DE60300776T2

DE60300776T2 - Zylinderkopf für verbrennungsmotor

Info

Publication number: DE60300776T2
Application number: DE60300776T
Authority: DE
Inventors: Roberto Molina; Davide Valzan
Original assignee: Teksid Aluminum SRL
Current assignee: Teksid Aluminum SRL
Priority date: 2002-01-22
Filing date: 2003-01-20
Publication date: 2006-05-11
Anticipated expiration: 2023-01-21
Also published as: EP1474599A1; US20050061286A1; ITTO20020063A0; EP1474599B1; WO2003062621A1; PL370277A1; ITTO20020063A1; DE60300776D1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich im Allgemeinen auf einen Zylinderkopf zum Verschließen des oberen Teils des Zylinderblocks eines Verbrennungsmotors. Genauer gesagt bezieht sich die Erfindung auf einen Zylinderkopf mit den im Oberbegriff des Anspruchs 1 beschriebenen charakteristischen Eigenschaften.
Ein Zylinderkopf dieses Typs ist beispielsweise aus dem europäischen Patent EP 0 262 240 bekannt, wo ein oberer Verstärkungsteil und ein flacher unterer Bodenteil durch Vorgänge des Verschweißens oder Hartlötens miteinander verbunden werden.
Diese Vorgänge sind jedoch sowohl kostspielig als auch relativ kompliziert in der Durchführung. Außerdem ist die Verbindung zwischen den beiden Teilen des Zylinderkopfs irreversibel, sobald sie durch dieses Verfahren erzielt wurde.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht in der Bereitstellung eines Zylinderkopfs, der relativ einfach und wirtschaftlich in der Herstellung ist und auch eine Trennung der beiden Teile zulässt.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Bereitstellung eines Zylinderkopfs mit den in den Ansprüchen definierten charakteristischen Eigenschaften erfüllt.
Eine bevorzugte, aber nicht einschränkend gedachte Ausführungsform der Erfindung wird nunmehr beschrieben, und zwar unter Bezugnahme auf die angeschlossenen Zeichnungen, in denen:
1, die zur Information dient, eine perspektivische Ansicht eines nicht erfindungsgemäßen Zylinderkopfs ist;
2 eine teilweise im Schnitt gezeigte, auseinandergezogene Darstellung des Zylinderkopfs der 1 ist;
3 ein Querschnitt des Zylinderkopfs der 1 entlang der Linie III-III ist;
4 ein Querschnitt des Zylinderkopfs der 1 entlang der Linie N-N ist; und
5 eine teilweise im Schnitt gezeigte, auseinandergezogene Darstellung einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Zylinderkopfs ist.
Unter Bezugnahme auf 1 und 2 umfasst ein Zylinderkopf 1 eine untere Platte 2, deren Unterseite Verbrennungskammern CC der Motorzylinder zugewandt ist, die in einem (in den Zeichnungen schematisch dargestellten) Zylinderblock B gebildet sind, und einen oberen Teil 3, der auf der den Verbrennungskammern CC gegenüberliegenden Seite der unteren Platte 2 liegt. Die untere Platte 2 ist von Öffnungen 4a durchzogen, in denen Sitze für die (nicht dargestellten) Einlassventile gebildet sind, sowie von anderen Öffnungen, einschließlich Öffnungen 4b für die (nicht dargestellten) Auslassventilsitze und Öffnungen 4c für den Durchtritt der Kühlflüssigkeit.
Auch unter Bezugnahme auf 3 und 4 umfasst der obere Teil 3 einen Körper 5, dessen oberer Teil eine Aushöhlung 5a zum Unterbringen der (nicht dargestellten) Zeitsteuerungselemente definiert. Innerhalb des Körpers 5 sind verschiedene Aushöhlungen gebildet, welche unter anderem Einlassrohre 6, Auslassrohre 7 (wovon eines in 2 dargestellt ist) und Räume 8 für den Durchtritt der Kühlflüssigkeit bilden.
Da die Unterseite der unteren Platte 2 der Verbrennungskammer CC zugewandt sein muss, ist sie vorzugsweise aus einem Material mit hoher Beständigkeit gegenüber hohen Temperaturen gefertigt. Die Platte 2 kann beispielsweise ein maschinell bearbeitetes Stück sein oder kann in einem Gieß- oder Formgebungsverfahren aus einer Aluminiumlegierung oder einer anderen leichten Legierung von hitzebeständiger Art hergestellt werden.
Da die Struktur des oberen Teils 3 andererseits relativ kompliziert ist, wird sie vorzugsweise durch das Gießen einer Aluminiumlegierung oder einer anderen leichten Legierung erhalten, wobei beispielsweise ein Freifallgieß- oder Druckgießverfahren zur Anwendung kommt.
Wenn die untere Platte 2 mit dem oberen Teil 3 verbunden wird, werden diese Teile über eine Verbindungsebene 10, die zur Kopplungsebene zwischen dem Zylinderkopf und dem Zylinderblock im Wesentlichen parallel ist, miteinander verbunden und solcherart im Verhältnis zueinander angeordnet, dass die Öffnungen in der Platte 2 und die entsprechenden, von der Unterseite des oberen Teils 3 ausgehenden Rohre koaxial aufeinander abgestimmt sind.
Wie in 4 gezeigt, ist der untere Teil des Einlassrohrs 6 beispielsweise auf die Öffnung 4a für den Einlassventilsitz ausgerichtet, während die Räume 8 auf die Öffnungen 4c für den Durchtritt der Kühlflüssigkeit ausgerichtet sind.
Eine Schicht aus Haftmaterial 11 mit abdichtenden Eigenschaften ist zwischen den beiden Teilen eingeschoben, wobei sie auf der Verbindungsebene 10 in den Bereichen eines gegenseitigen Kontakts positioniert ist. Der Zweck dieses Klebstoffs besteht darin, die beiden Teile zusammenzuhalten, um eine Manipulation des Zylinderkopfs 1 und dessen Befestigung am Zylinderblock des Motors ohne Relativbewegung zwischen den beiden Teilen zu ermöglichen. Der Klebstoff gehört einem Typ an, der gegenüber hohen Temperaturen beständig und vorzugsweise bei Raumtemperatur polymerisierbar ist. Er könnte ein Silikonklebstoff sein, der beispielsweise bei Vorhandensein von Feuchtigkeit polymerisierbar ist.
Der Körper 5 des oberen Teils 3 und die untere Platte 2 weisen entsprechende Durchgangslöcher 12 und 13 auf, die koaxial aufeinander abgestimmt sind, wenn sich der Zylinderkopf 1 in seiner zusammengebauten Anordnung befindet.
Schrauben 14, die in 3 dargestellt sind, erstrecken sich durch die Löcher 12 und 13 und greifen fest in Löcher F ein, die in der Oberseite des Zylinderblocks B gebildet sind.
Wenn der Zylinderkopf 1 am Zylinderblock B montiert ist, können die Schrauben 14 einer Belastung am Kopf 1 standhalten, wobei sie die durch den oberen Teil 3, die untere Platte 2 und den Zylinderblock B gebildete Einheit zusammenhalten. Das Dichtungsmittel auf der Verbindungsebene 10 wirkt dahingehend, die verschiedenen, sich durch den Zylinderkopf 1 erstreckenden Aushöhlungen für den Durchtritt von Luft, Abluft, Kühlflüssigkeit und Öl zu isolieren, wodurch verhindert wird, dass Fluids in die Verbindungsebene 10 dringen und sich somit vermischen.
5 stellt eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Zylinderkopfs dar, wobei Elemente, die jenen der vorhergehenden Zeichnungen entsprechen, die gleichen Bezugsziffern erhielten. Eine Metalldichtung 15 ist zwischen dem oberen Teil 3 und dem unteren Teil 2 eingeschoben, wobei diese dazu betriebsfähig ist, eine Abdichtung zu schaffen, welche jegliche Verbindung zwischen den durch den Kopf 1 verlaufenden Rohren verhindert, sobald die Schrauben 14 angezogen wurden.
Eine Klebstoffschicht ist in jenen Bereichen der Verbindungsebene eingeschoben, wo der obere Teil 3 und die Metalldichtung 15 sowie die untere Platte 2 und die Metalldichtung 15 in einen jeweiligen Kontakt geraten. Da die Dichtungsfunktion durch die Metalldichtung 15 erzielt wird, müssen die Haftschichten die Einheit nur während der Manipulation des Zylinderkopfs 1 zusammenhalten.
Im Vergleich zu herkömmlichen, in einem Stück gegossenen Zylinderköpfen ist zu erkennen, dass der erfindungsgemäße Zylinderkopf die Herstellung des unteren Teils (der nicht sehr dick ist) ohne Verwendung eines Sandkerns und die Vereinfachung und Verstärkung jener Kerne, die zur Bildung der Durchgänge durch den oberen Teil des Kopfes verwendet werden, ermöglicht. Es ist dadurch möglich, Durchgänge für die Kühlflüssigkeit, welche die Kühlung bestimmter kritischer Bereiche (beispielsweise zwischen den Ventilen) optimieren, und Ölzuteilkanäle von komplexer Konfiguration zu erhalten. Außerdem ist es möglich, eine durch Positioniertoleranzen der Aushöhlungskerne innerhalb des Gehäuses verursachte Feinverteilung auszuschalten, wodurch sichergestellt wird, dass die Wände eine gleichmäßige Dicke haben und der Wärmestrom hin zum Kühlkreislauf daher gleichförmig ist.
Ein erfindungsgemäßer Zylinderkopf kann beispielsweise bei Kraftfahrzeugmotoren nützlich eingesetzt werden. Beim Anfertigen des oberen Teils des Kopfes ist es tatsächlich möglich, Standard-Aluminiumlegierungen oder dergleichen zu verwenden, welche relativ kostengünstig sind und nur einen geringen Widerstand gegenüber mechanischer Belastung aufweisen, und zwar sogar bei Motoren, die einer hohen thermomechanischen Belastung ausgesetzt sind, wie z.B. die letzte Generation von Direkteinspritzdieselmotoren. Jener Teil, der an den Zylinderblock anschließt, welcher jedoch dem Großteil der Belastung ausgesetzt ist, wird aus einer Hochleistungslegierung gefertigt.
Falls die Belastung schließlich so groß ist, dass eine Eisenlegierung (Gusseisen) erforderlich ist, ermöglicht der erfindungsgemäße Zylinderkopf in jedem Fall ein Geringhalten der Gesamtmasse des Motors, da die Verwendung solcher Legierungen nur auf jenen Teil, der den Verbrennungskammern zugewandt ist, beschränkt sein kann.
Es ist offensichtlich, dass sich die Erfindung nicht auf die hier beschriebene und veranschaulichte Ausführungsform beschränkt, sondern dass an der Form und den Anordnungen der Teile sowie an den Details der Konstruktion und des Betriebs Änderungen vorgenommen werden können. Der den Verbrennungskammern zugewandte Teil könnte sich beispielsweise von einer Platte unterscheiden, wobei sich seine Dicke durch eine Horizontalebene verändert, und die Verbindung könnte entlang einer Fläche erfolgen, die nicht flach ist, und zwar abhängig von jeglicher Anzahl möglicher Varianten, die dem Fachmann nützlich erscheinen könnten, ohne dadurch vom Umfang der Erfindung abzuweichen, der in den nachfolgenden Ansprüchen definiert ist.

Claims

Zylinderkopf für einen Verbrennungsmotor, welcher einen unteren Teil (2) umfasst, der dazu bestimmt ist, zumindest einer im Zylinderblock (B) eines Motors gebildeten Verbrennungskammer (CC) zugewandt zu sein, einen oberen Teil (3), der an jener Seite des unteren Teils (2) angeordnet ist, die entfernt von der zumindest einen Verbrennungskammer (CC) liegt, und der eine Mehrzahl von separaten Aushöhlungen (5a, 6, 7, 8) für den Durchtritt von Fluids aufweist, wobei der untere Teil (2) und der obere Teil (3) mit dem Ziel, entlang einer Verbindungsfläche (10) miteinander verbunden zu sein, getrennt hergestellt werden, sowie Abdichtmittel (11, 15), die zwischen der unteren Platte (2) und dem oberen Teil (3) eingeschoben sind, um die verschiedenen Aushöhlungen (5a, 6, 7, 8) an der Verbindungsfläche (10) zu verschließen, wenn der untere Teil (2) mit dem oberen Teil (3) verbunden wird, Befestigungsmittel (14), die zum Befestigen des unteren Teils (2) und des oberen Teils (3), die miteinander und mit dem Zylinderblock (B) verbunden sind, vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Abdichtmittel (11, 15) eine Metalldichtung (15) umfassen, wobei die Metalldichtung (15) durch zumindest eine Schicht aus Haftmaterial am unteren Teil (2) und am oberen Teil (3) befestigt ist, wenn sich der Kopf in seinem zusammengebauten Zustand befindet.
Zylinderkopf gemäß Anspruch 1, wobei die Befestigungsmittel (14) hinsichtlich des Verschließens der Aushöhlungen (6, 8) für den Durchtritt von Fluids beim Gebrauch mit den Abdichtmitteln (11, 15) zusammenwirken.
Zylinderkopf gemäß Anspruch 1, wobei die Abdichtmittel (11, 15) zumindest eine Schicht aus haftendem Dichtungsmaterial (11) umfassen, die an der Verbindungsfläche (10) angeordnet ist.
Zylinderkopf gemäß Anspruch 3, wobei der Klebstoff bei Raumtemperatur polymerisierbar ist.
Zylinderkopf gemäß Anspruch 4, wobei der Klebstoff ein Silikonklebstoff ist, der bei Vorhandensein von Feuchtigkeit polymerisierbar ist.
Zylinderkopf gemäß irgendeinem vorhergehenden Anspruch, wobei die Befestigungsmittel (14) Schraubmittel (14) umfassen, die sich durch Löcher (12, 13) erstrecken, welche solcherart durch den unteren Teil (2) und durch den oberen Teil (3) gebildet sind, dass sie in Befestigungslöcher (F) eingreifen können, welche im Zylinderblock (B) gebildet sind.
Zylinderkopf gemäß irgendeinem vorhergehenden Anspruch, wobei der obere Teil (3) und der untere Teil (2) aus einer leichten Legierung, vorzugsweise Aluminium, gefertigt sind, wobei der untere Teil (2) aus einer Legierung mit größerer Wärmebeständigkeit gefertigt ist.
Zylinderkopf gemäß irgendeinem vorhergehenden Anspruch, wobei die Verbindungsfläche (10) im Wesentlichen flach ist.