EP0381842B1

EP0381842B1 - Multi-cylinder internal-combustion engine with separate cylinder heads

Info

Publication number: EP0381842B1
Application number: EP89123178A
Authority: EP
Inventors: Siegfried Dipl.-Ing. Glaeske; Reinhard Dipl.-Ing. Häfner; Hans Dipl.-Ing. Heinsohn
Original assignee: Krupp Mak Maschinenbau GmbH
Current assignee: Caterpillar Motoren GmbH and Co KG
Priority date: 1989-02-07
Filing date: 1989-12-14
Publication date: 1993-01-20
Anticipated expiration: 2009-12-14
Also published as: DE3903574A1; DE58903358D1; FI896058A0; EP0381842A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine mehrzylindrige Brennkraftmaschine mit Einzelzylinderköpfen nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to a multi-cylinder internal combustion engine with single cylinder heads according to the preamble of claim 1.

Bei Brennkraftmaschinen mit Einzelzylinderköpfen werden verschiedene zum Teil aggressive Medien über außenliegende Leitungen zugeführt, die elastisch verlegt sind und über Flansch- und Schraubverbindungen angeschlossen werden. Bei den erheblichen Relativbewegungen der Zylinderköpfe zueinander durch die herrschenden Gas- und Massenkräfte sowie durch Wärmeausdehnungen ist eine solche Verbindung problematisch und gewährleistet keine dauerhafte dichte Verbindung der Leitung mit den Zylinderköpfen. Außerdem sind derartige Verbindungen nicht sehr montagefreundlich und kostengünstig.In the case of internal combustion engines with single cylinder heads, various media, some of which are aggressive, are supplied via external lines, which are laid elastically and are connected via flange and screw connections. With the considerable relative movements of the cylinder heads to one another due to the prevailing gas and mass forces and due to thermal expansion, such a connection is problematic and does not guarantee a permanent, tight connection of the line to the cylinder heads. In addition, such connections are not very easy to install and inexpensive.

Bekannt sind Schieberohrverbindungen, insbesondere für die Weiterleitung von abzuführendem Kühlwasser bzw. von einzuführender Ladeluft. Auch sind aus der DE-OS 1576 725 Einzelzylinderköpfe für eine Brennkraftmaschine bekannt aus denen Kühlwasser in die Zylinderköpfe übertritt, wobei die Zylinderköpfe zur Weiterleitung des Kühlwassers untereinander durch innenliegende Kühlwasserleitungen verbunden sind. Diese werden durch Hülsen gebildet, welche jeweils benachbarte Kühlräume in den Zylinderköpfen zum Durchfluß von Kühlwasser miteinander verbinden.Sliding pipe connections are known, in particular for the forwarding of cooling water to be discharged or of charge air to be introduced. Also known from DE-OS 1576 725 are single cylinder heads for an internal combustion engine from which cooling water passes into the cylinder heads, the cylinder heads being connected to one another by internal cooling water lines for forwarding the cooling water. These are formed by sleeves, which each connect adjacent cooling chambers in the cylinder heads for the flow of cooling water.

Aufgabe der Erfindung ist es, für Einzelzylinderköpfe einer Brennkraftmaschine die Leitungsverbindungen zwischen den Zylinderköpfen sowie die Verbindungen von zu- und abführenden Leitungen montageeinfach und kostengünstig zu gestalten, wobei diese Leitungen für die Medien zur Düsenkühlung, zur Kipphebelschmierung und für das Düsenlecköl ausgelegt sind. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Weiter vorteilhafte Merkmale beinhalten die Unteransprüche.The object of the invention is to make the line connections between the cylinder heads and the connections of supply and discharge lines simple and inexpensive to assemble for single cylinder heads of an internal combustion engine, these lines being designed for the media for nozzle cooling, rocker arm lubrication and for the nozzle leak oil. This object is achieved by the characterizing features of claim 1. Further advantageous features include the subclaims.

Die mit der Erfindung hauptsächlich erzielten Vorteile bestehen darin, daß ein Großteil der zu- und abführenden Leitungen ohne Verschraubungen und Rohrleitungen angeschlossen werden und daß weiterhin die Zylinderköpfe selbst die Funktion der Leitungen übernehmen, so daß diese am Motor eingespart werden.The main advantages achieved with the invention are that a large part of the supply and discharge lines are connected without screw connections and pipes and that the cylinder heads themselves take over the function of the lines, so that they are saved on the engine.

In den Zylinderköpfen sind die Leitungen durch gebohrte Kanäle für die Medien zur Düsenkühlung, zur Kipphebelschmierung und für das Düsenlecköl vorgesehen. Die Austrittsöffnungen der Bohrungen von benachbarten Zylinderköpfen werden durch ein einfach einzuschiebendes Keilelement, das eine entsprechende Durchgangsbohrung aufweist, miteinander verbunden. Dieses Element ist in der Weise ausgeführt, daß es dichtelastisch und verformungseleastisch wirkt und somit eine Relativbewegung zwischen benachbarten Zylinderköpfen aufnimmt, ohne daß Dichtprobleme auftreten könnten.The lines are provided in the cylinder heads through drilled channels for the media for nozzle cooling, rocker arm lubrication and for the nozzle leak oil. The outlet openings of the bores from adjacent cylinder heads are connected to one another by an easily insertable wedge element that has a corresponding through bore. This element is designed in such a way that it has an elastic and deformation-elastic effect and thus absorbs a relative movement between adjacent cylinder heads without sealing problems being able to occur.

Auch sind die Keilelemente so über eine Spanneinrichtung an den Zylinderköpfen gehalten, daß sie elastisch gegenüber diesen angedrückt befestigt sind, und daß ferner Elastizitäten für jede Dichtfläche eines Mediums vorgesehen sind. Weiterhin können zwischen den verbundenen Austrittsöffnungen freie Öffnungen liegen.The wedge elements are also held on the cylinder heads by means of a tensioning device in such a way that they are fastened in an elastically pressed manner relative to them, and that elasticities are also provided for each sealing surface of a medium. Furthermore, there can be free openings between the connected outlet openings.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 eine Draufsicht auf ein Keilelement zwischen zwei Zylinderköpfen, mit beispielsweise dargestellten Bohrungen im Zylinderkopf sowie einer Durchgangsbohrung im Keilelement,
Fig. 2 eine Draufsicht auf ein Keilelement mit einer elastischen Spanneinrichtung,
Fig. 3 und 4 ein Keilelement mit weiteren Ausführungen von elastischen Spanneinrichtungen,
Fig. 5 ein Keilelement mit elastischen Dichtflächen,
Fig. 6 eine Ansicht Pfeilrichtung Z der Fig. 5 gesehen,
Fig. 7 einen Schnitt nach der Linie VII-VII der Fig. 6,
Fig. 8 eine weitere Ausführung eines Keilelementes mit einer elastischen Dichthülse und einem Anschlag,
Fig. 9 eine Ansicht auf das Keilelement in Pfeilrichtung Z der Fig. 8 gesehen mit Anschlag,
Fig. 10 eine weitere Ausführung eines Keilelements mit einer durchgehenden elastischen Dichthülse,
Fig. 11 eine Ansicht auf das Keilelement in Pfeilrichtung Z der Fig. 10 gesehen,
Fig. 12 ein Keilelement bestehend aus einem elastischen, einteiligen Bauteil,
Fig. 12a eine Ansicht auf das Keilelement in Pfeilrichtung Z der Fig. 12 gesehen,
Fig. 13 eine im Zylinderkopf gehaltene elastische Dichthülse,
Fig. 14 eine weitere Ausführung eines Keilelements mit einer eingesetzten, durch eine Druckfeder beaufschlagte Dichthülse,
Fig. 15 eine Ansicht in Pfeilrichtung Z der Fig. 14 gesehen.

Embodiments of the invention are shown in the drawing and are described in more detail below. Show it:

1 is a plan view of a wedge element between two cylinder heads, with, for example, illustrated bores in the cylinder head and a through hole in the wedge element,
2 is a plan view of a wedge element with an elastic tensioning device,
3 and 4 a wedge element with further designs of elastic tensioning devices,
5 a wedge element with elastic sealing surfaces,
6 is seen a view arrow direction Z of FIG. 5,
7 shows a section along the line VII-VII of FIG. 6,
8 shows a further embodiment of a wedge element with an elastic sealing sleeve and a stop,
9 is a view of the wedge element in the direction of arrow Z of FIG. 8 seen with a stop,
10 shows a further embodiment of a wedge element with a continuous elastic sealing sleeve,
Fig. 11 is a view of the wedge element in Seen arrow direction Z of FIG. 10,
12 is a wedge element consisting of an elastic, one-piece component,
12a is a view of the wedge element in the direction of arrow Z of FIG. 12,
13 is an elastic sealing sleeve held in the cylinder head,
14 shows a further embodiment of a wedge element with an inserted sealing sleeve acted upon by a compression spring,
15 is a view seen in the direction of arrow Z of FIG. 14.

Zur Verbindung von mehreren als Leitungen für Medien dienende Innenbohrungen 1, 2, 3 und 4 von benachbarten Zylinderköpfen 5 und 6 ist wenigstens ein Keilelement 7 zwischen schrägen Anlageflächen 8, 9 dieser Zylinderköpfe 5, 6 angeordnet. Dieses ist mit Durchgangsbohrungen 10 versehen, die übereinanderliegen und deren Öffnungen 11 mit Austrittsöffnungen 12 der entsprechenden Innenbohrungen 1, 2, 3 und 4 fluchten. In Fig. 1 sind die Bohrungen 1 bis 4 mit einem Verlauf im Zylinderkopf 5 und 6 gezeigt, der als Beispiel dienen soll und die Möglichkeiten nur zum Teil veranschaulicht.To connect a plurality of inner bores 1, 2, 3 and 4 serving as lines for media from adjacent cylinder heads 5 and 6, at least one wedge element 7 is arranged between oblique contact surfaces 8, 9 of these cylinder heads 5, 6. This is provided with through bores 10 which lie one above the other and whose openings 11 are aligned with outlet openings 12 of the corresponding inner bores 1, 2, 3 and 4. In Fig. 1 the holes 1 to 4 are shown with a course in the cylinder head 5 and 6, which is to serve as an example and only partially illustrates the possibilities.

Das Keilelement 7 weist gegenüberliegende schräg verlaufende Dichtflächen 13, 14 auf, die mit den entsprechend schräg verlaufenden Anlageflächen 8, 9 der Zylinderköpfen 5, 6 erfolgt über eine Spanneinrichtung 15 16 17 18.The wedge element 7 has opposite, obliquely running sealing surfaces 13, 14, which is carried out with the corresponding obliquely running contact surfaces 8, 9 of the cylinder heads 5, 6 via a clamping device 15 16 17 18.

Die Spanneinrichtung 16 gemäß Fig. 1 umfaßt eine oder mehrere das Keilelement 7 durchsetzende Schrauben 19, die gegen einen Fixpunkt 20 gezogen sind und das Element 7 gegen die Anlageflächen 8 und 9 der Zylinderköpfe 5 und 6 ziehen.1 comprises one or more screws 19 passing through the wedge element 7, which are pulled against a fixed point 20 and pull the element 7 against the contact surfaces 8 and 9 of the cylinder heads 5 and 6.

Die Spanneinrichtung 15 gemäß Fig. 2 umfaßt einen elastischen Bügel 21 mit einem mittig angeordneten Druckzapfen 22, der von einer elastischen Hülse 23 umgeben ist. Diese stützt sich mit ihrem einen Ende 24 im Grund des Keilelements 7 und mit ihrem anderen Ende 25 am Bund 22a des Druckzapfen 22 bzw. am Bügel 21 ab. Über eine Befestigungsschraube 26 ist der Bügel 21 entweder an einem Zylinderkopf 5 oder 6 oder über zwei Befestigungsschrauben 26 und 26a an beiden Zylinderköpfen 5 und 6 befestigt. Die elastische Hülse 23 kann sich in allen Richtungen mit dem Druckzapfen 22 frei elastisch bewegen.2 comprises an elastic bracket 21 with a centrally arranged pressure pin 22, which is surrounded by an elastic sleeve 23. This is supported with one end 24 in the base of the wedge element 7 and with its other end 25 on the collar 22a of the pressure pin 22 or on the bracket 21. The bracket 21 is fastened either to a cylinder head 5 or 6 via a fastening screw 26 or to both cylinder heads 5 and 6 via two fastening screws 26 and 26a. The elastic sleeve 23 can move freely in all directions with the pressure pin 22.

Der Druckzapfen 22 ist vorzugsweise mit seiner Angriffsfläche auf das Keilelement 7 so angeordnet, daß der Angriffspunkt tiefer liegt als die Austrittsöffnungen 12 der Bohrungen 1 bis 4.The pressure pin 22 is preferably arranged with its engagement surface on the wedge element 7 so that the engagement point is lower than the outlet openings 12 of the bores 1 to 4.

Die weitere Spanneinrichtung 17 gemäß Fig. 3 besteht im wesentlichen aus einer elastischen Hülse 27, die zwischen dem Keilelement 7 und einem Kopf 28 einer Befestigungsschraube 29 angeordnet ist.3 consists essentially of an elastic sleeve 27, which is arranged between the wedge element 7 and a head 28 of a fastening screw 29.

In Fig. 4 ist mit 18 eine weitere Ausführung einer Spanneinrichtung mit einer Feder 30 dargestellt, die als Tellerfeder ausgeführt und zwischen dem Schraubenkopf 28 und der Befestigungsschraube 29 und dem Keilelement 7 angeordnet ist.4 shows another embodiment of a tensioning device with a spring 30, which is designed as a plate spring and is arranged between the screw head 28 and the fastening screw 29 and the wedge element 7.

Die Befestigungsschraube 29 ist am Keilelement 7 jeweils über einen Querstift 31 gehalten, was in Fig. 4 näher dargestellt ist.The fastening screw 29 is held on the wedge element 7 via a cross pin 31, which is shown in more detail in FIG. 4.

Durch die Spanneinrichtung wird eine elastische Vorospannung auf das Keilelement 7 ausgeübt, um eine dichteleastische und verformungselastische Verbindung zwischen den Zylinderköpfen und dem Keilelement zu erzielen.The tensioning device exerts an elastic pre-tension on the wedge element 7 in order to achieve a tightly elastic and deformation-elastic connection between the cylinder heads and the wedge element.

Das Keilelement 7 weist zur Erzielung einer elastischen Dichtheit zwischen den Anlageflächen 8, 9 an den Zylinderköpfen 5, 6 unterschiedliche Dichtelemente auf.The wedge element 7 has different sealing elements to achieve elastic tightness between the contact surfaces 8, 9 on the cylinder heads 5, 6.

So ist in Fig. 5 eine elastische Dichtung 32 auf den Flächen 13 und 14 des Keilelements 7 vorgesehen, die sich anlegt. Diese elastische Schicht 32 kann z.B. über Kerbnägel 33 auf den Flächen 13, 14 durch Aufknüpfen befestigt sein, wie Fig. 7 näher zeigt. Die Kerbnägel 33 sind in den an schließenden Zylinderköpfen 5 und 6 dann in entsprechenden Einschuböffnungen 34 angeordnet. Zwischen den verschiedenen Dichteinheiten können Spalte 35 in geradliniger Form oder rund um die verschiedenen Bohrungen herum angeordnet sein.5, an elastic seal 32 is provided on the surfaces 13 and 14 of the wedge element 7, which rests on it. This elastic layer 32 can e.g. can be attached by notching 33 to the surfaces 13, 14 by notching, as shown in FIG. 7. The notched nails 33 are arranged in the closing cylinder heads 5 and 6 in corresponding insertion openings 34. Between the different sealing units, gaps 35 can be arranged in a straight line or around the various bores.

Wie in Fig. 8 näher gezeigt, weist das Keilelement 7 in die Durchgangsbohrung 10 eingeschobene elastische Hülsen 36 auf. Diese ist im rechten Winkel zur schräg verlaufenden Flächen 13, 14 angeordnet und ragt über diese hinaus und bildet eine elastische Dichtfläche, die der Anlagefläche 8, 9 an den Zylinderköpfen 5 und 6 gegenübersteht.As shown in more detail in FIG. 8, the wedge element 7 has elastic sleeves 36 inserted into the through hole 10. This is arranged at right angles to the inclined surfaces 13, 14 and protrudes beyond them and forms an elastic sealing surface which faces the contact surface 8, 9 on the cylinder heads 5 and 6.

Auf den Dichtflächen 13, 14 des Keilelements 7 können Anschläge 37 angeordnet sein, die eine verschleißfeste Oberfläche aufweisen und den Federweg der Hülse 36 begrenzen.Stops 37, which are wear-resistant, can be arranged on the sealing surfaces 13, 14 of the wedge element 7 Have surface and limit the spring travel of the sleeve 36.

Nach Fig. 10 ist die Durchgangsbohrung 10 des Keilelements 7 mit einem durchgesteckten elastischen Rohr 38 versehen, das über das Keilelement 7 hinausragt und parallel zu den schräg verlaufenden Flächen 13, 14 des Elements 7 angeordnete elastische Anpressflächen 39 aufweisen. Auf bei diesem Keilelement 7 können Anschläge 37 zwischen den Durchgangsbohrungen 10 vorgesehen sein. Das elastische Verbindungsrohr 38 ist im Querschnitt z.B. quadratisch ausgeführt. Es kann aber auch eine andere geometrische Querschnittsform aufweisen, sollte aber eine verdrehsichere Form besitzen.According to FIG. 10, the through bore 10 of the wedge element 7 is provided with an inserted elastic tube 38, which projects beyond the wedge element 7 and has elastic contact surfaces 39 arranged parallel to the inclined surfaces 13, 14 of the element 7. On this wedge element 7, stops 37 can be provided between the through bores 10. The elastic connecting tube 38 is e.g. executed square. However, it can also have a different geometric cross-sectional shape, but should have a shape that is secure against rotation.

Nach einem weiteren Ausführungsbeispiel gem. Fig. 12 besteht das Keilelement 7 aus einem einteiligen elastischen Teil mit einem angeformten Hals 40, der endseitige Flansche 41 mit Stirnflächen 40a umfaßt, welche zum eigentlichen Grundkörper des Keilelements 7 über ein im Durchmesser vermindertes elastisches Halsteil 42 verbunden ist.According to a further embodiment. 12, the wedge element 7 consists of a one-piece elastic part with an integrally formed neck 40, which comprises end flanges 41 with end faces 40a, which is connected to the actual base body of the wedge element 7 via an elastic neck part 42 with a reduced diameter.

Gemäß der Ausführungen nach Fig. 13 ist z.B. zwischen dem Keilelement 7 und dem Zylinderkopf 5, 6 in diesem eine elastische Hülse 43 eingeschoben, die der Dichtfläche 13, 14 des Elements 7 zugerichtet ist.According to the explanations according to Fig. 13, e.g. between the wedge element 7 and the cylinder head 5, 6 an elastic sleeve 43 is inserted therein, which is facing the sealing surface 13, 14 of the element 7.

Nachen Ausführungen gem. Fig. 14 umfaßt das Keilelement 7 eine koaxial zur Bohrung 10 eingepreßte elastische Hülse 44. Diese weist endseitig jeweils einen Flansch 45 und 46 auf, welche zwischen sich eine Druckfeder 47 aufnehmen, die die Flansche 45 und 46 einerseits in das Keilelement 7 und andererseits gegen die Anlageflächen 8, 9 der Zylinderköpfe 5, 6 preßt. Auch bei dieser Ausführung können Anschläge 37 vorgesehen sein, wie bei den Ausführungen z.B. nach den Fig. 5, 8 und 10, was nicht näher gezeigt ist.According to the explanations 14, the wedge element 7 comprises an elastic sleeve 44 which is pressed in coaxially to the bore 10. This sleeve has a flange 45 and 46 at the end, which receive a compression spring 47 between them, which holds the flanges 45 and 46 on the one hand into the wedge element 7 and on the other hand the contact surfaces 8, 9 of the cylinder heads 5, 6 presses. Stops 37 can also be provided in this embodiment, as in 5, 8 and 10, which is not shown in detail.

Claims

A multi-cylinder internal combustion engine with individual cylinder heads (5, 6), which for the further conveyance, supply and discharge of various media, more particularly for nozzle cooling, rocker arm lubrication and nozzle overflow oil, are connected with one another via ducts (10) between the individual cylinder heads (5, 6) and said ducts (10) each comprise openings (11) opening into outlet openings (12) in the cylinder heads (5, 6), characterised in that arranged between the outlet openings (12) of adjacent cylinder heads (5, 6) in each case is a connecting wedge element (7) with through bores (10), the wedge element (7) being held elastically via at least one clamping device (15; 16; 17; 18) with its opposite, inclined sealing surfaces (13, 14) against corresponding bearing surfaces (8, 9) of the cylinder heads (5, 6).
An internal combustion engine according to claim 1, characterised in that the clamping device (15) comprises an elastic bracket (21) connected with at least one cylinder head (5, 6) and having a pressure journal (22) enclosed by an elastic sleeve (23), which is axially supported in the base of the wedge element (7) and on the collar (22a) of the pressure journal (22) (Fig. 2).
An internal combustion engine according to claim 1, characterised in that the clamping device (17) between the wedge element (7) and the head (28) of a securing screw (29) is formed by an elastic sleeve (27) (Fig. 3).
An internal combustion engine according to claim 1, characterised in that the clamping device (18) between the wedge element (7) and the head (28) of the securing screw (29) is formed by a cup spring set (30) (Fig. 4).
An internal combustion engine according to one of the preceding claims, characterised in that the wedge element (7) is held on the securing screw (29) and secured against loss by a crosspin (31).
An internal combustion engine according to one of the preceding claims, characterised in that the inclined sealing surfaces (13, 14) of the wedge element (7) are connected with planar, elastic seals (32) enclosing the outlet openings (12).
An internal combustion engine according to claim 6, characterised in that the seals (32) are held on the wedge element (7) so that they can be fastened onto one or more notched nails (33).
An internal combustion engine according to one of the preceding claims, characterised in that in the through bore (10) of the wedge element (7) an inserted elastic sleeve (36) is arranged in each case at right angles to the inclined surface (13, 14), projects beyond the surfaces (13, 14) and forms contact surfaces (39).
An internal combustion engine according to one of the preceding claims, characterised in that an elastic connecting tube (38) is arranged in the wedge element (7), projects beyond the inclined surfaces (13, 14) of the element (7), comprising contact surfaces (39) parallel to said surfaces (13, 14) and forms the through bore (10).
An internal combustion engine according to one of the preceding claims, characterised in that the inclined surfaces (13, 14) of the wedge element (7) are provided with one or more wear-resistant abutments (37).
An internal combustion engine according to one of the preceding claims, characterised in that arranged between the wedge element (7) and the cylinder head (5, 6) is an elastic sleeve (43), which is held in a bore in the cylinder head (5, 6) and is arranged so as to project (Fig. 13).
An internal combustion engine according to one of the preceding claims, characterised in that the wedge element (7) is made of elastic plastics material and comprises a formed-on neck (40) having a flange (41) at one end, the end face (40a) of said flange facing the cylinder head (5, 6) (Fig. 12).
An internal combustion engine according to one of the preceding claims, characterised in that an elastic sleeve (44) is held in a bore in the wedge element (7) having a greater diameter than the through bore (10), the elastic sleeve (44) projecting beyond the sealing surface (13, 14) and comprising a pressure spring (47) arranged between flanges (45, 46) of the sleeve (44) (Fig. 14).
An internal combustion engine according to claim 13, characterised in that the pressure spring (47) is arranged in an external recess (48) in the sleeve (44).