C2
Application number: DE3513126A
Authority: DE
Inventors: Edgar 7000 Stuttgart Brütsch; Ernst 7056 Weinstadt Gobien; Gerhard Dipl.-Ing. 7022 Leinfelden Haussmann
Original assignee: Daimler Benz AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 1985-04-12
Filing date: 1985-04-12
Publication date: 1987-02-12
Also published as: IT8620059A1; US4658763A; IT8620059A0; FR2580335B1; DE3513126A1; IT1190622B; JPH0260859B2; FR2580335A1; JPS61237868A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen flüssigkeitsgekühlten Vierventil-Zylinderkopf für eine mehrzylindrige Brennkraftmaschine nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Bei einem solchen aus derDE-Z "Motortechnische Zeitschrift 45" (1984, 7/8, Seiten 295-297) bekannten Vierventil-Zylinderkopf steht die Längsrippe von der Zylinderkopfdecke nach oben in den Steuerraum vor.
Dies hat den Nachteil, daß aus den Lagerstellen der Nockenwellen abtropfendes Schmieröl unter Bildung von Ölpfützen oder Öllachen im Steuerraum stehenbleiben kann und somit dem Ölkreislauf verlorengeht.
Ferner ist aus der DE-AS 24 20 051 ein Vierventil-Zylinderkopf bekannt, bei dem der Zylinderkopfboden im wesentlichen nur über die quer verlaufenden Stützwände zwischen den einzelnen Zylinderabschnitten an der Zylinderkopfdecke abgestützt ist.
Hierdurch ergeben sich in den Brennraumabschnitten und im besonderen Maße in den Ventilstegen aufgrund der großen Gasdrücke sowie der hohen Verbrennungstemperaturen kritische Spannungszustände, die zu Stegbrüchen bzw. Durchbiegungen des Zylinderkopfbodens führen können. Hinzu kommt, daß die Druckkräfte aus den Zylinderkopfschrauben hauptsächlich nur über die Stützwände in den Zylinderkopfboden eingeleitet werden, wodurch weder eine günstige Verteilung der Druckkräfte auf andere Zylinderkopfwände noch eine gleichmäßige Anpressung des Zylinderkopfes am Zylindergehäuse möglich ist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem Vierventil-Zylinderkopf die Längsrippe derart in die Zylinderkopfdecke einzubinden, daß das von den Nockenwellenlagern abtropfende Schmieröl nicht in einem der Ölräume im Zylinderkopf verbleibt, sondern ungehindert ins Kurbelgehäuse ablaufen kann.
Diese Aufgabe wird bei einer gattungsgemäßen Einrichtung durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.
Durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen ist die Längsrippe derart in den Verlauf der Zylinderkopfdecke integriert, daß diese auf beiden Seiten eine durchweg glatte Oberfläche hat, so daß aus den Nockenwellenlagern abtropfendes Schmieröl restlos von der Zylinderkopfdecke weg in den Schmierölsumpf ablaufen kann.
Die dabei durch die Längsrippe gebildete "Stufe" stört keinesfalls den Schmierölrücklauf aus dem Steuerraum bzw. die Wasserströmung im Wasserraum, da der Ölablauf aus dem Steuerraum sowie die Kühlwasserzuführung in den Wasserraum jeweils über entsprechende Öffnungen im tieferliegenden Deckenabschnitt erfolgt. Durch einen insgesamt stetig steigenden Verlauf der Deckenabschnitte können Dampfblasen restlos über die im Bereich des höherliegenden Deckenabschnittes angeordneten Auslaßöffnungen aus dem Wasserraum abgeführt werden.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel eines Zylinderkopfes nach der Erfindung dargestellt. Es zeigt
Fig. 1 einen Teil eines zu einem Zylinder gehörenden Abschnittes des Zylinderkopfes in der Draufsicht,
Fig. 2 den Zylinderkopf aus Fig. 1 im Querschnitt nach der Linie II-II und
Fig. 3 den Zylinderkopf aus Fig. 1 im Querschnitt nach der Linie III-III.
Ein Zylinderkopf 1 für eine Mehrzylinder-Viertakt-Brennkraftmaschine besteht aus einem einteiligen Gußstück mit einem Zylinderkopfboden 2 und den von diesem nach oben bis zu einer Deckeltrennebene 3 abführenden längsseitigen Außenwänden 4, 5 und stirnseitigen Außenwänden 6. Zusammen mit dem Zylinderkopfboden 2 umschließen die Außenwände 4, 5 und 6 einen Raum, der durch eine mit Abstand vom Zylinderkopfboden 2 angeordnete Zylinderkopfdecke 7 in einen Kühlwasserraum 8 und einen darüberliegenden bis zur Deckeltrennebene 3 reichenden Steuerraum 9 unterteilt ist. In dem an sich zerklüfteten Kühlwasserraum 8 ragen quer zur Zylinderkopflängsrichtung verlaufende Ventilkanäle 10 und 11 hinein, die sich von Mündungsöffnungen 12, 13 im Zylinderkopfboden 2 bis zu den längsseitigen Außenwänden 4, 5 erstrecken. Zwischen den Ventilkanälen 10, 11 befindet sich eine Kammer 14 zum Einsatz einer Zündkerze oder einer Einspritzdüse, die ausgehend von der Deckeltrennebene 3 den Steuer- 9 und Kühlwasserraum 8 zylinderaxial durchsetzt und etwa mittig in einen Brennraum 15 eines Zylinders ausmündet. Zwischen den einzelnen Brennräumen 15 der Zylinder erstrecken sich vom Zylinderkopfboden 2 bis zur Zylinderkopfdecke 7 reichende quer-verlaufende Stützwände 16, in deren Verlauf Stützsäulen 17 eingeformt sind, die mit durchgehenden Bohrungen zur Aufnahme von Zylinderkopfschrauben versehen sind. Über die Zylinderkopfschrauben wird der Zylinderkopf 1 am kurbelgehäuseseitigen Zylinderkopfgehäuse befestigt. Beiderseits der Stützsäulen 17 sind in den Stützwänden 16 Durchbrüche 18, 19 vorgesehen, über die die einzelnen brennraumseitigen Abschnitte des Wasserraumes 8 in Längsrichtung miteinander verbunden sind.
Zur Versteifung der brennraumseitigen Bodenabschnitte des Zylinderkopfbodens 2 ist die Zylinderkopfdecke 7 durch eine Längsrippe 20 verstärkt, die in der Längsmittelebene des Zylinderkopfes 1 mit ihrer Schmalseite 21 hochkant-stehend angeordnet ist und sich über die gesamte Länge des Zylinderkopfes erstreckt. Die im Verlauf der Längsrippe 20 liegenden Kammern 14 und die Stützwände 16 sind mit dieser verbunden. Außerdem sind die brennraumseitigen Bodenabschnitte durch besondere Rippenstege 22 im Bereich der Stützwände 16 an der Längsrippe abgestützt. Die dabei in der Längsmittelebene des Zylinderkopfes 1 längs verlaufenden Rippenstege 22 bilden mit dem in diesem Abschnitt sich erstreckenden Teil der Stützwände 16 eine Kreuzrippe 23. Durch die in benachbarte brennraumseitige Bodenabschnitte übergreifenden Rippenstege 22 ergibt sich eine weitere Versteifung des gesamten Zylinderkopfbodens 2.
Die Zylinderkopfdecke 7 ist um einen Winkel α gegenüber dem Zylinderkopfboden 2 in Querrichtung geneigt angeordnet. Der Winkel α entspricht dabei dem Schräglagenwinkel der Brennkraftmaschine im Einbauzustand. Durch diese Neigung der Zylinderkopfdecke 2 entgegen der Motorschräglage erhält diese im Einbauzustand eine etwa horizontale Lage, wodurch eine übermäßige Pfützenbildung von aus den Lagerstellen der Nockenwellen austretendem Schmieröl verhindert wird.
Durch die Längsrippe 20 wird die Zylinderkopfdecke 7 in zwei Deckenabschnitte 24 und 25 unterteilt. Damit die Zylinderkopfdecke 7 trotzdem auf beiden Seiten eine durchgehende glatte Oberfläche erhält, sind die Deckenabschnitte 24 und 25 um die Höhe der Längsrippe 20 in vertikaler Richtung des Zylinderkopfes 1 zueinander versetzt angeordnet. Hierdurch erhält die Zylinderkopfdecke 7 einen Z-förmigen Verlauf, wobei der linksseitige Deckenabschnitt 24 den unteren Wandteil bildet, der von der Außenwand 4 zur Längsrippe 20 hin fallend verläuft und etwa in Höhe der unteren Schmalseite 21 in diese übergeht. Dementsprechend bildet der rechte Deckenabschnitt 25 den obenliegenden Wandabschnitt, der parallel versetzt zum Deckenabschnitt 24 sich von der Rippenoberseite bis zur rechten Außenwand 5 hin erstreckt. Durch die glatte Oberfläche der Deckenabschnitte 24 und 25 kann aus den Nockenwellenlagern austretendes und auf die Zylinderkopfdecke 7 abtropfendes Schmieröl restlos über Rücklaufkanäle 48 in das Kurbelgehäuse abgeleitet werden. Dabei befinden sich die Rücklaufkanäle 48 im Übergangsbereich zwischen Außenwand 4 und dem tieferliegenden Deckenabschnitt 24. Damit sich das Schmieröl im Steuerraum 9 in Längsrichtung ungehindert verteilen kann, sind in den Quergurten entsprechende Durchbrüche 49 vorhanden.
Die Zuführung des Kühlwassers in den Kühlwasserraum 8 erfolgt über Einlaßöffnungen 50 im Zylinderkopfboden 2. Von dort aus verteilt sich das Kühlwasser über den gesamten Kühlwasserraum 8 und wird aus diesem über Auslaßöffnungen 51 abgeführt. Dadurch, daß die Rücklaufkanäle 48 und die Auslaßöffnungen 51 getrennt an verschiedenen Seiten des Zylinderkopf-Gehäuses angeordnet sind, strömen Kühlwasser und Schmieröl gegensinnig zueinander, wobei das Kühlwasser im Wasserraum 8 an der durch die Längsrippe 20 gebildeten "Stufe" aufwärts und das Schmieröl im Steuerraum 9 über die "Stufe" abwärts strömt. Durch diese Strömungsverhältnisse werden insbesondere Rückstauungen von Schmieröl oder Dampfblasen an der Längsrippe 20 verhindert.
Durch eine entsprechende Teilung des Zylinderkopfes 1 in ein Nockenwellengehäuse und ein Kühlwassergehäuse kann die Fertigung des gesamten Zylinderkopfgehäuses vereinfacht werden. Die Trennung zwischen beiden Gehäuseteilen erfolgt dabei dicht unterhalb des Zwischenbodens 43, 44 und der Gehäuseansätze 39, 40. Bei dieser geteilten Zylinderkopfausführung kann der ansonsten notwendige Ölkern entfallen. Außerdem wird ein besserer Zugang zum Entgraten der Zylinderkopfbohrungen 41, 42 sowie der Ölrücklaufkanäle erzielt.

Claims

1. Flüssigkeitsgekühlter Vierventil-Zylinderkopf für eine mehrzylindrige Brennkraftmaschine aus einem Gußstück mit einem von seitlichen Außenwänden, dem Zylinderkopfboden und einer mit Abstand von diesem darüberliegenden Zylinderkopfdecke begrenzten Kühlwasserraum, mit einem über diesem von der Zylinderkopfdecke und den bis zu einer Deckeltrennebene reichenden Außenwänden umschlossenen Steuerraum, mit in den Kühlwasserraum hineinragenden und von Mündungsöffnungen im Zylinderkopfboden bis zu den seitlichen Außenwänden abführenden Ventilkanälen, mit einer zwischen den Ventilkanälen zumindest den Kühlwasserraum zylinderaxial durchsetzenden rohrförmigen Kammer für eine Zündkerze oder Einspritzdüse, ferner mit innerhalb des Kühlwasserraumes sich in Querrichtung zwischen den Brennraumabschnitten des Zylinderkopfbodens von diesem bis zur Zylinderkopfdecke erstreckenden Stützwänden, die mit eingeformten Stützsäulen für Bohrungen zur Aufnahme von Zylinderkopfschrauben versehen sind. mit einer in der Ebene der Zylinderkopfdecke sich über die Länge des Zylinderkopfes erstreckenden Längsrippen, die in ihrem Verlauf mit den rohrförmigen Kammern und den Stützwänden verbunden ist, welche Längsrippe im Bereich der Stützwände durch Rippenstege am Zylinderkopfboden abgestützt ist und mit in der Zylinderkopfdecke angeordneten Ölrücklaufkanälen, dadurch gekennzeichnet, daß die Zylinderkopfdecke (7) aus zwei in Längsrichtung höhenversetzt verlaufenden Deckenabschnitten (24, 25) besteht, welche über die Längsrippe (20) miteinander verbunden sind, wobei die Ölrücklaufkanäle (48) mit tieferliegenden Deckenabschnitt (24) angeordnet sind.

2. Flüssigkeitsgekühlter Zylinderkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der längsseitige Deckenabschnitt (24) von der Außenwand (4) zur Längsrippe (20) hin fallend verläuft und etwa in Höhe der Rippenunterseite (21) in diese übergeht, und daß der zum linksseitigen Deckenabschnitt (24) um die Rippenhöhe parallel versetzte rechte Deckenabschnitt (25) von der Rippenoberseite ausgehend sich zur rechten Außenwand (5) hin erstreckt.

3. Flüssigkeitsgekühlter Zylinderkopf nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Zylinderkopfdecke (7) - in Querrichtung gesehen - schräg zum Zylinderkopfboden (2) verläuft und dabei mit diesem einen Winkel ( α ) einschließt, der etwa dem Schräglagenwinkel der Brennkraftmaschine im Einbauzustand entspricht.

4. Flüssigkeitsgekühlter Zylinderkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Stützwände (16) zumindest auf beiden Seiten der Stützsäulen (17) mit Durchbrüchen (18, 19 und 50) versehen sind.

5. Flüssigkeitsgekühlter Zylinderkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Zylinderkopf-Gehäuse in ein Nockenwellengehäuse und ein Kühlwassergehäuse unterteilt ist, wobei die Teilungsfuge zwischen beiden Gehäuseteilen dicht unterhalb des Zwischenbodens (43, 44) und der Gehäuseansätze (39, 40 ) verläuft.