Zylinderkopf einer Mehrzylinder-Brennkraftmaschine

Abstract

 Im Zylinderkopf einer Mehrzylinder-Brennkraftmaschine sind am Umfang jedes einem Zylinder zugeordneten Brennraumes zwischen benachbarten Schraubenpfeifen für die Zylinderkopfschrauben an dieser angeformte, in Quer- und Längsrichtung des Zylinderkopfes verlaufende Wände vorgesehen, die sich bis zum Zylinderkopfboden erstrecken. Um die Schraubenkräfte überwiegend auf die Längs- und Querwände übertragen zu können und eine Anpressung des Zylinderkopfes insbesondere über den Umfang jedes Brennraumes zu erreichen, endet die Tragfunktion der Schraubenpfeifen jeweils in einem Abstand vom Zylinderkopfboden. In dem sich hierdurch zwischen Schraubenpfeifenende und Zylinderboden an sich einstellenden Freiraum sind nicht tragende Trennwandbereiche vorgesehen, die lediglich die Funktion haben, die durch die Schraubenpfeifen geführten Zylinderkopfschrauben von angrenzenden Kühlwasserräumen zu trennen. Durch eine solche Abtrennung der Zylinderkopfschrauben von Kühlwasser können diese Schrauben nicht materialschädigend von dem Kühlwasser angegriffen werden. Andererseits bleibt die kraftübertragende Optimierung des Zylinderkopfes mit gekürzten Schraubenpfeifen vollständig erhalten.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft einen Zylinderkopf einer Mehrzylinder-Brennkraftmaschine entsprechend dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

[0002] 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.

[0003] 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.

[0004] 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.

[0005] 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.

[0006] Die Länge der Schraubenpfeifen kann bei jener Ausführung etwa 2/3 des Abstandes zwischen dem Boden und der Decke des Zylinderkopfes betragen.

[0007] 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.

[0008] Eine Lösung dieses Problems wird bei einem gattungsgemäßen Zylinderkopf durch eine Ausführung nach den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruchs 1 erreicht.

[0009] Zweckmäßige Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche.

[0010] 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.

[0011] 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.

[0012] 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.

[0013] 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.

[0014] Ein nachfolgend noch näher beschriebenes Ausführungsbeispiel ist in der Zeichnung dargestellt.

[0015] Diese zeigt in der einzigen

Fig. 1

eine perspektivische Ansicht eines Ausschnittes aus einem Zylinderkopf mit Blick auf dessen auf das Kurbelgehäuse aufzusetzenden Unterseite.

[0016] 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.

[0017] An dem rechten Ende der Zeichnung ist in dem Boden des Zylinderkopfes ein Brennraumbegrenzungsabschnitt angedeutet.

[0018] 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.

[0019] 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.

[0020] 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.

[0021] 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.

[0022] 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.

[0023] 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.

[0024] 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.

[0025] Die Innendurchmesser der Schraubenpfeifen 6 können derart ausgelegt sein, daß bei eingesetzten Zylinderkopfschrauben ein freier, zwischen beiden Teilen umlaufender Ringraum verbleibt.

[0026] Der Kühlwasserzu- und -abfluß in die einzelnen Kühlwasserräume 4 erfolgt durch die Längsseitenwände 1 durch Öffnungen 11 hindurch.

Ansprüche

1. 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 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.

2. 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.

3. 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.

4. 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.

5. Zylinderkopf nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet,
daß das eigenständige Teil aus einem anderen Material als die Schraubenpfeife (6) besteht.

6. Zylinderkopf nach Anspruch 4 oder 5,
dadurch gekennzeichnet,
daß das eigenständige Teil eine Hülse ist.

7. Zylinderkopf nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß zwischen Zylinderkopfschrauben und Schraubenpfeifen (6) jeweils ein nach außen dichter Ringraum ausgebildet ist.

Zeichnung