EP0838586A1

EP0838586A1 - Zylinderkopf für eine Mehrzylinder-Brennkraftmaschine

Info

Publication number: EP0838586A1
Application number: EP97117203A
Authority: EP
Inventors: Bernd Sigle; Christoph Spengel
Original assignee: Daimler Benz AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 1996-10-26
Filing date: 1997-10-04
Publication date: 1998-04-29
Anticipated expiration: 2017-10-04
Also published as: DE19644530C1; US5964196A; EP0838586B1

Abstract

Ein Zylinderkopf einer Mehrzylinder-Brennkraftmaschine weist einen Boden (1), eine massive Decke (2) und seitliche Außenwände (3,4) auf, die einen Kühlwasserraum (5) begrenzen. Um den Umfang jedes Brennraumes (6) herum sind Schraubenpfeifen (11) für die Zylinderkopfschrauben vorgesehen, die sich vom Boden (1) bis zur Decke (2) erstrecken. Um eine hohe Steifigkeit des Bodens (1) insbesondere entlang dem Umfang jedes Brennraumes (6) zu erzielen, sind benachbarte Schraubenpfeifen miteinander durch angeformte Querwände (13) und Längswände (14,15) verbunden, die sich bis nahe an die Decke (2) oder bis zur Decke (2) erstrecken und an diese angeformt sind. <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft einen Zylinderkopf für eine Mehrzylinder-Brennkraftmaschine entsprechend dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Moderne Brennkraftmaschinen, insbesondere hochaufgeladene Diesel-Brennkraftmaschinen mit Direkteinspritzung, arbeiten mit hohen Verbrennungsspitzendrücken, die an die Steifigkeit des Zylinderkopfes besondere Anforderungen stellen. Bei unzureichender Steifigkeit können hohe Schwingungsamplituden im Zentralen Brennraumbereich auftreten, die zu Rißbildung im Zylinderkopfboden und/oder an anderen Stellen führen können. Außerdem können Verformungen der Ventilführungen und der Ventilsitze auftreten, die Ventilbrüche oder zumindest Ventilundichtigkeiten mit anschließender thermischer Überbelastung der Ventile, der Ventilsitzringe und der Ventilführungen zur Folge haben können. Auch ist es schwierig, eine zuverlässige Abdichtung zum Zylinderkurbelgehäuse zu erreichen, da aus Platzgründen meist nur vier Zylinderkopfschrauben pro Zylinder vorgesehen werden können.

Bei Zylinderköpfen der gattungsgemäßen Art (siehe z.B. DE-A 35 13 126) weist das Gußstück einen von seitlichen Außenwänden, dem Zylinderkopfboden und der Zylinderkopfdecke begrenzten Kühlwasserraum auf, der von den Einlaß- und Auslaßkanälen und von Schächten durchsetzt ist, die Zündkerzen oder Einspritzdüsen aufnehmen. Zur Steigerung der Steifigkeit der brennraumseitigen Abschnitte des Zylinderkopfbodens sind bei dem Zylinderkopf gemaß der DE-A 35 13 126 innerhalb des Kühlwasserraumes zwischen den Brennraumabschnitten des Zylinderkopfbodens zwischen diesem und der Zylinderkopfdecke Stützwände vorgesehen, die mit eingeformten Stützsäulen für Bohrungen zur Aufnahme von Zylinderkopfschrauben versehen sind. Zusätzlich ist zwischen dem Zylinderkopfboden und der Zylinderkopfdecke eine sich über die Länge des Zylinderkopfes erstreckende Längsrippe vorgesehen, die mit den Stützwänden und mit den Schächten für die Zündkerzen oder Einspritzdüsen verbunden ist. Damit wird zwar bereits eine beträchtliche Erhöhung der Steifigkeit des Zylinderkopfes erreicht, die sich jedoch insbesondere bei sehr hohen Verbrennungsspitzendrücken als nicht ausreichend erwiesen hat.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen gattungsgemäßen Zylinderkopf mit nochmals gesteigerter Steifigkeit zu schaffen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Bei dem erfindungsgemäßen Zylinderkopf wird durch die senkrechten, an die Schraubenpfeifen angeformten Längs- und Querwände, die sich um jeden Brennraumbereich herum erstrecken, eine hohe Steifigkeit des Zylinderkopfbodens erreicht, die nun dadurch weiter gesteigert wird, daß der Boden am Umfang jedes Brennraumbereiches zumindest über die senkrechten Querwände zwischen benachbarten Schraubenpfeifen direkt an der Decke abgestützt wird. Vorzugsweise erfolgt auch eine Abstützung über die von den Einlaß- und Auslaßkanälen durchsetzten Längswände durch Stege, die sich von deren Oberkanten bis zur Decke erstrecken. Bei einem Vierventil-Zylinderkopf erstrecken sich dabei an der Oberkante der betreffenden Längswände Stege von Stellen, die jeweils zwischen den beiden Auslaßkanälen und den beiden Einlaßkanälen jedes Zylinders liegen, bis zur Decke. Bei einer Diesel-Brennkraftmaschine sind in den Stegen zwischen den Einlaßkanälen Bohrungen zur Aufnahme von Glühkerzen vorgesehen.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.

Es zeigt:

Fig. 1: eine Draufsicht eines Vierventil-Zylinderkopfes für eine Vierzylinder-Diesel-Brennkraftmaschine mit Direkteinspritzung,
Fig. 2: einen Schnitt entlang Linie A-A in Fig. 1,
Fig. 3: einen Schnitt entlang Linie B-B in Fig. 1,
Fig. 4: einen Schnitt entlag Linie C-C in Fig. 1,
Fig. 5: einen Schnitt entlang Linie D-D in Fig. 1, und
Fig. 6: einen Schnitt entlang Linie E-E in Fig. 5.

Der in den Zeichnungen dargestellte Zylinderkopf besteht aus einem Gußstück mit einem Boden 1, einer massiven Decke 2 und seitlichen Außenwänden 3 und 4, die zusammen einen Wasserraum 5 begrenzen. Die Unterseite des Bodens 1 weist für jeden Zylinder einen Brennraum 6 (Fig. 6) auf, in den zwei Einlaßkanäle 7 münden und von dem zwei Auslaßkanäle 8 ausgehen, die sich durch den Kühlwasserraum 5 hindurch zur Außenwand 3 bzw. 4 erstrecken. Außerdem ist für jeden Brennraum zentral ein senkrechter Schacht 9 zur Aufnahme einer Einspritzdüse vorgesehen, der sich vom Boden 1 zur Decke 2 und darüber hinaus durch den angrenzenden Steuerraum 10 erstreckt. Zur Aufnahme der Zylinderkopfschrauben sind um jeden Brennraum 6 herum vier senkrechte Schraubenpfeifen 11 vorgesehen, die sich vom Boden 1 bis zur Decke 2 erstrecken. Mit 12 sind die Ventilführungen für die nicht gezeigten Einlaß- und Auslaßventile bezeichnet.

Um eine hohe Steifigkeit des Zylinderkopfbodens 1 insbesondere entlang dem Umfang jedes Brennraumes 6 zu erreichen, sind benachbarte Schraubenpfeifen 11 zwischen benachbarten Brennräumen miteinander durch angeformte senkrechte Querwände 13 und benachbarte Schraubenpfeifen 11 auf den Seiten der seitlichen Außenwände 3,4 miteinander durch angeformte senkrechte Längswände 14 bzw. 15 verbunden. Dabei sind die Querwände 13, wie aus Fig. 4 ersichtlich, direkt einerseits mit dem Boden 1 und andererseits mit der Decke 2 verbunden und, wie in Fig. 6 gezeigt, in der Mitte verdickt, so daß sie in den Umfangsbereich der benachbarten Brennräume 6 hineinragen. Die Einlaßkanäle 7 erstrecken sich durch die Längswand 14 und ihre Wände sind an diese Längswand angeformt (Fig.3). In gleicher Weise erstrecken sich die Auslaßkanäle 8 durch die Längswand 15 (Fig. 2). Die Wände der Einlaß- und Auslaßkanäle sind auch an den Schacht 9 angeformt. Die Längswände 14 und 15 sind an ihren an die Schraubenpfeifen 11 angeformten Enden bis zur Decke 2 und damit bis nahe an die Einleitungsstellen der Schraubenkräfte hochgezogen und mit dieser verbunden, so daß die Schraubenkräfte weitgehend gleichmäßig über den Umfang jedes Brennraumes 6 wirksam sind. Die Längswände 14,15 sind, wie aus Fig. 5 und 6 ersichtlich, in ihren unteren, dem Boden 1 benachbarten Bereichen verdickt, so daß sie ebenfalls in den Umfangsbereich des Brennraumes 6 hineinragen. Zusätzlich sind die Längswände 14,15 in der Mitte über Stege 16 bzw. 17 an der Decke 2 abgestützt. Bei dem dargestellten Vierventil-Zylinderkopf liegen die Stege 16 und 17 also, wie in Fig. 2 und 3 gezeigt, zwischen den beiden Einlaß- bzw. Auslaßkanälen. Durch die Querwände 13 und die Längswände 14,15 bzw. die Stege 16,17 erfolgt über einen Großteil des Umfanges jedes Brennraumes 6 eine Abstützung des Zylinderkopfbodens 1 an der massiven Zylinderkopfdecke 2.

In den Querwänden 13 sind Öffnungen 18 zur Führung von Kühlwasser vorgesehen. Weitere Öffnungen bzw. Hohlräume für Kühlwasser sind mit 19 bezeichnet. Der von der Längswand 14 ausgehende Steg 16 enthält eine Längsbohrung 20 zur Aufnahme einer Glühkerze.

Claims

Zylinderkopf einer Mehrzylinder-Brennkraftmaschine, bestehend aus einem Gußstück mit einem von seitlichen Außenwänden (3,4), einem Boden (1) und einer Decke (2) begrenzten Kühlwasserraum (5), durch den sich die Einlaß- und Auslaßkanäle (7 bzw. 8) sowie mit dem Boden und der Decke verbundene senkrechte Pfeifen (11) zur Aufnahme der Zylinderkopfschrauben und senkrechte Schächte (9) zur Aufnahme von Zündkerzen oder Einspritzdüsen erstrecken, dadurch gekennzeichnet, daß im Kühlwasserraum (5) am Umfang jedes einem Zylinder zugeordneten Brennraumes (6) zwischen benachbarten Schraubenpfeifen an diese angeformte senkrechte, in Quer- und Längsrichtung des Zylinderkopfes verlaufenden Wände (13 bzw. 14,15) vorgesehen sind, von denen sich zumindest die Querwände (13) bis zur Decke (2) erstrecken, und daß sich die Einlaß- und Auslaßkanäle (7 bzw. 8) durch die Längswände (14,15) erstrecken und ihre Wände an diese angeformt sind.
Zylinderkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Längswände (14,15) an ihren an die Schraubenpfeifen (11) angeformten Enden bis zur Decke (2) erstrecken.
Zylinderkopf nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß von der Mitte der Oberkante der Längswände (14,15) Stege (16,17) ausgehen, die sich bis zur Decke (2) erstrecken.
Zylinderkopf nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß sich bei einem Vierventil-Zylinderkopf die Stege (16,17) von Stellen, die zwischen den beiden Einlaß- und Auslaßkanälen (7,8) jedes Brennraumes (6) liegen, bis zur Decke (2) erstrecken.
Zylinderkopf nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß in den Stegen (16), die sich von einer Stelle zwischen den Einlaßkanälen (7) zur Decke (2) erstrecken, Bohrungen (20) zur Aufnahme von Glühkerzen vorgesehen sind.