EP1733133A1 - Wassergek hlter zylinderkopf für eine mehrzylindrige br ennkraftmaschine - Google Patents

Wassergek hlter zylinderkopf für eine mehrzylindrige br ennkraftmaschine

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EP1733133A1 EP05726240A EP05726240A EP1733133A1 EP 1733133 A1 EP1733133 A1 EP 1733133A1 EP 05726240 A EP05726240 A EP 05726240A EP 05726240 A EP05726240 A EP 05726240A EP 1733133 A1 EP1733133 A1 EP 1733133A1
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water
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domes
cooled
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    • F02F2007/0063—Head bolts; Arrangements of cylinder head bolts

Definitions

  • the invention relates to a water-cooled cylinder head for a multi-cylinder internal combustion engine according to the features of the preamble of claim 1.
  • a generic water-cooled cylinder head is known for example from DE 199 55 431 AI.
  • the object of the invention is therefore to overcome the disadvantages mentioned above.
  • the cylinder head housing which is made of a light metal construction, can be stiffened and the highly temperature-stressed combustion chamber calottes can be effectively anchored in the cylinder head housing.
  • the rib structure has a longitudinal rib that penetrates the water jacket.
  • Corresponding passage openings are formed in the longitudinal rib so that an unimpeded flow of coolant from the valve outlet to the valve inlet side can take place despite the longitudinal rib penetrating the water jacket.
  • a particularly effective support or suspension of the combustion chamber calottes is ensured if the longitudinal rib is provided centrally between the valve inlet and outlet side and is connected to the individual spark plug domes.
  • the rib structure has diagonal ribs that are connected to the domes for the cylinder head bolts, the spark plug domes and the valve stem guides.
  • a particularly effective rib structure is obtained if, in addition to the longitudinal and diagonal ribs, transverse ribs are provided which connect the domes for the cylinder head screws, which are introduced on the inlet and outlet sides in the cylinder head housing.
  • FIG. 1 is a plan view of a cylinder head housing
  • FIG. 2 shows a longitudinal section through the cylinder head housing according to the line II-II in FIG. 1 and FIG. 3 shows a perspective view of the cylinder head cut along the line 11-11.
  • the cylinder head housing 10 shown in FIG. 1 has three cylinder head sections 12, 14, 16 which have screw-in openings 18, 20, 22 in their central region for spark plugs. Above the screw-in openings 18, 20, 22, two valve stem guides 24, 26 and 28, 30 and 32, 34 for the intake valves are shown for each cylinder. Corresponding valve stem guides 36, 38 or 40, 42 or 44, 46 for the outlet valves are provided below the screw-in openings 18, 20, 22.
  • the cylinder head housing 10 is screwed to the crankcase with the aid of four cylinder head bolts per cylinder.
  • four through bores 48a to 48d or 49a to 49d or 50a to 50d are provided in the cylinder head housing 10 for each cylinder head section 12, 14, 16.
  • a chain case 52 is formed on the end face on the cylinder head housing 10 and accommodates a chain sprocket (not shown) for driving the intake camshaft in an upper section 54.
  • the drive pinion for the exhaust camshaft is arranged in a lower section 56 of the chain case 52.
  • combustion chamber troughs 58, 60, 62 are formed in the cylinder head housing 10, which are delimited by the so-called combustion chamber calottes 64, 66, 68.
  • combustion chamber calottes 64, 66, 68 Above the combustion chamber calottes 64, 66, 68, water jackets 70, 72, 74 are formed which, during operation of the internal combustion engine, the cooling water flows through transversely - from the valve outlet side to the valve inlet side.
  • a rib structure for stiffening the cylinder head housing 10 and for supporting the combustion chamber domes 64, 66, 68, which is described in more detail below.
  • a longitudinal rib 76 is provided which extends over the three cylinder head sections 12, 14, 16 and, as can be seen from FIGS. 2 and 3, connects to the domes 77 of the screw-in openings 18, 20, 22 is connected for the spark plugs.
  • the longitudinal rib extends in the direction of the water jacket 70, 72, 74 and is over - ribs penetrating the water jacket or Bars 78 - cast onto the combustion chamber calottes 64, 66, 68. On the one hand, this stiffens the cylinder head housing 10 and, on the other hand, supports or securely suspends the combustion chamber calottes 64, 66, 68.
  • the rib structure furthermore has two transverse ribs 82, based on the longitudinal axis of the cylinder head (see line II-II), which are each cast onto the domes 81 for the cylinder head screw connections.
  • the webs 78 penetrating the water jacket 70, 72, 74 are oriented in such a way that they, as guide ribs, lead part of the cooling water specifically into the area of the spark plug dome 77.

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen wassergekühlter Zylinderkopf für eine mehrzylindrige Brennkraftmaschine, mit einem Gaswechselkanäle aufweisenden Zylinderkopfgehäuse (10), mit Durchgangsbohrungen (48, 49, 50) für die Aufnahme von Zylinderkopfschrauben und mit Ventilschaftführungen (24 bis 46) für die die Gaswechselkanäle kontrollierenden Ein- und Auslassventile, sowie mit Brennraumkalotten (64, 66, 68), die auf der dem Brennraum abgewandten Seite von einem Wassermantel (70, 72, 74) begrenzt sind, und mit jeweils einem Zündkerzendom, dessen Öffnung (18, 20, 22) zum Brennraum des jeweiligen Zylinders führt. Es wird vorgeschlagen, dass zur Versteifung des Zylinderkopfgehäuses (10) und/oder zur Abstützung der Brennraumkalotten (64, 66, 68) eine Rippenstruktur (76, 80, 82) im Zylinderkopfgehäuse integriert ist.

Description

Wassergekühlter Zylinderkopf für eine mehrzylindrige Brennkraftmaschine
Die Erfindung betrifft einen wassergekühlten Zylinderkopf für eine mehrzylindrige Brennkraftmaschine gemäß den Merkmalen des Oberbegriffs des Patentanspruchs 1.
Ein gattungsgemäßer wassergekühlter Zylinderkopf ist beispielsweise aus der DE 199 55 431 AI bekannt.
Generell ist man bei Kraftfahrzeugen bestrebt, unter anderem aus Gründen der Kraftstoffeinsparung das Gesamtgewicht des Fahrzeuges zu reduzieren. Bei den Motoren werden dazu beispielsweise für das Kurbel- und Zylinderkopfgehäuse zunehmend Leichtmetalllegierungen eingesetzt. Insbesondere bei Hochleistungsmotoren treten jedoch aufgrund der hohen spezifischen Leistung im Zylinderkopf Temperaturspitzen insbesondere im Bereich zwischen den Auslassventilen bzw. zwischen Auslassventil und Zündkerze auf. Dies führt zu Temperaturspannungen im Material und kann in Verbindung mit äußeren Lasten zu bleibenden Verformungen im Sitzringbereich und damit zu Ventilundichtigkeiten führen.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, die zuvor genannten Nachteile zu überwinden.
Die Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst.
Dadurch, dass im Zylinderkopfgehäuse eine Rippenstruktur integriert ist, kann das in Leichtmetallbauweise ausgeführte Zylinderkopfgehäuse versteift und die hoch temperaturbelasteten Brennraumkalotten wirksam im Zylinderkopfgehäuse verankert werden. Durch diese Strukturmaßnahmen ist sichergestellt, dass trotz hoher Temperaturbelastung der Zylinderkopf insbesondere im Bereich der Brennraumkalotten formstabil bleibt.
Weitere, die Erfindung ausgestaltende Merkmale sind in den Unteransprüchen aufgeführt. Zur optimalen Abstützung bzw. Strukturversteifung der Brennraumkalotten weist die Rippenstruktur eine den Wassermantel durchdringende Längsrippe auf.
Damit trotz der den Wassermantel durchdringenden Längsrippe ein ungehinderter Kühlmittelfluss von der Ventilauslass- zur Ventileinlassseite erfolgen kann, sind in der Längsrippe entsprechende Durchlassöffnungen ausgebildet.
Eine besonders wirksame Abstützung bzw. Aufhängung der Brennraumkalotten ist gewährleistet, wenn die Längsrippe zentral zwischen Ventilein- und auslassseite vorgesehen und an die einzelnen Zündkerzendome angebunden ist.
Zur weiteren Versteifung des Zylinderkopfgehauses weist die Rippenstruktur Diagonalrippen auf, die an die Dome für die Zylinderkopfschrauben, die Zündkerzendome sowie die Ventilschaftführungen angebunden sind.
Eine besonders wirksame Rippenstruktur ergibt sich, wenn zusätzlich zu den Längs- und Diagonalrippen Querrippen vorgesehen sind, die die auf der Ein- und Auslassseite im Zylinderkopfgehäuse eingebrachten Dome für die Zylinderkopfschrauben miteinander verbinden.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt, das nachstehend näher beschrieben ist.
Es zeigen:
Fig. 1 eine Draufsicht auf ein Zylinderkopfgehäuse,
Fig. 2 einen Längsschnitt durch das Zylinderkopfgehäuse gemäß der Linie II - II in Fig. 1 und Fig. 3 eine Perspektivansicht des entlang der Linie 11-11 aufgeschnittenen Zylinderkopfes. Das in Fig. 1 dargestellte Zylinderkopfgehäuse 10 weist drei Zylinderkopfabschnitte 12, 14, 16 auf, die in ihrem zentralen Bereich Einschrauböffnungen 18, 20, 22 für Zündkerzen aufweisen. Oberhalb der Einschrauböffnungen 18, 20, 22 sind jeweils pro Zylinder zwei Ventilschaftführungen 24, 26 bzw. 28, 30 bzw. 32, 34 für die Einlassventile dargestellt. Entsprechende Ventilschaftführungen 36, 38 bzw. 40, 42 bzw. 44, 46 für die Auslassventile sind unterhalb der Einschrauböffnungen 18, 20, 22 vorgesehen.
Die Verschraubung des Zylinderkopfgehauses 10 mit dem Kurbelgehäuse erfolgt mit Hilfe von vier Zylinderkopfschrauben pro Zylinder. Dafür sind im Zylinderkopfgehäuse 10 für jeden Zylinderkopfabschnitt 12, 14, 16 vier Durchgangsbohrungen 48a bis 48d bzw. 49a bis 49d bzw. 50a bis 50d vorgesehen. Stirnseitig am Zylinderkopfgehäuse 10 ist ein Kettenkasten 52 ausgebildet, der in einem oberen Abschnitt 54 ein nicht dargestelltes Kettenritzel für den Antrieb der Einlassnockenwelle aufnimmt. In einem unteren Abschnitt 56 des Kettenkastens 52 ist das Antriebsritzel für die Auslassnockenwelle angeordnet.
Wie aus Fig. 3 ersichtlich, sind in dem Zylinderkopfgehäuse 10 entsprechende Brennraummulden 58, 60, 62 ausgebildet, die durch die sog. Brennraumkalotten 64, 66, 68 begrenzt sind. Oberhalb der Brennraumkalotten 64, 66, 68 sind Wassermäntel 70, 72, 74 ausgebildet, die im Betrieb der Brennkraftmaschine vom Kühlwasser - von der Ventilauslass- zur Ventileinlassseite - quer durchströmt sind.
Im Zylinderkopfgehäuse 10 ist eine Rippenstruktur zur Versteifung des Zylinderkopfgehauses 10 und zur Abstützung der Brennraumkalotten 64, 66, 68 vorgesehen, die nachfolgend näher beschrieben ist.
Entlang der in Fig. 1 dargestellten Schnittlinie II - II ist eine sich über die drei Zylinderkopfabschnitte 12, 14, 16 erstreckende Längsrippe 76 vorgesehen, die, wie aus Fig. 2 und 3 ersichtlich, an die Dome 77 der Einschrauböffnungen 18, 20, 22 für die Zündkerzen angebunden ist. Die Längsrippe erstreckt sich in Richtung des Wassermantels 70, 72, 74 und ist über - den Wassermantel durchdringende Rippen bzw. Stege 78 - an die Brennraumkalotten 64, 66, 68 angegossen. Damit wird einerseits eine Versteifung des Zylinderkopfgehauses 10 und andererseits eine Abstützung bzw. sichere Aufhängung der Brennraumkalotten 64, 66, 68 erreicht.
Wie aus Fig. 1 weiterhin ersichtlich, sind neben der Längsrippe 76 zur weiteren Versteifung des Zylinderkopfgehauses 10 Diagonalrippen 80 vorgesehen, die an die Dome 81 für die Zylinderkopf schrauben, die Ventilschaftführungen 83 sowie die Zündkerzendome 77 angebunden bzw. angegossen sind. Die Rippenstruktur weist weiterhin für jeden Zylinderkopfabschnitt 12, 14, 16 zwei - bezogen auf die Zylinderkopflängsachse (siehe Linie ll-ll) - Querrippen 82 auf, die jeweils an die Dome 81 für die Zylinderkopfverschraubungen angegossen sind. Darüber hinaus sind die den Wassermantel 70, 72, 74 durchdringenden Stege 78 so ausgerichtet, dass sie als Leitrippen ein Teil des Kühlwassers gezielt in den Bereich des Zündkerzendomes 77 führen.

Claims

Patentansprüche
1. Wassergekühlter Zylinderkopf für eine mehrzylindrige Brennkraftmaschine, mit einem Gaswechselkanäle aufweisenden Zylinderkopfgehäuse (10), mit Durchgangsbohrungen (48, 49, 50) für die Aufnahme von Zylinderkopfschrauben und mit Ventilschaftführungen (24 bis 46) für Ein- und Auslassventile, sowie mit Brennraumkalotten (64, 66, 68), die auf der dem Brennraum abgewandten Seite von einem Wassermantel (70, 72, 74) begrenzt sind, und mit jeweils einem Zündkerzendom (77), dessen Öffnung (18, 20, 22) zum Brennraum des jeweiligen Zylinders führt, dadurch gekennzeichnet, dass zur Versteifung des Zylinderkopfgehauses (10) und/oder zur Abstützung der Brennraumkalotten (64, 66, 68) eine Rippenstruktur (76, 80, 82) im Zylinderkopfgehäuse integriert ist.
2. Wassergekühlter Zylinderkopf nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Rippenstruktur einen den Wassermantel (70, 72, 74) durchdringende Längsrippe (76) aufweist, an der die Brennraumkalotten (64, 66, 68) der einzelnen Zylinderkopfabschnitte (12, 14, 16) abgestützt sind.
3. Wassergekühlter Zylinderkopf nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Längsrippe (76) im Bereich des Wassermantels (70, 72, 74) zur Ausbildung von Durchlassöffnungen für das Kühlwasser Rippen bzw. Stege (78) aufweist.
4. Wassergekühlter Zylinderkopf nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Längsrippe (76) zwischen Ventilein- und auslassseite vorgesehen und an die einzelnen Zündkerzendome (77) angegossen ist.
5. Wassergekühlter Zylinderkopf nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Rippenstruktur Diagonalrippen (80) aufweist, die an die Dome (81) für die Zylinderkopfschrauben, die Dome (83) für die Ventilschaftführungen (24 bis 46) sowie die Zündkerzendome (77) angegossen sind.
6. Wassergekühlter Zylinderkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Rippenstruktur Querrippen (82) aufweist, die an die Dome (81) für die Zylinderkopfschrauben angegossen sind.
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