EP0979937B1 - Zylinderkopf einer Mehrzylinder-Brennkraftmaschine - Google Patents
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- EP0979937B1 EP0979937B1 EP99112076A EP99112076A EP0979937B1 EP 0979937 B1 EP0979937 B1 EP 0979937B1 EP 99112076 A EP99112076 A EP 99112076A EP 99112076 A EP99112076 A EP 99112076A EP 0979937 B1 EP0979937 B1 EP 0979937B1
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02F—CYLINDERS, PISTONS OR CASINGS, FOR COMBUSTION ENGINES; ARRANGEMENTS OF SEALINGS IN COMBUSTION ENGINES
- F02F1/00—Cylinders; Cylinder heads
- F02F1/24—Cylinder heads
- F02F1/26—Cylinder heads having cooling means
- F02F1/36—Cylinder heads having cooling means for liquid cooling
- F02F1/38—Cylinder heads having cooling means for liquid cooling the cylinder heads being of overhead valve type
Definitions
- the invention relates to a cylinder head of a multi-cylinder internal combustion engine according to the preamble of the claim 1.
- a cylinder head is shown at between the cylinder head floor and the cylinder head cover Supporting walls are provided, which in itself up to the cylinder head floor extending pipes for receiving the cylinder head bolts are formed.
- the length of the screw pipes can be at that version about 2/3 of the distance between the floor and the ceiling of the cylinder head be.
- the present invention deals with the problem of the cylinder head bolts in there area, in which they are due to the power transmission reasons Missing screw pipe wall exposed to the cooling water attack are to protect against such an attack. Through this Protection should, however, in the execution of the older Registration chosen for power transmission reasons chosen spacing the screw pipe ends from the bottom of the cylinder head be functionally maintained. The same goes for the Connection of the transverse walls to the screw pipes near the ground Area of the cylinder head.
- the invention is based on the general idea, the cylinder head bolts in the area in the execution after the aforementioned earlier patent application by the shortened screwpipe this is no longer protected against a cooling water attack, by a separate, non-fuel-carrying designed Partition to protect.
- This partition can be integrated component be the screwpipe. She may only with Reference to a recording of the clamping force of the cylinder head bolt do not exercise a force-supporting function.
- the partition wall function can also be a separately mounted sleeve fulfill, if this opposite the free expiring end the screw pipe on the one hand and against the bottom of the Cylinder head is sealed on the other hand.
- the cylinder head cutout shown in the drawing shows with a view of the not shown as such Bottom of the cylinder head essentially that of the bottom area extending to the top of the cylinder head lateral boundary walls of the individual cylinders in the cylinder head assigned cooling water spaces.
- each screw pipes 6 for receiving and guiding the cylinder head on the Crankcase fixing cylinder head bolts provided.
- the first wall thickness region 7 is force-transmitting for the formed by the cylinder head bolts clamping forces.
- the second wall thickness region 8 only satisfies the Function of a non-supporting partition to separate the Screwpipe interior from adjacent cooling water chambers 4. A force-transmitting function comes these wall thickness ranges 8 not too. These wall thickness regions 8 are rather deliberately dimensioned so that they are not force-absorbing or force-transmitting function with respect to the exercise the outgoing clamping forces of the cylinder head bolts can.
- An ideal wall thickness training exists in the area 8 in that through these wall areas over the Longitudinal side walls 1 and the transverse walls 2 and 3 take place Power transmissions are done in such a way as if the second Wall areas 8 would not exist at all.
- the wall thicknesses in the area 8 are designed so that these wall areas just can be produced as a casting.
- the second wall thickness regions 8 of the screw pipes 6 can also by separately used parts such as Sleeves for any operational requirements Material exist. Such sleeves are possibly only tight with the first wall thickness regions 7 of the screw pipes 6 and the bottom of the cylinder head to connect.
- the second wall thickness regions 8 are only intended to serve a fluid-barrier separation between the cooling water spaces 4 on the one hand and the interior of the screw pipes. 6 on the other hand, in which the cylinder head bolts run, allow and make sure.
- the reason for this separation is in that the cylinder head bolts materially attacked by the cooling water fatigue damage can be. Cylinder head bolts, which are an attack of the Therefore, cooling water must be exposed to a special, comparatively expensive material. It insists Endeavor to use cylinder head bolts like this avoid expensive materials for economic reasons.
- the embodiment of the invention carries with a separation the screws from the cooling water at.
- the inner diameter of the screw pipes 6 can be such be designed that when used cylinder head bolts a free, circulating between the two parts annular space remains.
- the cooling water inflow and outflow into the individual cooling water spaces 4 takes place through the longitudinal side walls 1 through openings 11 therethrough.
Landscapes
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- Cylinder Crankcases Of Internal Combustion Engines (AREA)
Description
Die Erfindung betrifft einen Zylinderkopf einer Mehrzylinder-Brennkraftmaschine
entsprechend dem Oberbegriff des Anspruchs
1.
In der DE-A 35 13 126 ist ein Zylinderkopf dargestellt, bei
dem zwischen dem Zylinderkopfboden und der Zylinderkopfdecke
Stützwände vorgesehen sind, die an sich bis zum Zylinderkopfboden
erstreckenden Pfeifen zur Aufnahme der Zylinderkopfschrauben
angeformt sind.
Bei einem gattungsgemäßen Zylinderkopf in der älteren Patentanmeldung
DE 197 13 246.4 ist eine vorgebbare Verteilung
der Schraubenkräfte und einer Anpressung des Zylinderkopfes
an das Zylinderkurbelgehäuse insbesondere über den Umfang jedes
Brennraumes dadurch erreichbar, daß die Stützwände von am
Umfang jedes Brennraumes zwischen benachbarten Schraubenpfeifen
Quer- und Längsrichtung des Zylinderkopfes verlaufenden
Wänden gebildet sind, und daß die Wand der Schraubenpfeifen
in dem Umfangsbereich, der dem von den Längs- und Querwänden
umschlossenen Räumen zugewandt ist, in einem Abstand von dem
Boden endet.
Bei der Ausführung nach der vorgenannten älteren Anmeldung
werden dadurch, daß sich die Schraubenpfeifen nicht bis zum
Zylinderkopfboden erstrecken, die Schraubenkräfte überwiegend
auf die jeden Brennraum umgebenden Längs- und Querwände übertragen
und somit eine optimale Anpressung des Zylinderkopfes
an das Zylinderkurbelgehäuse entlang des Umfanges jedes
Brennraumes erreicht.
Bei der Ausführung nach der älteren Anmeldung können sich des
weiteren die Seitenkanten der innenliegenden Querwände von
den Endflächen der jeweils zugeordneten Schraubenpfeifen
schräg nach innen zum Zylinderkopfboden erstrecken, um die
Anpressung des Zylinderkopfbodens zwischen den Brennräumen zu
verstärken.
Die Länge der Schraubenpfeifen kann bei jener Ausführung etwa
2/3 des Abstandes zwischen dem Boden und der Decke des Zylinderkopfes
betragen.
Bei der in der älteren Anmeldung beschriebenen Zylinderkopfausführung
beschäftigt sich die vorliegende Erfindung mit
dem Problem, die Zylinderkopfschrauben, die dort in dem Bereich,
in dem sie aufgrund der aus Kraftübertragungsgründen
fehlenden Schraubenpfeifenwand dem Kühlwasserangriff ausgesetzt
sind, vor einem solchen Angriff zu schützen. Durch diesen
Schutz soll jedoch die bei der Ausführung nach der älteren
Anmeldung aus Kraftübertragungsgründen gewählte Beabstandung
der Schraubenpfeifenenden von dem Boden des Zylinderkopfes
funktionell beibehalten werden. Das gleiche gilt für die
Anbindung der Querwände an die Schraubenpfeifen im bodennahen
Bereich des Zylinderkopfes.
Eine Lösung dieses Problems wird bei einem gattungsgemäßen
Zylinderkopf durch eine Ausführung nach den kennzeichnenden
Merkmalen des Patentanspruchs 1 erreicht.
Zweckmäßige Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
Die Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, die Zylinderkopfschrauben
in demjenigen Bereich, der bei der Ausführung
nach der eingangs genannten älteren Patentanmeldung
durch die jeweils verkürzt ausgeführte Schraubenpfeife durch
diese nicht mehr gegen einen Kühlwasserangriff geschützt ist,
durch eine separate, nicht kraftstoffübertragend ausgelegte
Trennwand zu schützen. Diese Trennwand kann integrierter Bestandteil
der Schraubenpfeife sein. Sie darf lediglich mit
Bezug auf eine Aufnahme der Spannkraft der Zylinderkopfschraube
keine kraftabstützende Funktion ausüben.
Die Trennwandfunktion kann auch eine separat angebrachte Hülse
erfüllen, wenn diese gegenüber dem frei auslaufenden Ende
der Schraubenpfeife einerseits und gegenüber dem Boden des
Zylinderkopfes andererseits gedichtet ist.
Um eine Querdurchströmung der den einzelnen Zylindern zugeordneten
Kühlwasserräume des Zylinderkopfes zu ermöglichen,
können auch die Querwände an den Seitenkanten vollständig
zwischen Decke und Boden des Zylinderkopfes an die Seitenwände
herangeführt sein. Um die zwickelförmigen Aussparungen bei
der Anbindung der Querwände an die Seitenwände im Bodenbereich
des Zylinderkopfes gemäß der Ausführung nach der oben
zitierten älteren Patentanmeldung mit Bezug auf eine Kräfteverteilung
innerhalb des Zylinderkopfes funktionell aufrechterhalten
zu können, können diese Bereiche ebenfalls ohne bzw.
ohne nennenswerte Kraftübertragungsfunktion ausgeführt werden.
Hierzu kann es bereits ausreichen, diese Bereiche mit
einer verdünnten Wanddicke auszugestalten. Wie bei den
Schraubenpfeifen ist es auch möglich, hier ein lediglich
Trennfunktion ausübendes Zusatzteil in einen offengehaltenen
Zwickelbereich einzusetzen.
Durch eine vollständige Abtrennung der Zylinderkopfschrauben
von den Wasserräumen des Zylinderkopfes ist es möglich, um
die Zylinderkopfschrauben herum einen abgeschlossenen Ringraum
zu schaffen. Hierdurch kann eine günstige Temperaturverteilung
über die gesamte Länge der Zylinderkopfschrauben
erreicht werden und zwar insbesondere bei noch warmlaufendem
Motor nach einem Motorstart.
Ein nachfolgend noch näher beschriebenes Ausführungsbeispiel
ist in der Zeichnung dargestellt.
Diese zeigt in der einzigen
- Fig. 1
- eine perspektivische Ansicht eines Ausschnittes aus einem Zylinderkopf mit Blick auf dessen auf das Kurbelgehäuse aufzusetzenden Unterseite.
Der in der Zeichnung dargestellte Zylinderkopfausschnitt
zeigt mit einem Blick auf den als solchen nicht dargestellten
Boden des Zylinderkopfes im wesentlichen die von dem Bodenbereich
sich zu dem oberen Bereich des Zylinderkopfes erstrekkenden
seitlichen Begrenzungswände der den einzelnen Zylindern
im Zylinderkopf zugeordnete Kühlwasserräume.
An dem rechten Ende der Zeichnung ist in dem Boden des Zylinderkopfes
ein Brennraumbegrenzungsabschnitt angedeutet.
Von diesem angedeuteten Bodenbereich, der in dieser Form auch
die übrigen offen gezeichneten Bodenbereiche des Zylinderkopfes
ausfüllt, erstrecken sich zum oberen Bereich des Zylinderkopfes
- der in der Zeichnung unten liegt - Längsseitenwände
1 und mit diesen verbundene Querwände 2 und 3. Die
Querwände 2 bilden dabei Außenwände, während die Querwände 3
jeweils als Zwischenwände zwischen zwei benachbarten Kühlwasserräumen
4 liegen. Die Kühlwasserräume 4 sind in einem obenliegenden
Bereich des Zylinderkopfes durch eine gemeinsame
Decke 5 verschlossen.
Zu den Ein- und Auslaßventilen im Bodenbereich des Zylinderkopfes
führende Ein- und Auslaßkanäle durchdringen jeweils
die Längsseitenwände 1. Dieses Durchdringen der Längsseitenwände
1 ist jeweils durch in diesen eingezeichnete Öffnungen
angedeutet. In den Grenzbereichen zwischen den Längsseitenwänden
1 und den Querwänden 2, 3 sind jeweils Schraubenpfeifen
6 zur Aufnahme und Führung von den Zylinderkopf auf dem
Kurbelgehäuse fixierenden Zylinderkopfschrauben vorgesehen.
Von dem oberen Bereich des Zylinderkopfes aus erstrecken sich
die Schraubenpfeifen 6 über einen ersten Bereich 7 mit einer
ersten Wanddicke und verlaufen daran anschließend in einem
zweiten Bereich 8 mit einer zweiten Wanddicke bis in den Boden
des Zylinderkopfes. Zwischen dem ersten und dem zweiten
Wanddickenbereich 7 bzw. 8 weisen die Schraubenpfeifen eine
Stufe 9 auf.
Der erste Wanddickenbereich 7 ist kraftübertragend für die
von den Zylinderkopfschrauben erzeugten Spannkräfte ausgebildet.
Der zweite Wanddickenbereich 8 erfüllt lediglich die
Funktion einer nicht tragenden Trennwand zur Abtrennung des
Schraubenpfeifen-Innenraumes von den angrenzenden Kühlwasserräumen
4. Eine kraftübertragende Funktion kommt diesen Wanddickenbereichen
8 nicht zu. Diese Wanddickenbereiche 8 werden
vielmehr bewußt derart bemessen, daß sie keine kraftaufnehmende
bzw. kraftübertragende Funktion mit Bezug auf die von
den Zylinderkopfschrauben ausgehenden Spannkräfte ausüben
können. Eine ideale Wanddickenausbildung besteht in dem Bereich
8 darin, daß durch diese Wandbereiche die über die
Längsseitenwände 1 und die Querwände 2 und 3 erfolgenden
Kraftübertragungen derart Weise erfolgen, als ob die zweiten
Wandbereiche 8 überhaupt nicht vorhanden wären.
In dem gezeichneten Ausführungsbeispiel sind die zweiten
Wanddickenbereiche 8 der Schraubenpfeifen 6, die lediglich
Trennwandfunktion haben, integrierte Bestandteile der Längsseiten-
und Querwände 1, 2, wobei das gezeichnete Gebilde
insgesamt ein Gußteil ist. Die Wandstärken in dem Bereich 8
sind derart ausgeführt, daß diese Wandbereiche gerade noch
als Gußteil herstellbar sind.
Die zweiten Wanddickenbereiche 8 der Schraubenpfeifen 6 können
auch durch separat eingesetzte Teile wie beispielsweise
Hülsen aus irgendeinem den Betriebsanforderungen genügendem
Werkstoff bestehen. Solche Hülsen sind gegebenenfalls lediglich
dicht mit den ersten Wanddickenbereichen 7 der Schraubenpfeifen
6 sowie dem Boden des Zylinderkopfes zu verbinden.
Die zweiten Wanddickenbereiche 8 sollen lediglich dazu dienen,
eine fluidsperrende Trennung zwischen den Kühlwasserräumen
4 einerseits und dem Innenbereich der Schraubenpfeifen 6
andererseits, in dem die Zylinderkopfschrauben verlaufen, ermöglichen
und sicherstellen. Der Grund für diese Trennung besteht
darin, daß die Zylinderkopfschrauben materialmäßig
durch das Kühlwasser dauerfestigkeitsschädigend angegriffen
werden können. Zylinderkopfschrauben, die einem Angriff des
Kühlwassers ausgesetzt sind, müssen daher aus einem besonderen,
vergleichsweise teuren Material bestehen. Es besteht ein
Bestreben, einen Einsatz von Zylinderkopfschrauben aus derart
teuren Materialien aus wirtschaftlichen Gründen zu vermeiden.
Hierzu trägt die erfindungsgemäße Ausführung mit einer Abtrennung
der Schrauben von dem Kühlwasser bei.
Für eine optimale Übertragung der von den Zylinderkopfschrauben
ausgehenden Spannkräfte auf das Kurbelgehäuse sollten die
an die Kurbelgehäuseauflagefläche im Bereich der Zylinderkopfschrauben
angrenzenden Seitenkantenbereiche der Querwände
3 zwischen benachbarten Kühlwasserräumen 4 möglichst nicht
kraftaufnehmend bzw. kraftübertragend ausgebildet sein. In
diesen Bereichen sind daher zweckmäßigerweise Wandaussparungen
vorgesehen. Solche Wandaussparungen ermöglichen allerdings
einen in Zylinderkopflängsrichtung erfolgenden Kühlwasseraustausch
zwischen den einzelnen Kühlwasserräumen 4. In
Fällen, in denen die einzelnen Kühlwasserräume 4 voneinander
getrennt quer durchströmt werden sollen, sind die vorgenannten
Wandaussparungen nicht möglich. In diesen Fällen werden
die an sich gewünschten Wandaussparungen materialmäßig nur
soweit aufgefüllt, wie es zur Erreichung einer Trennfunktion
notwendig ist. Dies bedeutet, daß die Wanddicken äußerst gering
derart ausgelegt werden, daß diese Wandbereiche, die in
der Zeichnung mit 10 angedeutet sind, derart ausgeführt werden,
daß sie möglichst nicht mit Bezug auf die von den Zylinderkopfschrauben
ausgehenden Spannkräfte übertragend bzw.
aufnehmend wirken können.
Die Innendurchmesser der Schraubenpfeifen 6 können derart
ausgelegt sein, daß bei eingesetzten Zylinderkopfschrauben
ein freier, zwischen beiden Teilen umlaufender Ringraum verbleibt.
Der Kühlwasserzu- und -abfluß in die einzelnen Kühlwasserräume
4 erfolgt durch die Längsseitenwände 1 durch Öffnungen 11
hindurch.
Claims (7)
- Zylinderkopf einer Mehrzylinder-Brennkraftmaschine, bestehend aus insbesondere einem Gußstück mit von einem Boden, einer Decke (5) und Längsseitenwänden (1) begrenzten Kühlwasserräumen (4), durch die sich von jedem einem Zylinder zugeordneten Brennraum mindestens ein Einlaßkanal zu der einen der beiden Längsseitenwände (1) und mindestens ein Auslaßkanal zu der anderen der beiden Längsseitenwände (1) erstreckt, und mit an die Decke (5) für Zylinderkopfschrauben angeformten Schraubenpfeifen (6) und an diese angeformten Querwänden (2, 3) die sich bis zum Boden des Zylinderkopfes erstrecken,
dadurch gekennzeichnet, daß die wand der Schraubenpfeifen (6) in jeweils demjenigen Umfangswandbereich, der den von den Längsseitenwänden (1) und Querwänden (2, 3) umschlossenen Kühlwasserräumen (4) zugewandt ist, in einem von dem Boden ausgehenden, mit Abstand von der Decke (5) endenden Bereich (8) als lediglich fluidstromsperrende, nicht kraftübertragend ausgelegte Trennwand zwischen dem jeweiligen Schraubenpfeifeninnenraum und den angrenzenden Kühlwasserräumen (4) ausgebildet ist. - Zylinderkopf nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß die Länge, innerhalb der die Schraubenpfeifen (6) lediglich Trennwandfunktion besitzen, etwa ein Drittel des Abstandes zwischen dem Boden und der Decke (5) des Zylinderkopfes beträgt. - Zylinderkopf nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, daß die zwischen benachbarten Kühlwasserräumen (4) liegenden Querwände (3) in ihren Endbereichen, in denen sie an den ausschließlich als Trennwand ausgebildeten zweiten Wanddickenbereich (8) der Schraubenpfeifen (6) angrenzen, eine verminderte Wanddicke aufweisen, wobei dieser verminderte Wanddickenbereich in Querwandlängsrichtung in dem in Querwandhöhe liegenden Grenzbereich zwischen tragendem und nicht tragendem Wandbereich der Schraubenpfeife (6) mit einem geringsten Wert beginnt und bei kontinuierlich zunehmender Ausdehnung an dem Boden des Zylinderkopfes mit einem größten Wert endet. - Zylinderkopf nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Trennwandfunktion besitzende Wanddickenbereich (8) jeder Schraubenpfeife (6) als ein eigenständiges Teil ausgebildet und dicht zwischen dem ersten Bereich (7) der Schraubenpfeife (6) und dem Boden des Zylinderkopfes eingespannt ist. - Zylinderkopf nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet, daß das eigenständige Teil aus einem anderen Material als die Schraubenpfeife (6) besteht. - Zylinderkopf nach Anspruch 4 oder 5,
dadurch gekennzeichnet, daß das eigenständige Teil eine Hülse ist. - Zylinderkopf nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Zylinderkopfschrauben und Schraubenpfeifen (6) jeweils ein nach außen dichter Ringraum ausgebildet ist.
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