[0001] Die Erfindung bezieht sich auf einen Zylinderkopf für mehrzylindrige Brennkraftmaschinen
mit am Zylinderblock zu befestigenden Einzylinderköpfen aus Gußeisen oder Stahl, wobei
Einlaßkanäle, insbesondere Spiralkanäle, Auslaßkanäle und Wasserräume in die Einzylinderköpfe
integriert und an den Einzylinderköpfen, Wasserübertritte aus den Zylinderblock zu
den Zylinderköpfen und Wasseraustritte aus den Zylinderköpfen vorgesehen sind, mit
einer am Zylinderkopfboden im Bereich der eingegossenen Einzylinderköpfe vorgesehenen
Gasabdichtung.
[0002] Bekannte Zylinderköpfe mit am Zylinderblock zu befestigenden Einzylinderköpfen aus
Gußeisen oder Stahl weisen integrierte Kanäle, den Wassermantel, die Butzen für Einspritzdüse,
Glühkerze bzw. Zündkerze sowie die Wassereintritte und den Anschluß für den Wasseraustritt
auf. Diese Zylinderköpfe haben keine optimale Kühlung an den kritischen Bereichen
des Zylinderkopfbodens, das sind die Ventilstege und die Bereiche des Düsen- bzw.
des Zündkerzenbutzens. Dadurch treten leicht Verzüge der Ventilsitze auf und es besteht
bei Ottomotoren erhöhte Klopfneigung.
[0003] Aus der DE-OS 19 61 322 ist ein Zylinderkopf der eingangs genannten Art bekannt,
bei dem rein konstruktive und geometrische Maßnahmen vorgesehen sind, um örtliche
Überhitzungen und Unterkühlungen, sowie Dampfsäcke zu vermeiden. Durch die verbesserte
Kühlwasserströmung wird zwar die Wärmeabfuhr aus dem Zylinderkopf beschleunigt, die
kritischen Bereiche des Zylinderkopfbodens, wie Ventilstege und die Bereiche des Düsen-
bzw. Zündkerzenbutzens bleiben trotzdem vor Überhitzung nicht verschont, sodaß es
weiterhin zu Verzügen der Ventilsitze kommt.
[0004] Aufgabe der Erfindung ist es, diese Nachteile zu vermeiden und insbesondere eine
bessere Kühlung in den genannten kritischen Bereichen des Zylinderkopfbodens zu erreichen.
[0005] Die Lösung der Aufgabe besteht erfindungsgemäß darin, daß die Einzylinderköpfe in
ein gemeinsames Mantelgehäuse aus Leichtmetall eingegossen sind. Dabei sind die Einzylinderköpfe
im Hinblick auf bestmögliche Kühlung und Strukturfestigkeit speziell geformt. Es wird
eine optimale Kühlung an den kritischen Bereichen des Zylinderkopfbodens erreicht,
wodurch Ventilsitzverzüge vermieden und die Klopfneigung bei Ottomotoren hintangehalten
werden. Wegen der kleinen Abmessungen der Einzylinderköpfe im Vergleich zu Mehrzylinderköpfen,
können sehr kleine Toleranzen für die Wanddicken und die Kanalpositionen, was im Sinne
möglichst gleichartiger, definierter Ladungsbewe-gung bei Mehrzylindermotoren sehr
maßgebend ist, verwirklicht werden.
[0006] In der DE-34 03 176 A1 ist der Vorschlag enthalten, eine Grauguß-Zylinderbüchse in
ein Leichtmetallgehäuse einzugießen. Die Erfindung macht von dieser Maßnahme keinen
Gebrauch und stellt auch die Lösung einer ganz anderen Problematik dar. Der Vorschlag
gemäß der Erfindung kann durch die genannte Veröffentlichung auch nicht nahegelegt
worden sein.
[0007] In einer vorteilhaften Ausbildungsform der Erfindung ist vorgesehen, daß das ölbenetzte
Ventiltriebgehäuse im Leichtmetall-Mantelgehäuse des Zylinderkopfes integriert ist,
was den Vorteil einer einfachen Fertigung ergibt. Auch die Ölzufuhr zum und der Ölabfluß
aus dem Ventiltriebgehäuse kann im Leichtmetall-Mantelgehäuse des Zylinderkopfes vorgesehen
sein, was eine leichte Herstellbarkeit ermöglicht.
[0008] Im rahmen der Erfindung können die Einzylinderköpfe aus einer vom Zylinderblock her
wasserdurchströmten hohlen Brennraumplatte und damit fix verbundenen, z.B. vergossenen,
dünnwandig aus Blech oder im Stück aus Feinguß ausgebildeten Einlaß- und Auslaßkanälen
bestehen, von denen wenigstens die Auslaßkanäle, bevorzugt über den größten Teil ihrer
Länge, mit einem Mantel aus wäremisolierenden Material, vorzugsweise Keramikfasermaterial,
versehen sind, der seinerseits mit einem Blechmantel abgedeckt sein kann. Diese Ausführung
ist für Ottomotoren besonders geeignet, da bei der Herstellung billige, nacharbeitsfreie
Blech- oder Feingußteile verwendet werden können und die Wasserkühlung sinnvollerweise
auf die Brennraumplatte beschränkt werden kann.
[0009] Vorteilhaft kann die Brennraumplatte ein Wassermantelgehäuse bilden, in welches mehrere
Zulaufkanäle einmünden und gegenüberliegend eine Anzahl Ablaufkanäle ausmünden, wobei
die Zu- und Ablaufkanäle mit den Wassersammlern des Zylinderblockes in Strömungsverbindung
stehen. Der Wassermantel des Zylinders wird über dem Kühlbedarf gemäß abgestimmte
Bohrungen in den Zulaufkanälen und Auslaßöffnungen im Bereich des Wassersammlers im
Bypaß durchströmt. Diese Ausführung der Brennraumplatte hat einen nur geringen Raumbedarf
und kann außerdem so hergestellt werden, daß sie mit den Kanalteilen zu einer Einheit
verschweißt werden kann, oder als komplett nacharbeitsfreies Feingußteil zur weiteren
Verarbeitung bereitsteht.
[0010] Die Erfindung wird nachfolgend an zwei Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnungen
näher erläutert.
[0011] Es zeigen am Beispiel eines Dieselmotors:
Fig. 1 einen Schnitt nach der Linie I-I in Fig. 5,
Fig. 2 einen Schnitt nach der Linie II-II in Fig. 5,
Fig. 3 einen Schnitt nach der Linie III-III in Fig. 1,
Fig. 4 einen Schnitt nach der Linie IV-IV in Fig. 1,
Fig. 5 einen Schnitt nach der Linie V-V in Fig. 2,
Fig. 6 einen Schnitt nach der Linie VI-VI in Fig. 1 und
Fig. 7 eine Ansicht gemäß der Linie VII-VII in Fig. 3;
Fig. 8 eine Ansicht entsprechend der Linie VIII-VIII in Fig. 9 am Beispiel eines Ottomotors,
Fig. 9 einen Schnitt nach der Linie IX-IX in Fig. 8,
Fig. 10 einen Schnitt nach der Linie X-X in Fig. 8,
Fig. 11 eine Ansicht entsprechend der Linie XI-XI in Fig. 10,
Fig. 12 eine Ansicht gemäß den Pfeil XII in Fig. 9,
Fig. 13 eine Ansicht entsprechend der Linie XIII-XIII in Fig. 9,
Fig. 14 eine Ansicht entsprechend dem Pfeil XIV in Fig. 13.
[0012] Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 bis 8 sind die Einzylinderköpfe generell mit
1 bezeichnet. Diese Einzylinderköpfe 1 umfassen je ein Einlaßventil 2 und ein im Durchmesser
kleineres Auslaßventil 3, die im Bereich der Zylinderbohrung 4 angeordnet sind. Zu
dem Einlaßventil 2 führt ein Spiralkanal 5, welcher die in den Zylinder einströmende
Luft in eine Drehbewegung versetzt. Dieser Spiralkanal 5 geht von der Flanschebene
6 aus, die zur Motormittelebene 7 parallel verläuft. Der vom Auslaßventil 3 wegführende
Auslaßkanal 8 mündet in der Flanschebene 9, die, bezüglich der Motormittelebene 7,
der Flanschebene 6 gegenüberliegt. Das Auslaßventil 3 sowie der Auslaßkanal 8 und
der Zylinderkopfboden 11 sind wassergekühlt, zu welchem Zweck der Wassermantel 10
in deren Bereich angeordnet ist. Aus dem Wassermantel 13 des Zylindergehäuses 12 fließt
Kühlwasser über die Bohrung 14 dem Wassermantel 10 zu. Der Wasserabfluß findet über
ein Anschlußstück 15 statt, welches an einer hochgelegenen Stelle in den Einzylinderkopf
eingesetzt und mit dem Wassermantel 10 in Strömungsverbindung ist.
[0013] Dem Einlaßventil 2 und dem Auslaßventil 3 sind je eine Druckfeder 16 bzw. 17 zugeordnet,
welche sich einerseits am Gehäuse des Einzylinderkopfes abstützen und andererseits
über an sich bekannte, hier nicht näher zu beschreibende Elemente, an den Schäften
2'' bzw. 3'' der Ventile 2 und 3 angreifen.
[0014] Die Einzylinderköpfe 1 sind in genauer Position, insbesondere bezüglich der Motormittelebene
7, nebeneinander angeordnet und in das sie umschließende gemeinsame Gehäuse 18 aus
Leichtmetall eingegossen. Der so gebildete, für alle Zylinder der Zylinderreihe gemeinsamen
Zylinderkopf, ist generell mit 19 bezeichnet. Für dessen Befestigung am Zylindergehäuse
12 mittels nicht dargestellter Zylinderkopfschrauben, sind im Zylinderkopf 19 Durchtrittsbohrungen
20 vorgesehen.
[0015] Zur Lagerung der obenliegenden Nockenwelle 21 weist das Gehäuse aus Leichtmetall
Wände 22 auf, welche das Nockenwellengehäuse 23 bilden, das mittels des Deckels 24
nach außen abgeschlossen ist. Dieser Deckel 24 bildet auch die oberen Hälften 25'
der Nockenwellenlager 25.
[0016] Das Ventilgehäuse 26, das vom Leichtmetallgehäuse 18 gebildet wird, ist über die
Bohrung 27, welche das Leichtmetallgehäuse 18 durchsetzt, über die Bohrung 28 im Zylindergehäuse
12 mit einem Ölraum 29 im Zylindergehäuse 12 am Übergang abgedichtet verbunden.
[0017] Die Einspritzdüse 30 durchsetzt das Leichtmetallgehäuse 18 und auch den Einzylinderkopf
1 aus Gußeisen oder Stahl, und ist in letzterem festgeschraubt. Die benachbarte Glühkerze
31 sitzt zur Gänze im wassergekühlten Teil des Einzylinderkopfes 1.
[0018] Die Gasabdichtung am Zylinderkopfboden bzw. die Sitze der Einlaßventile 2 und der
Auslaßventile 3 sind zur Gänze am Zylinderkopfboden 11 der eingegossenen Einzylinderköpfe
1 vorgesehen.
[0019] Eine zweite Ausführungsform gemäß der Erfindung ist in den Fig. 8 bis 14 dargestellt
und betrifft einen Ottomotor. Gleiche oder gleichartige Teile sind mit denselben
Bezugszeichen versehen, wie beim ersten Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 bis 7.
[0020] Die Einzylinderköpfe 1 bestehen hier aus einer wasserdurchströmten, hohlen Brennraumplatte
44 sowie je einem Einklaßkanal 37 und einem Auslaßkanal 38, die beide aus Blechpreßteilen
39 bzw. 40 oder aus Feinguß gebildet sind. Sowohl der Einlaßkanal 37 als auch und
insbesondere der Auslaßkanal 38, sind über den größten Teil ihrer Länge mit einem
Mantel aus wärmeisolierendem Material, insbesondere keramisches Fasermaterial, versehen,
der seinerseits mit je einem Blechmantel 41 bzw. 42 abgedeckt ist. Der den Einlaßkanal
37 bildende Blechpreßteil 39 sowie der den Auslaßkanal 38 bildende Blechpreßteil 40
sind an ihren inneren Enden mit der brennraumseitigen Wand 43 der hohlen Brennraumplatte
44 dicht verschweißt. Auch zwischen den aus Preßteilen 39 und 40 gebildeten Blechmäntel
einerseits und den diese umgebenden Blechmäntel 41 und 42 andererseits, sind im Bereich
der dem Brennraum abgewandten Seite vorhandenen Wand 45 der Brennraumplatte 44, dichte
Schweißverbindungen hergestellt, die mit 45' bezeichnet sind. Für den Durchtritt der
Ventilschäfte 2' und 3' des Einlaßventils 2 bzw. der Auslaßventils 3 sind Büchsen
46 bzw. 47 vorgesehen, welche den den Einlaßkanal 37 bildenden Blechpreßteil 39 bzw.
den den Auslaßkanal 38 bildenden Blechpreßteil 40 sowie die zugehörigen Ummantelungen
durchsetzen. An den Durchtrittsstellen an den genannten Blechteilen sind wiederum
dichte Schweißverbindungen ausgeführt.
[0021] Zur Anbringung der in den Einlaßkanal 37 einspritzenden Düse 69 ist am Einlaßkanal
37 ein entsprechender Blechstutzen 70 vorgesehen, der, so wie die Buchsen 46 die beiden
Blechmäntel durchsetzt und mit diesen dicht verschweißt ist.
[0022] Auch die alternative Herstellung der Brennraumplatte 44 mit den Wänden 43, 45 und/oder
der Kanäle 37, 38 mit Ventilführungen 46, 47 und Stutzen 70 aus einem Stück, sowie
bei geeigneter Formgebung der gesamten Struktur aus einem Feingußteil je Zylinder
sei erwähnt.
[0023] Die Brennraumplatte 44 weist einen Hohlraum auf, der ein Wassermantelgehäuse 48 bildet,
in welches Zulaufkanäle 49 einmünden und Ablaufkanäle 50 ausmünden. Das Kühlwasser
strömt über den Wasserverteiler 71 des Zylinderblockes 52, wie in Fig. 10 durch die
Pfeile 53 und 54 angedeutet, über korrespondierende Öffnungen 56 in den Zulaufkanälen
49 und Öffnungen 57 in den Ablaufkanälen 50 durch das Wassermantelgehäuse 48 in den
Wassersammler 72. Der Zylinderwassermantel 51 ist über Bohrungen 73 in der Brennraumplatte
44 und Querschnitte 74 im Zylinderblock 52 mit dem Wassermantelgehäuse 48 im Bypaß
geschaltet.
[0024] Die Einzylinderköpfe 1 werden bei der Herstellung des Leichtmetallgehäuses 18 für
den gemeinsamen Zylinderkopf 19 einer mehrzylinhdrigen Brennkraftmaschine mit eingegossen.
Das Leichtmetallgehäuse 18 bildet auch die Lager 58 für die beiden Nockenwellen 59.
Die Lager werden ergänzt durch die Lagerbügel 60, die mittels entsprechender Schrauben
61 am Leichtmetallgehäuse 18 befestigt sind. Der für die beiden Nockenwellenanordnungen
gemeinsame Deckel ist mit 62 bezeichnet.
1. Zylinderkopf (19) für mehrzylindrige Brennkraftmaschinen mit am Zylinderblock (12)
zu befestigenden Einzylinderköpfen (1) aus Gußeisen oder Stahl, wobei Einlaßkanäle,
insbesondere Spiralkanäle (5), Auslaßkanäle (8) und Wasserräume (10) in die Einzylinderköpfe
(1) integriert und an den Einzylinderköpfen (1), Wasserübertritte aus dem Zylinderblock
(12) zu den Zylinderköpfen (19) und Wasseraustritte aus den Zylinderköpfen (19) vorgesehen
sind, mit einer am Zylinderkopfboden (11) im Bereich der eingegossenen Einzylinderköpfe
(1) vorgesehenen Gasabdichtung, dadurch gekennzeichnet, daß die Einzylinderköpfe (1) in ein gemeinsames Mantelgehäuse (18) aus Leichtmetall
eingegossen sind.
2. Zylinderkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das ölbenetzte Ventiltriebgehäuse (26) im Leichtmetall-Mantelgehäuse (18) des
Zylinderkopfes integriert ist.
3. Zylinderkopf nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ölzufuhr zum und der Ölabfluß aus dem Ventiltriebgehäuse (26) im Leichtmetall-Mantelgehäuse
(18) des Zylinderkopfes vorgesehen sind.
4. Zylinderkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Einzylinderköpfe (1) aus einer vom Zylinderblock her wasserdurchströmten
hohlen Brennraumplatte (44) und damit fix verbundenen, z.B. vergossenen, dünnwandig
aus Blech oder im Stück aus Feinguß ausgebildeten Einlaß- (37) und Auslaßkanälen (38)
besteht, von denen wenigstens die Auslaßkanäle (38) bevorzugt über den größten Teil
ihrer Länge, mit einem Mantel aus wärmeisolierendem Material, vorzugsweise Keramikfasermaterial,
versehen sind, der seinerseits mit einem Blechmantel (41 bzw. 42) abgedeckt sein kann.
5. Zylinderkopf nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Brennraumplatte (44) ein Wassermantelgehäuse (48) bildet, in welches mehrere
Zulaufkanäle (49) einmünden und gegenüberliegend eine Anzahl Ablaufkanäle (50) ausmünden
und die Zu- und Ablaufkanäle (49 bzw. 50) mit dem Wassersammler (71, 72) des Zylinderblockes
(52) in Strömungsverbindung stehen.
6. Zylinderkopf nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Zylinderwassermantel (51) über korrespondierende Öffnungen (73) in den Zulaufkanälen
(49) und Öffnungen (74) im Zylinderblock (52) im Bypaß zur Brennraumplatte (44) geschaltet
ist.