WO2011113780A1 - Brennkraftmaschine mit einer verbindungsanordnung für einen zylinderkopf - Google Patents

Brennkraftmaschine mit einer verbindungsanordnung für einen zylinderkopf Download PDF

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WO2011113780A1 PCT/EP2011/053770 EP2011053770W WO2011113780A1 WO 2011113780 A1 WO2011113780 A1 WO 2011113780A1 EP 2011053770 W EP2011053770 W EP 2011053770W WO 2011113780 A1 WO2011113780 A1 WO 2011113780A1
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Heinrich FÜRHAPTER
Reinhard Glanz
Thomas Obenaus
Thomas Moser
Christian Gallob
Johannes Rieger
Kurt Klammler
Laszlo Ruip
Klaus KLÖCKEL
Andreas Puschnik
Michael KÖRÖSI
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Definitions

  • the invention relates to an internal combustion engine having a connection arrangement for a cylinder head, with at least one adjoining a cylinder head flange in the region of at least one flow opening via at least one part flange air or gas leading part, in particular an exhaust manifold or an intake manifold, the part by at least clamping device on the cylinder head fastened is.
  • intake or exhaust manifolds are fastened by screws to the cylinder head, with several screws being provided per exhaust passage.
  • the clamping device has at least one elastic strap, wherein preferably the part flange is pressed by means of the prestressed elastic strap to the Zylinderkopfflansch.
  • the clamping device forms a clip connection or snap connection.
  • the elastic strap can in this case form a substantially C-shaped or U-shaped clip element with a first and a second end, the first end of the prestressed clip element being supported on one edge of the cylinder head flange and the second end being supported on an edge of the part flange such that the part flange is pressed against the cylinder head flange.
  • Part flange and cylinder head flange are thus pressed against each other solely by the spring force of the elastic clip elements without further fixing screws would be required.
  • the clip elements are preferably distributed substantially uniformly over the circumference of the cylinder head flange and the part flange.
  • the elastic bracket forms a clamping flange comprising the part flange, wherein the substantially C- or U-shaped clamping bracket has two ends, which are fixedly connected to each other from the cylinder head, preferably between the first and the second end of the part flange is arranged.
  • the clamping bracket with at least one end, preferably with a first end, positively, preferably via a latching nose or a latching hook, connected to the cylinder head.
  • the locking lug or the latching hook of the clamping bracket is positively supported on a cylinder head fixed abutment, wherein preferably the abutment is formed by a preferably angled retaining strip or a bore in the cylinder head.
  • the second end may be positively connected to the cylinder head in the second embodiment variant.
  • the connection between the cylinder head and the exhaust or air-carrying part is thus carried out only by the clamping device, wherein the cylinder head or the part does not attack a screw. In this way, the number of parts and the space can be kept very small because. This makes it possible to reduce the manufacturing and assembly costs and perform the cylinder head collector assembly very compact. Due to the necessary bias of the tension bow but special assembly tools may be required.
  • a very simple assembly can be realized without special tools, when the clamping bracket with at least one end, preferably with the second end, non-positively, preferably via at least one clamping screw, is connected to the cylinder head.
  • the clamping bracket is thus screwed at one end by the clamping screw on the cylinder head, wherein the biasing force of the clamping bracket permanently presses the part flange against the cylinder head flange. Since only a single clamping screw is required per clamping bracket in this variant, parts and installation space can be saved - compared to fastening only with screws.
  • clamping bracket comprises the part flange in a region between two adjacent flow openings.
  • a dowel pin is arranged in corresponding mating holes of the cylinder head and the part.
  • FIG. 1 shows a connection arrangement of an internal combustion engine according to the invention in a first embodiment in a section along the line I-I in Fig. 2.
  • Fig. 2 shows this connection arrangement in a section along the line II-II in Fig. 1;
  • FIG. 4 shows a connection arrangement of an internal combustion engine according to the invention in a second embodiment in a section along the line IV-IV in FIG. 5;
  • FIG. 5 shows this connection arrangement in a section according to the line VV in FIG. 4;
  • FIG. 5 shows this connection arrangement in a section according to the line VV in FIG. 4;
  • Fig. 6 shows this connection arrangement in an oblique view
  • the Fig. each show a connection assembly 1 for a cylinder head 2, which has a plurality of gas exchange channels 3, which open in the region of a longitudinal side of the cylinder head 2 in flow openings 3a and emanating from these.
  • the gas exchange channels 3 may be inlet channels or outlet channels.
  • an air or exhaust gas carrying part 5 is flanged, which may be formed for example by a collector, either an inlet header or an outlet header, or a subsequent unit, for example a turbocharger.
  • the cylinder head flange 4 and the part flange 7 of the flanged part 5 are pressed against each other in their flange 8, wherein between the two flanges 4, 7, a seal can be arranged.
  • the cylinder head flange 4 and the part flange 7 are pressed against each other by a clamping device 10, wherein the clamping device has at least one elastic bracket 10a.
  • the clamping device 10 is formed by a clip connection 11 with a plurality of C-shaped clip elements 12.
  • Each clip member 12 has a first end 12a and a second end 12b, the first end 12a of the biased clip member 12 being supported at an edge 4a of the cylinder head flange 4 and the second end 12b at an edge 7a of the part flange 7 so that the part flange 7 is pressed against the cylinder head flange 4.
  • the clip elements are arranged distributed at substantially uniform intervals in the circumferential direction on the cylinder head flange 4 and on the part flange 7.
  • FIGS. 4 to 6 show a second embodiment in which the clamping device 10 forms a prestressed tensioning bow 13, wherein the tensioning bow 13 is fastened to the cylinder head 2 via a first and a second end 13 a, 13 b.
  • the clamping bracket 13 comprising the part flange 7 in the area between two flow openings 3a has essentially a C- or U-shaped configuration with two legs 14a, 14b and a central web 14c, wherein the center web 14c - viewed from the side of the cylinder head 2 - is bent convexly, wherein by the convex curvature 18 of the clamping bracket 13 a Vor- Has tension.
  • the clamping bracket 13 is positively connected with its first end 13a with the cylinder head 4, wherein the first end 13a has a latching hook 15 or a detent nose, which is supported on a cylinder head fixed abutment 16.
  • the abutment 16 is formed in the embodiment by an angled retaining strip 16a. But it is also conceivable that the latching hook 15 engages in a bore of the cylinder head 2.
  • the second end 13b is non-positively, in the embodiment via a clamping screw 17, connected to the cylinder head 2.
  • At least one dowel pin 19 arranged in corresponding fitting bores of the cylinder head flange 4 or the partial flange 7 can be provided, which performs the task of centering.

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine mit einer Verbindungsanordnung (1) für einen Zylinderkopf (2), mit zumindest einem an einem Zylinderkopfflansch (4) im Bereich zumindest einer Strömungsöffnung (3a) über zumindest einen Teileflansch (7) anschließenden luft- oder gasführender Teil (5), insbesondere einem Abgassammler oder einem Einlasssammler, wobei der Teil (5) durch zumindest Klemmeinrichtung (10) am Zylinderkopf (2) befestigbar ist. Um den Montageaufwand zu verringern und Bauraum einzusparen, ist vorgesehen, dass die Klemmeinrichtung (10) zumindest einen elastischen Bügel (10a) aufweist.

Description

Brennkraftmaschine mit einer Verbindungsanordnung für einen Zylinderkopf
Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine mit einer Verbindungsanordnung für einen Zylinderkopf, mit zumindest einem an einem Zylinderkopfflansch im Bereich zumindest einer Strömungsöffnung über zumindest einen Teileflansch anschließenden luft- oder gasführender Teil, insbesondere einem Abgassammler oder einem Einlasssammler, wobei der Teil durch zumindest Klemmeinrichtung am Zylinderkopf befestigbar ist.
Üblicherweise werden Einlass- oder Abgassammler durch Schrauben am Zylinderkopf befestigt, wobei pro Auslasskanal mehrere Schrauben vorgesehen sind. Dies schränkt aber die Konstruktionsfreiheiten stark ein, da die Schrauben auch bei eingebauter Brennkraftmaschine zugänglich sein müssen. Durch die nötigen Schraubenfreigänge und den Arbeitsraum zum Ansetzen des Werkzeuges wird der Bauraum nachteilig beeinflusst.
Die DE 10 2008 029 020 AI beschreibt eine Brennkraftmaschine mit einem einen integrierten Abgaskrümmer aufweisenden Zylinderkopf, an dem ein abgasführendes Aggregat mittels einer Klemmflanschvorrichtung montiert ist, wobei die Klemmflanschvorrichtung einen dem Zylinderkopf zugeordneten Zylinderflansch und einen dem Aggregat zugeordneten Aggregat-Flansch aufweist, wobei die Flansche in ihrer Flanschebene gegeneinander gedrückt sind. Um dies zu erreichen, ist mindestens eine in Richtung der Flanschebene montierte, den Zylinderflansch und den Aggregatflansch übergreifende, durch zumindest eine Schräge klemmend auf die beiden Flansche wirkende Spannbrücke vorgesehen. Die Spannbrücke ist über Schrauben direkt mit dem Zylinderkopf verschraubt.
Nachteilig ist, dass Gewindebohrungen am Zylinderkopf vorgesehen sein müssen, was einerseits den Herstellungsaufwand erhöht und andererseits die Gestaltungsfreiheit am Wassermantel einschränkt.
Weitere Klemmlösungen für die Befestigung von Abgassammlern an Zylinderköpfen sind aus den Veröffentlichungen DE 10 2007 002 825 AI, WO 09/003668 AI, DE 10 2004 010 815 AI, DE 10 2004 037 865 AI,
DE 102 51 771 AI, DE 44 30 339 AI, DE 195 10 718 AI, DE 196 53 908 AI, DE 42 05 454 AI oder DE 23 31 510 AI bekannt. Bei den meisten dieser Lösungen sind aber Schrauben zur Befestigung vorgesehen und relativ viel Montageraum erforderlich. Es ist die Aufgabe der Erfindung, diese Nachteile zu vermeiden und eine alternative Befestigungsmöglichkeit für den Abgaskrümmer bzw. Einlasssammler am Zylinderkopf zu entwickeln, mit welcher der Montageaufwand verringert und Bauraum eingespart werden kann.
Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, dass die Klemmeinrichtung zumindest einen elastischen Bügel aufweist, wobei vorzugsweise der Teileflansch mittels des vorgespannten elastischen Bügels an den Zylinderkopfflansch gepresst ist.
In einer ersten Ausführungsvariante der Erfindung ist vorgesehen, dass die Klemmeinrichtung eine Klippverbindung oder Schnappverbindung ausbildet. Der elastische Bügel kann dabei ein im Wesentlichen C-oder U-förmiges Klippelement mit einem ersten und einem zweiten Ende bildet, wobei das erste Ende des vorgespannten Klippelementes an einem Rand des Zylinderkopfflansch und das zweite Ende an einem Rand des Teileflansch so abgestützt ist, dass der Teileflansch gegen den Zylinderkopfflansch gepresst ist. Teileflansch und Zylinderkopfflansch werden somit alleine durch die Federkraft der elastischen Klippelemente gegeneinander gedrückt, ohne dass weitere Befestigungsschrauben erforderlich wären.
Um eine feste und dichte Verbindung zu erreichen, ist es vorteilhaft, wenn die Klippelemente vorzugsweise im Wesentlichen gleichmäßig über den Umfang des Zylinderkopfflansches und des Teileflansches verteilt angeordnet sind.
In einer zweiten Ausführungsvariante der Erfindung ist vorgesehen, dass der elastische Bügel einen den Teileflansch umfassenden Spannbügel ausbildet, wobei der im Wesentlichen C- oder U-förmige Spannbügel zwei Enden aufweist, welche voneinander beabstandet fest mit dem Zylinderkopf verbunden sind, wobei vorzugsweise zwischen dem ersten und dem zweiten Ende der Teileflansch angeordnet ist. Dabei ist der Spannbügel mit zumindest einem Ende, vorzugsweise mit einem ersten Ende, formschlüssig, vorzugsweise über eine Rastnase oder einen Rasthaken, mit dem Zylinderkopf verbunden. Um eine belastbare und sichere Verbindung zu ermöglichen, ist es besonders vorteilhaft, wenn die Rastnase oder der Rasthaken des Spannbügels an einem zylinderkopffesten Widerlager formschlüssig abgestützt ist, wobei vorzugsweise das Widerlager durch eine vorzugsweise abgewinkelte Halteleiste oder eine Bohrung im Zylinderkopf gebildet ist.
Durch die formschlüssige Verbindung können Schrauben eingespart werden, was eine Reduzierung der Baugröße ermöglicht. Im Prinzip kann auch bei der zweiten Ausführungsvariante das zweite Ende formschlüssig mit dem Zylinderkopf verbunden sein. Die Verbindung zwischen Zylinderkopf und dem Abgas oder Luft führenden Teil erfolgt somit nur durch die Klemmeinrichtung, wobei am Zylinderkopf oder am Teil keine Schraube angreift. Auf diese Weise kann die Anzahl der Teile und der Bauraum besonders klein gehalten werden, da. Dies ermöglicht es, den Herstellungs- und Montageaufwand zu verringern und die Zylinderkopf-Sammleranordnung sehr kompakt auszuführen. Aufgrund der nötigen Vorspannung des Spannbügels können aber spezielle Montagewerkzeuge erforderlich sein.
In Weiterführung der Erfindung lässt sich eine sehr einfache Montage ohne Spe- zialwerkzeuge verwirklichen, wenn der Spannbügel mit zumindest einem Ende, vorzugsweise mit dem zweiten Ende, kraftschlüssig, vorzugsweise über zumindest eine Spannschraube, mit dem Zylinderkopf verbunden ist. Der Spannbügel wird somit an einem Ende durch die Spannschraube am Zylinderkopf angeschraubt, wobei die Vorspannkraft des Spannbügels den Teileflansch dauerhaft gegen den Zylinderkopfflansch drückt. Da bei dieser Variante pro Spannbügel nur eine einzige Spannschraube erforderlich ist, lassen sich - im Vergleich zu einer Befestigung nur über Schrauben - Teile und Bauraum einsparen.
Eine besonders platzsparende Anordnung wird ermöglicht, wenn der Spannbügel in einem Bereich zwischen zwei benachbarten Strömungsöffnungen den Teileflansch umfasst.
Um eine rasche lagegenau Positionierung des Teiles am Zylinderkopf zu ermöglichen, ist in Weiterführung der Erfindung vorgesehen, dass zwischen Zylinderkopfflansch und Teileflansch zumindest ein Passstift in entsprechenden Passbohrungen des Zylinderkopfes und des Teiles angeordnet ist.
Die Erfindung wird im folgenden an Hand der Figuren näher erläutert. Es zeigen :
Fig. 1 eine Verbindungsanordnung einer erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine in einer ersten Ausführungsvariante in einem Schnitt gemäß der Linie I-I in Fig. 2;
Fig. 2 diese Verbindungsanordnung in einem Schnitt gemäß der Linie II- II in Fig . 1;
Fig. 3 diese Verbindungsanordnung in einer Schrägansicht;
Fig. 4 eine Verbindungsanordnung einer erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine in einer zweiten Ausführungsvariante in einem Schnitt gemäß der Linie IV-IV in Fig . 5; Fig. 5 diese Verbindungsanordnung in einem Schnitt gemäß der Linie V-V in Fig. 4;
Fig. 6 diese Verbindungsanordnung in einer Schrägansicht
Funktionsgleiche Teile sind in den Ausführungsvarianten mit gleichen Bezugszeichen versehen.
Die Fig . zeigen jeweils eine Verbindungsanordnung 1 für einen Zylinderkopf 2, welcher mehrere Gaswechselkanäle 3 aufweist, die im Bereich einer Längsseite des Zylinderkopfes 2 in Strömungsöffnungen 3a münden bzw. von diesen ausgehen. Die Gaswechselkanäle 3 können Einlasskanäle oder Auslasskanäle sein. An einem Zylinderkopfflansch 4 im Bereich der Strömungsöffnung 3a ist ein luft- oder abgasführender Teil 5 angeflanscht, welcher beispielsweise durch einen Sammler, entweder einem Einlasssammler oder einem Auslasssammler, oder ein anschließendes Aggregat, zum Beispiel einen Turbolader, gebildet sein kann. Der Zylinderkopfflansch 4 und der Teileflansch 7 des angeflanschten Teiles 5 sind in ihrer Flanschebene 8 gegeneinander gedrückt, wobei zwischen den beiden Flanschen 4, 7 eine Dichtung angeordnet sein kann.
Der Zylinderkopfflansch 4 und der Teileflansch 7 werden durch eine Klemmeinrichtung 10 gegeneinander gedrückt, wobei die Klemmeinrichtung zumindest einen elastischen Bügel 10a aufweist.
Bei dem in den Fig. 1 bis Fig . 3 gezeigten Ausführungsbeispiel ist die Klemmeinrichtung 10 durch eine Klippverbindung 11 mit mehreren C-förmigen Klippelementen 12 gebildet. Jedes Klippelement 12 weist ein erstes Ende 12a und ein zweites Ende 12b auf, wobei das erste Ende 12a des vorgespannten Klippelementes 12 an einem Rand 4a des Zylinderkopfflansches 4 und das zweite Ende 12b an einem Rand 7a des Teileflansches 7 so abgestützt sind, dass der Teileflansch 7 gegen den Zylinderkopfflansch 4 gepresst wird. Um ein gleichmäßige Anpress- und Haltekräfte zu erreichen, sind die Klippelemente im Wesentlichen in gleichmäßigen Abständen in Umfangsrichtung am Zylinderkopfflansch 4 und am Teileflansch 7 verteilt angeordnet.
Die Fig. 4 bis Fig. 6 zeigen eine zweite Ausführungsvariante, bei der die Klemmeinrichtung 10 einen vorgespannten Spannbügel 13 ausbildet, wobei der Spannbügel 13 über ein erstes und ein zweites Ende 13a, 13b am Zylinderkopf 2 befestigt ist. Der den Teileflansch 7 im Bereich zwischen zwei Strömungsöffnungen 3a umfassende Spannbügel 13 weist im Wesentlichen eine C- oder U-förmige Gestalt mit zwei Schenkeln 14a, 14b und einem Mittelsteg 14c auf, wobei der Mittelsteg 14c - von der Seite des Zylinderkopfes 2 aus betrachtet - konvex gebogen ist, wobei durch die konvexe Wölbung 18 der Spannbügel 13 eine Vor- Spannung aufweist. Der Spannbügel 13 ist mit seinem ersten Ende 13a formschlüssig mit dem Zylinderkopf 4 verbunden, wobei das erste Ende 13a einen Rasthaken 15 oder eine Rastnase aufweist, welche an einem zylinderkopffesten Widerlager 16, abgestützt ist. Das Widerlager 16 ist im Ausführungsbeispiel durch eine abgewinkelte Halteleiste 16a gebildet. Es ist aber auch denkbar, dass der Rasthaken 15 in eine Bohrung des Zylinderkopfes 2 eingreift.
Das zweite Ende 13b ist kraftschlüssig, und zwar im Ausführungsbeispiel über eine Spannschraube 17, mit dem Zylinderkopf 2 verbunden.
Um eine hohe Positioniergenauigkeit zu erreichen, kann zumindest ein in entsprechenden Passbohrungen des Zylinderkopfflansches 4 bzw. des Teileflansches 7 angeordnete Passstift 19 vorgesehen sein, welcher die Aufgabe der Zentrierung übernimmt.

Claims

P A T E N T A N S P R Ü C H E
1. Brennkraftmaschine mit einer Verbindungsanordnung (1) für einen Zylinderkopf (2), mit zumindest einem an einem Zylinderkopfflansch (4) im Bereich zumindest einer Strömungsöffnung (3a) über zumindest einen Teileflansch (7) anschließenden luft- oder gasführender Teil (5), insbesondere einem Abgassammler oder einem Einlasssammler, wobei der Teil (5) durch zumindest Klemmeinrichtung (10) am Zylinderkopf (2) befestigbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Klemmeinrichtung (10) zumindest einen elastischen Bügel (10a) aufweist.
2. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Teileflansch (7) mittels des vorgespannten elastischen Bügels (10a) an den Zylinderkopfflansch (4) gepresst ist.
3. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Klemmeinrichtung (10) eine Klippverbindung (11) oder Schnappverbindung ausbildet.
4. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der elastische Bügel (10a) ein im Wesentlichen C- oder U- förmiges Klippelement (12) mit einem ersten und einem zweiten Ende (12a, 12b) ausbildet, wobei das erste Ende (12a) des vorgespannten Klippelementes (12) an einem Rand (4a) des Zylinderkopfflansches (4) und das zweite Ende (12b) an einem Rand (7a) des Teileflansches (7) so abgestützt ist, dass der Teileflansch (7) gegen den Zylinderkopfflansch (4) gepresst ist.
5. Brennkraftmaschine nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Klippelemente (12) im Wesentlichen gleichmäßig über den Umfang des Zylinderkopfflansches (4) und des Teileflansches (7) verteilt angeordnet sind.
6. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der elastische Bügel (10a) einen den Teileflansch (7) umfassenden Spannbügel (13) ausbildet, wobei der im Wesentlichen C- oder U-förmige Spannbügel (13) zwei Enden (13a, 13b) aufweist, welche voneinander beabstandet fest mit dem Zylinderkopf (2) verbunden sind, wobei vorzugsweise zwischen dem ersten und dem zweiten Ende (13a, 13b) der Teileflansch (7) angeordnet ist.
7. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Spannbügel (13) mit zumindest einem Ende, vorzugsweise mit einem ersten Ende (13a) formschlüssig, vorzugsweise über eine Rastnase oder einen Rasthaken (15), mit dem Zylinderkopf (2) verbunden ist.
8. Brennkraftmaschine nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Rastnase oder der Rasthaken (15) des Spannbügels (13) an einem zylinderkopffesten Widerlager (16) formschlüssig abgestützt ist, wobei vorzugsweise das Widerlager (16) durch eine vorzugsweise abgewinkelte Halteleiste (16a) oder eine Bohrung im Zylinderkopf (2) gebildet ist.
9. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Spannbügel (13) mit zumindest einem Ende, vorzugsweise mit dem zweiten Ende (13b), kraftschlüssig, vorzugsweise über zumindest eine Spannschraube (17), mit dem Zylinderkopf (2) verbunden ist.
10. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Spannbügel (13) in einem Bereich zwischen zwei benachbarten Strömungsöffnungen (3a) den Teileflansch (7) umfasst.
11. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen Zylinderkopfflansch (4) und Teileflansch (7) zumindest ein Passstift (19) in entsprechenden Passbohrungen des Zylinderkopfes (2) und des Teiles (5) angeordnet ist.
12. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Teileflansch (7) schraubenlos mit dem Zylinderkopf (2) verbunden ist.
2011 03 14
Fu
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